想了解细胞产品及试剂相关内容,请点击这里进入OriCell网站
  • 现货小鼠周周秒,KO、CKO、免疫缺陷、人源化小鼠,48小时内发货!

张惠/王亚周/武胜昔合作揭示褪黑素在全麻药物神经发育毒性中的保护作用及其机制

近年来,全身麻醉是否会对婴幼儿中枢神经系统发育产生影响是国际关注的热点话题。大量的回顾性临床研究和动物研究均提示发育期全麻药物暴露可能引起远期学习、记忆能力损伤。部分前瞻性临床研究如GAS、PANDA、以及MASK等均提示单次短暂全麻药物暴露并不会影响儿童大脑发育。但随着研究的逐步深入,不少结果提示长时程或反复多次麻醉暴露将影响儿童神经系统发育。2016年底,美国食品药品管理局(Food and Drug Administration, FDA)发布了“药物安全通告”,称“对于年龄在3岁以下的儿童和妊娠晚期的孕妇需谨慎使用全身麻醉和镇静药物”,引发国际性大讨论。然而,全身麻醉药物致中枢神经系统发育异常的分子机制及防治措施尚不明确。

 

 

2021年9月,空军军医大学第三附属医院麻醉科张惠团队与空军军医大学神经生物学教研室武胜昔/王亚周团队Journal of Pineal Research发表了题为“Melatonin pretreatment alleviates the long term synaptic toxicity and dysmyelination induced by neonatal Sevoflurane exposure via MT1 receptor mediated Wnt signaling modulation”的封面文章。空军军医大学第三附属医院麻醉科张惠教授以及空军军医大学神经生物学教研室王亚周副教授和武胜昔教授为该论文的共同通信作者。空军军医大学第三附属医院麻醉科主治医师梁丽荣与博士研究生曾甜赵又谊为该论文的共同第一作者。空军军医大学神经生物教研室为该研究提供了技术和平台支持。该研究以小儿麻醉常用的吸入麻醉药物-七氟醚(Sev)重复暴露这一国际公认的模型为基础,探索了褪黑素通过海马神经元和少突胶质细胞的MT1受体发挥对(多次)七氟醚暴露所致认知损伤的保护作用。

 



褪黑素(melatonin)是脊椎动物松果体产生的一种天然激素,其主要作用是维持昼夜节律,也就是我们常说的“生物钟”。基础研究发现,外源性褪黑素在多种病理条件中均发挥神经保护作用。临床麻醉实践中,褪黑素常用于术前镇静,以降低患儿的焦虑。临床实践给该研究提供了新思路,褪黑素是否可以逆转长期、反复七氟醚暴露所致的神经毒性作用呢?

 

重复多次七氟醚暴露对褪黑素信号的影响

该研究首先利用WB结合免疫荧光技术,发现幼鼠七氟醚暴露后海马神经元和少突胶质细胞中MT1受体信号明显改变。

图1. 重复多次七氟醚暴露对褪黑素信号的急性效应。

 

褪黑素的神经保护作用是否由MT1受体介导呢?将表达MT1-shRNA的慢病毒注射到新生小鼠的双侧海马体中,发现MT1-shRNA显著阻断了褪黑素对突触发育和髓鞘形成的保护作用。之后,采用MT1受体敲除小鼠(MT1-KO,由赛业生物提供)进一步验证分析。结果同样表明,褪黑素对突触发育、髓鞘形成和行为表现的保护作用是由MT1受体介导的。

 

七氟醚暴露抑制Wnt信号传导

为了探索该现象背后的潜在机制,该研究分析了细胞内信号传导的长期变化。通过RNA-seq分析,发现新生小鼠暴露于七氟醚后,SFRP1(Wnt信号抑制肽)的表达显著上调。β-catenin蛋白作为经典Wnt信号通路中的核心成分,表达水平在暴露后显著降低(图2)。因此,七氟醚暴露导致海马神经元和少突胶质细胞中Wnt/β-catenin信号被长期抑制可能受褪黑素调节。

