神经微环路γ振荡在脓毒症相关性脑病中的作用及机制研究

Sepsis-associated encephalopathy (SAE) is a severe central nervous system complication after sepsis devlopment. Our preliminary studies suggest that SAE mice exhibit spontaneous epileptiform discharges while inhibition of spikes can improve learning and memory impairments in a mouse model of septic encephalopathy, indicating network hypersynchrony might play a key role in cognitive dysfunction related to SAE. Based on the following findings 1) γ oscillations result from the synchronized activity of parvalbumin (PV) interneurons, and mediate the performance of a variety of cognitive functions including learning and memory; 2) The intensity of γ oscillations is inversely correlated with spike rates; 3) Voltage-gated sodium channels (Nav1.1) control cellular excitability and are highly expressed in PV interneurons. The dysfunction of Nav1.1 has been implicated in epilepiform discharges, we therefore hypothesize that reduction in Nav1.1 levels and PV interneurons dysfunction critically contribute to abnormalities in oscillatory rhythms, network synchrony, and memory in SAE mice. To verify this hypothesis, we will use behavioral tests, electrophysiological and molecular biology techniques, genetic methods and different drugs to study the relationship between Nav1.1, PV interneurons, γ oscillations,spikes and SAE and the underlying mechanism. This work will provide a new avenue for studying the pathogenesis, diagnosis and treatment of SAE.

脓毒症相关性脑病（SAE）是脓毒症严重的中枢神经系统并发症。我们前期研究表明：SAE模型小鼠自发癫痫样放电增多，抑制癫痫样放电可改善小鼠学习记忆等认知功能，提示神经网络过度同步化可能参与SAE记忆受损的调控。鉴于：1）神经微环路γ振荡功率大小与癫痫样放电频率呈负相关；2）γ振荡是微清蛋白（PV）中间神经元同步活动的结果，是学习记忆等认知功能的基础；3）PV中间神经元高表达Nav1.1，而Nav1.1参与动作电位形成，其表达下调与异常放电有关。因而，我们推测Nav1.1减少引起PV中间神经元功能缺失，导致γ振荡异常及神经网络过度同步化是SAE的重要发病机制。本项目将建立SAE动物模型，采用行为学、神经电生理学及分子生物学等技术明确Nav1.1、PV中间神经元、γ振荡及神经网络过度同步化与SAE的关系；进一步利用转基因技术及工具药研究γ振荡在SAE中的作用及机制，有望为SAE诊疗提供新思路。

脓毒症相关性脑病（Sepsis-associated encephalopathy, SAE）是脓毒症患者严重的中枢神经系统并发症，其临床表现主要为记忆受损、注意力不集中及生活不能自理等。研究表明：危重病生存者存在长期认知功能障碍，对合并有严重脓毒症的患者认知功能受损更为严重。SAE严重危害人类的身心健康并增加患者的死亡率，给家庭和社会带来极为沉重的负担。然而，SAE的发病机制至今尚未明确。.本课题主要就从PV中间神经元功能及其神经微环路γ振荡异常探讨SAE的发病机制。主要有：（1）研究SAE模型小鼠Nav1.1、PV中间神经元、γ振荡、癫痫样放电及其与SAE的关系；（2）在体实验中，通过抑制神经网络过度同步化（使用工具药物左乙拉西坦），研究对SAE模型小鼠Nav1.1、PV中间神经元、γ振荡、癫痫样放电及学习和记忆等认知功能的影响；（3）在体实验中，研究PV中间神经元Nav1.1过表达并结合工具药（钠离子通道阻滞剂，苯妥因）对脓毒血症小鼠Nav1.1、PV中间神经元、γ振荡、癫痫样放电及学习和记忆等认知功能的影响；（4）离体实验中，选取各组动物并制备离体活体脑片，研究大脑前额皮层和海马组织区PV中间神经元IPSP、EPSP及γ振荡的改变。.通过以上研究我们得出一些重要结果和关键数据：（1）成功建立SAE动物模型，应用Western Blot及免疫组化、免疫荧光等技术证实老年小鼠手术麻醉后认知功能下降同时伴有微清蛋白（PV）中间神经元PV和谷氨酸脱羧酶67（GAD67）表达减少。（2）证实氧化应激—炎症反应增强是通过引起PV中间神经元缺失，从而引起认知功能损伤；（3）SAE导致海马突触不可逆损害，尤以抑制性突触为主，SAE动物海马神经连接蛋白2（NLGN-2）表达改变且与SAE动物长期认知功能损伤密切相关；（4）通过皮层脑电图（ECoG）、场电位（LFP）检测各组大鼠前额皮层及海马γ振荡，初步说明特定脑区γ振荡的变化与空间认知和SAE学习记忆存在密切关系；（5）逆转γ振荡可改善SAE动物认知功能损伤。本项目资助下，已发表SCI论文8篇。.本课题将从神经微环路γ振荡这一新视角揭示SAE发生的可能机制，可望为SAE的防治提供新思路与实验依据。