脑功能的动态平衡调控

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1、项目名称：脑功能的动态平衡调控首席科学家：陈军中国人民解放军第四军医大学起止年限：2006.1至2010.12依托部门：总后勤部卫生部一、研究内容总体研究内容脑功能稳态是确保人类正常生命活动的首要基础，它是中枢神经系统在基因与细胞表面分子和胞内信号分子网络、突触网络、神经回路网络及脑各个系统网络等多个层次上对身体内外环境瞬息万变的复杂信息进行动态反馈调节，达到兴奋与抑制的可塑性稳态过程。该过程反映了脑是高度进化的产物，涉及基因与分子网络的稳态，神经元、神经胶质细胞与突触可塑性的稳态，神经回路的稳态，脑可塑性稳态等四个层面复杂的信息处理和精确的神经分析计算过程，任何水平上的错误信息处理和

2、计算都可能导致这个平衡系统的失调和紊乱，因此在21世纪人类社会活动高度频繁和经济社会高度精神与躯体负担压力下，脑具有极强的功能失调易感性，造成人类疾病谱的排行首榜向神经与精神疾病转化，结果导致人的工作能力丧失、生活质量下降，给社会和家庭造成极大的经济和精神负担，恶化人类社会环境。脑功能紊乱与疾病（如慢性疼痛、药物成瘾、癫痫、精神分裂症、睡眠障碍、痴呆和脑高级功能障碍等）不仅是脑本身的健康问题，还会导致身体其它系统的疾病（如癌症、心血管疾病、胃溃疡和胃功能异常、内分泌紊乱和脑源性代谢病-糖尿病等）。系统深入地研究“脑功能的动态平衡调控”细胞分子机理将有助于在多个层次上理解脑功能，并为防治

3、功能性脑疾病提供策略和方法，因此本项目具有重要的科学和社会意义，是国家重要的科学前沿问题。本项目将紧紧围绕“脑功能的动态平衡调控”这个关键的科学问题，在基因与分子网络的稳态，神经元、神经胶质细胞与突触可塑性的稳态，神经回路的稳态，脑可塑性稳态与行为等四个层面上，针对（1）电压门控离子通道的调控；（2）细胞分泌与内吞的调控机理；（3）抑制性突触及其可塑性；（4）神经信号的精确分析计算的机理；（5）视网膜神经回路的信息处理；（6）果蝇长时记忆的分子机理；（7）猴长时记忆的集群神经元编码；（8）应激行为与神经可塑性稳态等8个研究课题深入开展研究。（1）电压门控离子通道的调控：研究电压门控通道

4、在神经细胞内外离子稳态、信号产生、信号传导、时序编码和调控上的功能特点具有重要的生物学意义。该课题拟采用电生理细胞外记录、膜片钳记录和爪蟾卵母细胞双电极记录，分子生物学新型离子通道的克隆与表达、基因修饰、杂合体构建，神经药理学－神经递质动态微透析检测、分子成像、相关神经毒素与离体膜离子通道标记结合、生物大分子相互作用实时检测，色谱分离纯化与鉴定，动物行为学以及免疫组化形态学等综合技术手段，并结合若干国产资源特异性钠或钾离子通道配体/调制剂，构建新型BmNa及其相关钠离子通道亚型以及BKca钾离子通道分子模板等，全面系统地研究电压门控钠离子通道和相关钾离子通道参与脑稳态神经信号处理过程的

5、分子细胞调控机制、网络关联通径及其信息整合特征。在离子通道的突变与演化关联，相关离子通道/受体与特异性配体/调制剂相互识别结合的敏感度和靶位点的定位与突变等若干重大理论问题的探讨中，推进认同国产资源相关特异性离子通道/受体配体/调制剂的实际应用价值，增进了解电压门控通道在神经细胞内外离子稳态、信号产生、信号传导、时序编码和调控上的功能特点。同时注意研究非电压敏感性Na+通道和非选择性阳离子通道的结构与功能。（2）细胞分泌与内吞的调控机理：通过研究神经细胞离子通道、动作电位和细胞分泌(胞吞)的因果关系，揭示神经动作电位及其编码的分子机理，动作电位编码的信息内涵，及其编码与对神经递质分泌和

6、心肌靶细胞调控的分子机制。因而这项研究有益于揭示神经信息传递及其神经对心脏调控的细胞机制。重点研究：1）影响动作电位编码的离子通道机制，重点研究钙离子通道、钠离子通道和K通道、SK通道以及配体门控的N型AChR通道和HCN起搏离子通道对单个动作电位和动作电位编码的影响；2）影响神经递质分泌的动作电位机制。研究不同动作电位编码对分泌的调控；3）研究DRG神经元上动作电位诱导的钙离子非依赖的细胞分泌CIVDS的分子机理。试图揭示电压直接诱导分泌的关键分子及其作用原理；4）电位编码对神经递质及其心脏靶子的调控。（1）抑制性突触及其可塑性：在注重观察兴奋性突触传递的同时，应该更加注重研究抑制性

7、突触传递的问题，突触的稳态一定是兴奋和抑制相互作用的结果。该课题将以GABA能和甘氨酸能抑制性突触为对象，应用膜片钳电生理学、免疫组织化学和Westernblot、神经细胞培养、Ca2＋成像、转基因小鼠等技术，在突触前递质释放（GABA和甘氨酸）、递质重摄取（GABA转运体GAT1）和突触后受体（GABAA和甘氨酸受体）以及Cl-稳态（KCC2）调节等不同层面上，研究抑制性突触及其可塑性在中枢神经信息处理中的作用，以及某些疾病（如脑缺血、癫痫、