Nature Neuroscience​：南方科技大学宋学军团队揭示意识重启新机制

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翻译：李苗苗 徐医麻醉2022级硕士研究生

审校：刘苏 徐医附院麻醉科

Nature Neuroscience：南方科技大学宋学军团队揭示意识重启新机制

2023年3月27日，南方科技大学宋学军团队在神经科学顶级期刊《自然: 神经科学》(Nature Neuroscience)上，以“Emergence of consciousness from anesthesia through ubiquitin degradation of KCC2 in the ventral posteromedial nucleus of the thalamus” 为题发表的最新研究报道了意识消失后重新启动的新分子神经机制，揭开了认识意识本质、意识障碍和意识复苏的生物学基础的冰山一角。

该研究指出，意识的恢复不是被动的、而是一个主动的过程。所谓被动恢复只是一种容易观察到的、直观的、表面的现象，并不是意识复苏的本质。这是意识研究领域具有里程碑意义的成果。  

在这项最新研究中，使用了全身麻醉药引起的可逆LOC（loss of consciousness）模型，并使用LORR（Loss of the righting reflex）评估麻醉状态和LOC，进一步将LORR期间的MRS定义为总分≤3分的动物。发现丘脑和下丘脑是在MRS（the minimum responsive state）中KCC2表达显著且持续下调的特异性和常见的核团。  

丘脑VPM（ventral posterior nucleus of thalamus）中KCC2的下调会削弱麻醉作用。为了确定在不同的麻醉剂下，丘脑和下丘脑中，KCC2表达的持续下调的可能的亚核，在不同亚核注入AAV2/9-hSyn-mCherry-miRNA来敲除KCC2。结果显示，在VPM中敲低KCC2显著降低了麻醉效果，表现为LORR持续时间缩短，MRS发病延迟，意识水平提高，MRS持续时间缩短，恢复加快。这种KCC2下调是VPM特有的，而不是丘脑和下丘脑中的其他亚核。

KCC2降低导致GABAAR介导的VPM神经元去极化。结果显示，在使用每种麻醉剂治疗后，EGABA（ equilibrium potential of GABA ）发生了显著的、一致的去极化偏移, 这些结果表明，麻醉诱导的去极化的EGABA依赖于VPM中KCC2表达的降低。KCC2表达的减少导致GABA驱动的Cl-输出，导致细胞去极化和兴奋。

抑制泛素-蛋白酶体降解恢复KCC2。作者提出了KCC2在MRS中的快速下降可能是由于KCC2的泛素-蛋白酶体降解的假设。为了验证这一假设，在VPM中进行了微注射泛素活化酶E1抑制剂PYR-41和蛋白酶体抑制剂MG-132，以抑制泛素-蛋白酶体途径。结果显示PYR-41、MG-132显著逆转了麻醉小鼠VPM中KCC2的下降。

F-box蛋白Fbxl4促进KCC2的蛋白酶体降解。通过蛋白质组学分析发现麻醉可导致脑内Fbxl4上调和KCC2下调。免疫共沉淀分析显示，VPM中的KCC2作为底物，被Fbxl4传递到Cullin1Fbxl4/Skp1-Rbx1-Ned复合物。体内体外实验证明，Fbxl4敲除显著阻止了异丙酚诱导的KCC2降解，Fbxl4过表达促进了KCC2的降解。

Thr1007磷酸化促进KCC2与Fbxl4的相互作用。KCC2 Thr1007位点的磷酸化在异丙酚麻醉中KCC2泛素化过程中发挥了关键作用。磷酸化的KCC2被Fbxl4识别并转移到E3连接酶复合体进行泛素化修饰，泛素化的KCC2最终被蛋白酶体识别和降解。

为了进一步证实KCC2-Thr1007磷酸化在麻醉恢复过程中的必要性，在VPM神经元中通过注射VSVG-LENTAI-hSyn-EGFP-Thr1007A，在体内过表达Thr1007A，抑制KCC2在Thr1007位点的磷酸化，恢复了KCC2表达的下降。结果表明，抑制VPM中KCC2 Thr1007位点的磷酸化可进一步抑制VPM神经元活性，增强麻醉效果，即KCC2降解可能作为一种促进麻醉后意识出现的机制。

《自然:神经科学》杂志的论文审阅专家指出这是意识研究领域具有里程碑意义的成果；编辑总结(Editor’s Summary)指出，该研究揭示了意识主动重启的共同机制(This study reveals a common mechanism for active reboot of consciousness from anesthesia)。

该研究论文的唯一作者单位是南方科技大学医学院医学神经科学系，第一作者胡江建、共同第一作者刘岳鑫和姚翃宇均为在读博士研究生，通讯作者宋学军教授。该研究得到国家自然科学基金、深圳市科创委高层次人才创新创业项目以及南方科技大学高水平大学建设基金的支持。

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文中所涉及药物使用、疾病诊疗等内容仅供医学专业人士参考。

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编辑：Michel.米萱

校对：MiLu.米鹭

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