图2. 新生小鼠暴露于七氟烷对MT1和Wnt信号通路的长期影响。

 

MT1受体与β-catenin存在相互作用

那么褪黑素与Wnt/β-catenin信号通路之间是否存在相互作用呢?通过研究发现MT1受体与海马体中的β-catenin和Axin2存在共表达。免疫共沉淀分析表明,MT1与β-catenin之间存在很强的相互作用,而七氟醚处理显著降低了这种相互作用。

 

更重要的是,体内实验进一步证明,褪黑素预处理促进了MT1与β-catenin的相互作用。与七氟醚处理的小鼠相比,在七氟醚-褪黑素处理的小鼠中检测到更高水平的β-catenin,而且SFRP1水平显著降低。这些数据表明,褪黑素预处理可恢复七氟醚处理小鼠中的Wnt信号传导。

 

总结

这项研究表明,在正常情况下,海马神经元和少突胶质细胞表达MT1受体。MT1与β-catenin共定位且相互作用。七氟醚暴露扰乱了β-catenin与MT1之间的相互作用,导致Wnt信号受抑制并使SFRP1上调。在褪黑素存在时,MT1/β-catenin相互作用增强(图3)。

图3. 作用机制示意图。

 

该研究深入挖掘了褪黑素介导七氟醚暴露所致认知损伤保护作用的分子机制,首次发现褪黑素通过增强mt1受体与β-catenin的相互作用改善了七氟醚暴露对发育期海马神经元和少突胶质细胞的毒性效应机制,为相关临床应用提供理论支撑。

 

赛业生物一站式服务平台

赛业生物长期致力于基因编辑细胞和动物模型的建立,拥有经验丰富的专家团队和成熟稳定的技术平台,客户遍布全球几十个国家和地区。我们可为客户提供目的基因的表达调控的细胞模型和动物模型,以及相关的表型检测、功能验证、病理分析等一系列的服务,为广大科研工作者提供便捷的服务,更有专业高效的科学家团队可为您提供深度的技术支持, 如有需要,欢迎后台留言或是联系我们咨询~

 

原文检索:

Liang L, Zeng T, Zhao Y, Lu R, Guo B, Xie R, Tang W, Zhang L, Mao Z, Yang X, Wu S, Wang Y, Zhang H. Melatonin pretreatment alleviates the long-term synaptic toxicity and dysmyelination induced by neonatal Sevoflurane exposure via MT1 receptor-mediated Wnt signaling modulation. J Pineal Res. 2021 Sep 29:e12771.

 doi: 10.1111/jpi.12771.

 

关于赛业

赛业生物科技集团是一家基于模式动物药物研发的国际化创新性CRO平台。依托于品系丰富的基因编辑小鼠资源库、高效且智能化的模式动物定制平台、药物筛选评价小鼠模型平台、一站式小动物表型分析平台、一站式无菌鼠技术服务平台及先进的细胞技术服务平台,建立了多位一体的创新性CRO平台服务网络,以服务于肿瘤、免疫、代谢、内分泌、心血管、神经及传染病等方向的科学研究及药物研发筛选,并与全球100多个国家和地区的数万名科学家及企事业单位建立了广泛的合作,产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的5700余篇学术论文。赛业生物已获得ISO9001:2015和AAALAC双认证,确保向广大专家学者提供的所有产品和技术服务符合国际标准的同时也表达了我们尊重动物福利和伦理,重视生物安全的负责任态度。如有需要,欢迎后台留言或者联系我们咨询。

如果您对产品或服务有兴趣,可通过以下方式联系我们
在下方表单
填写需求描述给我们
点击页面右侧“在线咨询”
工具快速咨询
拨打免费电话:
400-680-8038
发送邮件至邮箱:
info@cyagen.com
click to refresh