前额叶皮层囊性纤维化跨膜调控因子在认知功能中的作用及其机制

Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) is an ATP-binding chloride channel, regulated by intracellular cAMP/PKA phosphorylation. It is widely expressed in mammalian peripheral tissues, and contributes to chloride balance and cell homeostasis. However, its role in the central nervous system is unclear. Our preliminary experiments show that there exists a rich expression of CFTR in the medial prefrontal cortex (mPFC) of rats, suggesting CFTR might contribute to prefrontal cognitive functions. The present study aims to identify the cellular distribution of CFTR in the mPFC using immunohistochemistry, to examine the role of CFTR in regulate prefrontal neuronal excitability, synaptic transmission and plasticity using whole-cell patch-clamp recordings and MQAE imaging, and to detect the influence of CFTR on PFC-dependent behaviors by down-regulating CFTR via shRNA adenoviridae vector. The present study will provide a detailed insight into the role of CFTR in prefrontal cortical cognitive functions and its underlying mechanism.

囊性纤维化跨膜调控因子（CFTR）是一种ATP结合的氯离子通道，接受胞内cAMP/PKA磷酸化的调控。研究表明，CFTR广泛分布于外周组织，参与调节氯离子平衡和细胞稳态。但是，CFTR在中枢神经系统中的作用还不清楚。我们前期工作首次发现，CFTR在大鼠内侧前额叶皮层（mPFC）有丰富表达，提示CFTR在认知功能中可能扮演某种角色。为进一步揭示CFTR在mPFC认知功能的作用，本项目拟运用免疫组化技术，明晰CFTR在mPFC内的细胞分布格局；运用全细胞膜片钳记录技术，研究CFTR对mPFC神经元兴奋性、突触传递及可塑性的调控；运用shRNA基因操作技术，观察下调mPFC的CFTR对认知功能的影响。本项目对阐明CFTR在mPFC认知功能的作用及其机制具有重要的理论意义。

囊性纤维化跨膜调控因子（CFTR）是一种ATP结合的氯离子通道，接受胞内cAMP/PKA磷酸化的调控，参与调节氯离子平衡和细胞稳态。先前的研究描述了CFTR通道在中枢神经系统存在表达，但是CFTR通道是否同样通过调控神经元胞内氯离子水平来影响前额叶皮层的神经网络目前仍缺乏研究。本研究中通过免疫组织化学染色、氯离子成像、膜片钳记录和双光子成像等手段，全面地分析了CFTR通道在前额叶皮层的具体功能。发现调节CFTR通道活性能够改变体外培养的前额叶皮层神经元结构复杂度、胞内氯离子水平；影响离体脑片第5层锥体神经元的静息膜电位水平以及诱发动作电位的各项参数；同时对抑制性突触传递产生显著改变。此外，通过活体实验，我们发现抑制或下调CFTR通道可以增加初级运动皮层轴突和胞体的钙离子活性，并对动物的运动学习产生促进作用。以上的结果表明，CFTR通道能够通过调节细胞内氯离子水平影响前额叶皮层神经元兴奋性，这对阐明氯离子通道在前额叶皮层的功能及机制具有重要的理论意义。