基于新生儿脓毒症引起认知损害的一项研究：探讨神经发育相关基础研究的设计与实施

本文由“华西医院麻醉手术中心"授权转载

本期介绍四川大学华西医院周诚研究员课题组于2022年7月在BMC Medicine（IF: 11.1）上发表的研究“Severe inflammation in new-borns induces long-term cognitive impairment by activation of IL-1β/KCC2 signaling during early development”。该研究基于GABA功能的发育，为预防或治疗新生儿脓毒症引起的远期认知功能损害提供了新的潜在的分子靶点。本期科研沙龙就此探讨神经发育相关基础研究的实施及分子靶点挖掘。

张东航、杨宇焦、阳垚鑫（共同第一作者），周诚（通讯作者）

文章摘要

研究背景

新生儿期发生脓毒血症可引起远期认知功能损害，但是潜在的分子机制不完全清楚。在早期的发育过程中，KCC2的表达改变在GABA功能兴奋-抑制转变中发挥重要作用。本研究试图探索新生儿期脓毒症引起的远期认知功能损害是否与发育早期KCC2的表达及GABA功能转变异常有关。

研究方法

新生儿期脓毒症模型构建：出生第3天大鼠腹腔注射LPS；认知功能评估：水迷宫及条件恐惧实验；炎症因子及KCC2的表达：ELISA, RT-PCR 及Western blotting；GABA翻转电位：穿孔膜片钳记录。

研究结果

新生儿脓毒症可导致远期认知功能损害；

LPS腹腔注射引起海马IL-1β持续高表达，同时，KCC2在P7-P10及P14-P16升高，CA1锥体神经元GABA翻转电位超极化，而敲减海马IL-1β可以逆转这一现象；

相应地，敲减海马IL-1β及KCC2可以改善新生儿脓毒症引起的远期认知功能损害。

研究结论

新生儿期脓毒症可通过激活海马IL-1β-KCC2通路，诱导发育早期GABA功能提前成熟，引起远期认知功能损害。

讨论

1、科学问题的选择

科学问题选择的重要原则是基于临床上已经确认存在的重要疾病或现象。脓毒症是引起新生儿重症监护病房（NICU）里新生儿死亡的主要因素。随着医疗水平的进步，脓毒症引起的新生儿死亡率有所下降，但是幸存者往往会出现远期认知功能损害，给患者、家庭以及社会带来沉重的负担。因此本研究聚焦于新生儿脓毒症引起的远期认知功能损害，这是已经被大量临床研究证明的重要疾病。

2、新生儿脓毒症模型构建

本研究采用出生第三天的大鼠，通过腹腔注射经典药物LPS构建新生儿脓毒症模型。由于新生儿脓毒症可引起大鼠死亡，因此首先要进行LPS给药剂量的摸索，既要保证一定死亡率来证明模型的成功，又要有一定的存活率进行后续实验。经过剂量筛选，最终我们选择1mg/kg剂量，死亡率~40%。

3、分子靶点选择

上游靶点：研究表明，脓毒症引起的颅内持续炎症是引起认知损害的重要原因，于是我们上游靶点的选择聚焦于炎症因子的表达，探索引起颅内炎症持续存在的主导因子，这可能是引起远期认知损害的关键靶点。通过筛选三种常见的炎症因子发现，脓毒症后外周血及海马的TNF及IL-6水平仅出现短暂升高，而海马的IL-1β持续高表达，至少维持30天。提示IL-1β可能是维持脓毒症引起的颅内炎症持续存在的主导因子，而后通过特异性干扰IL-1β证实了IL-1β是新生儿脓毒症引起认知损害的关键靶点之一。

下游靶点：既然研究的是新生儿期脓毒症，那么关键靶点的选择聚焦于发育期与认知相关的分子比较符合逻辑。GABA是成年中枢神经系统主要的抑制性神经递质。有趣地是，在发育的早期阶段，GABA介导去极化兴奋作用，这是由神经元上高表达的NKCC1离子通道维持胞内较高氯离子（Cl-）浓度引起。随着发育，神经元上负责泵出Cl-的KCC2离子通道表达增加，而NKCC1表达逐渐减少，GABA介导的功能发生由兴奋向抑制转变 [5]。GABA功能的正常转变是突触发育及神经元可塑性的重要前提，其异常与许多神经系统疾病有关。因此，我们猜想氯离子通道的表达及GABA功能的早期发育可能参与脓毒症引起的认知功能损害，由此确定了下游分子靶点。

4、GABA功能翻转

已有大量研究提示GABA功能的正常发育是形成正常突触功能的关键，其异常与许多神经系统疾病有关。脓毒症后引起GABA功能提前发生兴奋-抑制转变是本研究的亮点之一。通过穿孔膜片钳记录CA1锥体神经元的翻转电位，进一步明确了KCC2表达异常引起远期认知功能损害的机制。

5、投稿与修回

本研究能够得到编辑青睐的原因之一可能与杂志call papers专题比较契合。同时，审稿人对文章的创新型给予了积极的评价，提出了一些具有建设性的意见。在修回过程总结了一些经验如下：

求同存异：在讨论中，除了讨论具有类似结果的研究外，更应重点讨论具有不一致结果的研究，分析原因。

刚柔并济：本研究修回过程中，遇到了两位审稿人意见不一致的问题，比如LPS引起的炎症能否称为脓毒症。我们在坚持自己意见的同时，兼顾考虑两位审稿人的建议后，将本研究LPS引起的模型定义为Severe inflammation。

强干弱枝：本研究初投包括了部分NKCC1相关的数据，审稿人觉得在证明NKCC1的作用环节，证据稍弱，会稀释KCC2的发现，因此建议删除NKCC1的部分。同时我们探索的突出传递的变化因为有槽点也没有呈现，而是进行了讨论。所以，并不是数据的堆积，而是要确保主干逻辑完整、清楚。

原始文献：

Donghang Zhang, Yujiao Yang, Yaoxin Yang, Jin Liu, Tao Zhu, Han Huang, Cheng Zhou. Severe inflammation in new-borns induces long-term cognitive impairment by activation of IL-1β/KCC2 signaling during early development. BMC Med 20, 235 (2022). https://doi.org/10.1186/s12916-022-02434-w.

作者简介

第一作者：张东航 杨宇焦 阳垚鑫

通讯作者：周诚

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编辑：李雪霏 许钊

审查：许钊

免责声明：

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编辑：Michel.米萱

校对：Mijohn.米江

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