外侧臂桥核谷氨酸能神经元中的钠泄漏通道帮助维持七氟醚麻醉下的呼吸频率

2024-06-02 Sun
外侧臂桥核谷氨酸能神经元中的钠泄漏通道帮助维持七氟醚麻醉下的呼吸频率背景介绍呼吸是维持生命活动的核心功能。全身麻醉剂和/或阿片类药物通常会抑制呼吸功能。然而，静脉麻醉剂丙泊酚引起的呼吸抑制更为严重，但其分子机制尚未完全阐明。因此，研究全身麻醉剂对呼吸功能的影响具有重要意义。这项研究探讨了侧脑桥核 (lateral parabrachial nucleus, PBL) 中的谷氨酸能神经元在七氟醚麻醉下对呼吸频率的调节作用。
研究来源本文由Lin Wu、Donghang Zhang、Yujie Wu、Jin Liu、Jingyao Jiang和Cheng Zhou等六位科学家撰写，隶属于四川大学华西医院麻醉科和国家-地方联合工程研究中心麻醉转化医学实验室。论文于2024年1月15日被《Neuroscience Bulletin》期刊接受。
研究流程实验动物选择该研究使用8周龄、体重20-22克的雄性C57BL/6J小鼠，所有动物饲养在标准条件下，严格遵循动物实验报告指南（ARRIVE）。
病毒注射小鼠被随机分成实验组和对照组，分别注射包含化学控制激活和抑制受体的病毒。同时，针对PBL区域进行病毒注射，之后通过免疫荧光染色技术验证病毒的表达情况。
在体化学基因操作在病毒注射后的三周后，进行CNO（氯扎平N-氧化物）注射，以激活或抑制谷氨酸能神经元，随后通过全身测压法记录小鼠的呼吸活动。
全身测压小鼠呼吸活动通过全身测压系统测量，并记录呼吸频率、潮气量和分钟通气量。实验起始前，所有小鼠在测试间适应一小时。
组织取材及免疫荧光染色实验结束后，通过免疫荧光染色技术分析小鼠脑桥区域的组织切片，鉴定谷氨酸能神经元和钠泄漏通道（NALCN）的表达情况。
原位杂交及多通道记录原位杂交法用于分析谷氨酸能神经元中的NALCN基因表达水平。同时，使用多通道记录技术分析PBL区神经元在不同实验条件下的放电频率。
动物行为实验及血气分析通过多种实验检测NALCN基因的敲除对小鼠呼吸活动的影响，同时进行血气分析以评估小鼠的氧含量和二氧化碳分压。
疼痛刺激研究中还使用急性炎症模型和尾夹模型模拟疼痛刺激，考察NALCN对疼痛刺激下呼吸频率的调节作用。
主要研究结果化学控制抑制PBL谷氨酸能神经元降低呼吸频率抑制PBL谷氨酸能神经元后，发现C-Fos阳性细胞显著减少，表明谷氨酸能神经元活动明显被抑制。而全身测压法表明，抑制谷氨酸能神经元显著降低了小鼠的呼吸频率，并伴随潮气量的补偿性增加。
化学控制激活PBL谷氨酸能神经元增加呼吸频率激活谷氨酸能神经元后，C-Fos数目显著增加，表明谷氨酸能神经元被成功激活。全身测压法显示，激活谷氨酸能神经元显著增加小鼠的呼吸频率，潮气量则相应减少。
NALCN敲除降低PBL谷氨酸能神经元的呼吸调节功能通过基因敲除技术，专门下调PBL谷氨酸能神经元中NALCN的表达水平后，发现小鼠的呼吸频率明显降低，而潮气量增加，分钟通气量未见明显变化。此外，PBL谷氨酸能神经元的放电频率显著下降，但血气分析显示小鼠未出现缺氧现象。
PBL中的GABA能神经元NALCN敲除无明显影响敲除PBL中的GABA能神经元中的NALCN未见显著影响，提示NALCN的调节功能可能局限于谷氨酸能神经元。
NALCN在七氟醚麻醉下调节呼吸频率，但在丙泊酚或吗啡下无明显影响进一步研究发现，敲除NALCN的小鼠在七氟醚麻醉下呼吸抑制更为严重，但对丙泊酚或吗啡的呼吸抑制无明显影响，同时记录的神经元放电频率变化也支持这一结论。
NALCN在七氟醚麻醉下对疼痛刺激无明显影响在七氟醚麻醉下，通过尾夹模型模拟的疼痛刺激均能导致呼吸频率的快速增加，但无论是对照组还是NALCN敲除组，小鼠的呼吸频率变化均无显著差异，表明NALCN在痛觉传导和呼吸反应回路中未发挥显著作用。
进一步确认NALCN在呼吸调节中的关键作用另外，实验还进一步确认，NALCN基因敲除导致的呼吸频率下降可以通过激活PBL谷氨酸能神经元得到逆转。
研究结论和意义该研究确认了NALCN是PBL谷氨酸能神经元中一个关键的调节呼吸频率的离子通道，在七氟醚麻醉下发挥作用，但在丙泊酚或吗啡麻醉下无显著影响。本研究为进一步理解七氟醚麻醉对呼吸功能的作用机制提供了新见解，同时指出了NALCN作为七氟醚麻醉下控制呼吸活动的潜在靶点，为开发新型相关药物奠定了基础。
研究亮点重要发现: 确认了NALCN在PBL谷氨酸能神经元中作为调节呼吸频率的关键离子通道。
方法新颖: 使用化学基因操作和基因敲除技术结合全身测压法、原位杂交、多通道记录等方法全面分析NALCN的作用。
实际应用: 研究成果有助于开发新型药物，用于调控七氟醚麻醉下的呼吸抑制问题。
其他有价值的信息该研究得到了中国国家自然科学基金等机构的资助，所有数据可以通过合理请求从通讯作者处获取。研究结论拓展了我们对呼吸调节机制的理解，并对临床麻醉实践具有指导意义。