丘腦神經(jīng)元調(diào)控麻醉后蘇醒的神經(jīng)環(huán)路和分子機(jī)制研究

 2025年12月5日南方科技大學(xué)宋學(xué)軍團(tuán)隊(duì)在Science Advances雜志發(fā)表文章揭示VPM神經(jīng)元調(diào)控麻醉后蘇醒的神經(jīng)環(huán)路和分子機(jī)制。

1、VPM-Glu→S1-Glu興奮性環(huán)路調(diào)控麻醉后的意識恢復(fù)
小鼠在接受腹腔注射丙泊酚或氯胺酮后記錄翻正反射和翻正反射消失的持續(xù)時間，發(fā)現(xiàn)在注射后15至60分鐘期間持續(xù)約45分鐘無意識狀態(tài)，該階段處于最低意識水平，無法對外界刺激作出反應(yīng)（稱為最低意識狀態(tài)）。研究人員通過化學(xué)遺傳學(xué)方法慢性激活VPM神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)能顯著縮短麻醉小鼠MRS持續(xù)時間，并促進(jìn)其意識恢復(fù)。相反，抑制該神經(jīng)元群則延長MRS持續(xù)時間，阻礙意識恢復(fù)進(jìn)程。進(jìn)一步電生理實(shí)驗(yàn)表明，慢性激活VPM神經(jīng)元可顯著減輕丙泊酚對S1神經(jīng)元活動的抑制作用；而抑制VPM神經(jīng)元則顯著增強(qiáng)丙泊酚對S1神經(jīng)元活動的抑制效應(yīng)。慢性激活VPM→S1環(huán)路促進(jìn)麻醉小鼠的意識恢復(fù)，反之抑制該環(huán)路阻礙麻醉小鼠的意識恢復(fù)。

原位雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)VPM腦區(qū)神經(jīng)元幾乎都是VGLUT1陽性神經(jīng)元。病毒示蹤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)VPM興奮性神經(jīng)元可與S1神經(jīng)元Glu和GABA能神經(jīng)元形成突觸連接。慢性激活VPM-Glu→S1-Glu興奮性環(huán)路可促進(jìn)丙泊酚麻醉后的蘇醒，抑制該環(huán)路阻礙麻醉后的蘇醒。然而，慢性激活或抑制VPM-Glu→S1-GABA抑制性環(huán)路均不影響麻醉后的蘇醒。

圖1、VPM-Glu→S1-Glu興奮性環(huán)路調(diào)控麻醉后的意識恢復(fù)

2、VPM腦區(qū)EphB1-NR2B Y1472磷酸化信號調(diào)控麻醉后意識恢復(fù)過程
EphB受體（包括EphB1–B4和EphB6）是一類受體酪氨酸激酶，與N-甲基-D-天冬氨酸受體（NMDAR）的亞基NR1直接發(fā)生細(xì)胞外相互作用，并可調(diào)節(jié)NR2B的磷酸化。研究人員發(fā)現(xiàn)處于最低意識狀態(tài)小鼠VPM腦區(qū)組織EphB1 mRNA水平顯著升高，EphB2-4和EphB6 mRNA水平并未出現(xiàn)變化。分生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)VPM腦區(qū)組織EphB1磷酸化水平顯著升高，表明最低意識狀態(tài)下小鼠VPM腦區(qū)組織EphB1激活。利用病毒工具特異性敲低小鼠VPM腦區(qū)組織EphB1后麻醉狀態(tài)下小鼠翻正反射消失的持續(xù)時間延長，MRS持續(xù)時間延長。麻醉后小鼠VPM腦區(qū)神經(jīng)元放電頻率降低，敲低EphB1后可進(jìn)一步增強(qiáng)其抑制作用。EphB1受體競爭性拮抗劑也能發(fā)揮類似的麻醉后意識恢復(fù)延遲作用，提示VPM腦區(qū)組織ephrinB-EphB1信號激活促進(jìn)麻醉后意識恢復(fù)。

利用病毒工具特異性敲低VPM-Glu→S1-Glu興奮性環(huán)路EphB1后可增強(qiáng)丙泊酚對VPM和S1腦區(qū)神經(jīng)元活動的抑制作用，延遲小鼠蘇醒。為進(jìn)一步揭示EphB1調(diào)控VPM神經(jīng)元活性的分子機(jī)制，研究人員檢測蘇醒小鼠和MRS小鼠VPM腦區(qū)NMDARs 和 AMPARs亞基的表達(dá)，結(jié)果顯示， MRS 小鼠NMDA 受體亞基 NR2B 酪氨酸 1472 位點(diǎn)（Y1472）的磷酸化水平顯著升高。

進(jìn)一步研究表明，敲低EphB1 可明顯阻斷麻醉誘導(dǎo)的 NR2B Y1472 磷酸化水平升高。鈣離子成像發(fā)現(xiàn)麻醉促進(jìn)VPM神經(jīng)元NMDA驅(qū)動的鈣離子內(nèi)流，敲低 EphB1 可明顯阻斷這種促進(jìn)作用。通過點(diǎn)突變NR2B Y1472方式抑制NR2B Y1472磷酸化水平后阻斷麻醉引起的VPM神經(jīng)元鈣離子內(nèi)流，并增強(qiáng)增強(qiáng)丙泊酚對VPM和S1神經(jīng)元活動的抑制效應(yīng)，MRS持續(xù)時間延長，阻礙意識恢復(fù)。

圖2、敲低 EphB1 抑制NR2B Y1472 磷酸化水平

3、VPM腦區(qū)EphB1-KCC2信號調(diào)控麻醉后意識恢復(fù)過程
VPM腦區(qū)K+/Cl−共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（KCC2）泛素-蛋白酶體降解已被證明是麻醉后意識恢復(fù)的共同機(jī)制。丙泊酚麻醉后VPM腦區(qū)KCC2蛋白表達(dá)下調(diào)，KCC2泛素化水平升高，抑制鉀離子驅(qū)動的氯離子內(nèi)流。而敲低EphB1則能顯著阻斷丙泊酚誘導(dǎo)的上述變化,提示敲低EphB1影響KCC2功能。抑制NR2B Y1472磷酸化不能逆轉(zhuǎn)麻醉誘導(dǎo)的KCC2蛋白下調(diào)；同樣，過表達(dá)穩(wěn)定的KCC2突變體(T1007A)也無法改變麻醉后NR2B Y1472的磷酸化水平，即EphB1 -NR2B Y1472磷酸化信號與EphB1 -KCC2信號調(diào)控麻醉后蘇醒過程是獨(dú)立的。
 

圖3、EphB1調(diào)控麻醉后蘇醒的兩條獨(dú)立分子信號

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