携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用。
【背景技术】
[0002]呼吸是一种节律运动，现阶段研究认为呼吸节律是通过呼吸中枢呼吸神经细胞群的产生，参与呼吸节律的调节与改善，共同实现机体的正常呼吸运动。由于器官损伤如心肺衰竭、气管堵塞、气胸、脑压过高对二氧化碳敏感度降低等多种可能原因，呼吸节律受到破坏，出现浅而快呼吸、过深过慢呼吸、呼吸暂停、潮式呼吸、叹息样呼吸等，会导致呼吸性酸中毒、碱中毒、呼吸停止死亡等严重后果。传统的治疗方法中，作用的靶点主要是延髓呼吸中枢、大脑皮层、主动脉体和颈动脉外周化学感受器，以及膈肌。
[0003]延髓是生命中枢，调节控制机体的心搏、血压、呼吸和消化等重要功能，此部分的受损或受压会危及生命，因此针对此靶点的药物使用必须严格掌握剂量，过量往往会引起惊厥、中枢抑制、昏迷甚至死亡。皮层作为调节呼吸的靶点往往引起中枢兴奋症状、失眠，大量中毒可致惊厥。中枢兴奋药物作用于以上靶点，主要用于对抗中枢抑制药中毒或某些传染病引起的中枢性呼吸衰竭。他们的选择性一般都不高，安全范围小，兴奋呼吸中枢的剂量与致惊厥剂量之间的距离小。主动脉体和颈动脉外周化学感受器只有根据大脑CO2浓度变化才能够更为精确地调节呼吸。膈肌起搏器的作用是兴奋膈神经，促进膈肌收缩，加快呼吸，促进肺泡二氧化碳排出。但是，有部分呼吸疾病并不是由于呼吸衰竭引起，如呼吸中枢过度兴奋导致呼吸短促导致的呼吸性碱中毒，还有叹息样呼吸(表现为在一般正常呼吸节律中插入I次深大呼吸并常伴有叹息声的呼吸)，都不在膈肌起搏器的治疗范围之内。此外，持续刺激膈神经可导致膈肌疲劳，长久之后呼吸通气量减少，仍然会造成呼吸通气不足，对于之前的症状改善效果不理想。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明实施例提供了携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用，该调控呼吸节律药物用于与丘脑前核中Y-氨基丁酸能神经纤维作用，可有效地减缓呼吸频率，使得呼吸更为均匀；可有效改善潮式呼吸、叹息样呼吸等呼吸节律不稳等相关疾病，可控制机体平稳摄入氧气适量不至于氧气过多二氧化碳过少，保证呼吸中枢始终兴奋，提前预防以避免呼吸暂停现象，安全可靠。
[0005]本发明实施例提供了携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用，所述调控呼吸节律药物用于与丘脑前核中Y -氨基丁酸能神经纤维作用。
[0006]优选地，所述调控呼吸节律药物用于兴奋所述丘脑前核中谷氨酸能神经元。
[0007]优选地，所述编码光敏感离子通道蛋白基因为编码ChR2的基因或编码与ChR2具有相同功能的基因。更优选地，所述编码与ChR2具有相同功能的基因为编码ChR2-310的基因、编码Chop2的基因或编码Chop2-310的基因。
[0008]优选地，所述携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在丘脑前核中Y-氨基丁酸能神经纤维表面表达ChR2。
[0009]优选地，所述ChR2受到20HZ频率的蓝光刺激时兴奋Y -氨基丁酸能神经纤维释放Y-氨基丁酸神经递质，所述Y-氨基丁酸神经递质作用于所述丘脑前核中谷氨酸能神经元上的Y -氨基丁酸受体，使谷氨酸能神经元在暂短的抑制之后产生兴奋反应。
[0010]优选地，所述调控呼吸节律药物通过注射的方式进入哺乳动物的丘脑前核中与所述Y-氨基丁酸能神经纤维作用。
[0011]优选地，所述调控呼吸节律药物用于减缓哺乳动物的呼吸节律。
[0012]优选地，所述表达载体为质粒、病毒载体或非病毒载体。
[0013]优选地，所述病毒载体为慢病毒载体，选自人体免疫缺损病毒、乳多空病毒、腺病毒、牛痘病毒、腺相关病毒、疱疫病毒和逆转录病毒中的一种或几种。
[0014]优选地，所述调控呼吸节律药物由具有光敏感离子通道蛋白和携带所述光敏感离子通道蛋白基因的表达载体中的一种或几种与药用载体组成
[0015]优选地,所述药用载体为水性溶剂、非水性溶剂、悬液或乳剂。
[0016]本发明实施例提供了携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用，具有以下有益效果:
[0017]该调控呼吸节律药物用于与丘脑前核中Y-氨基丁酸能神经纤维作用，可有效地减缓呼吸频率，使得呼吸更为均匀；可有效改善潮式呼吸、叹息样呼吸等呼吸节律不稳等相关疾病，可控制机体平稳摄入氧气适量不至于氧气过多二氧化碳过少，保证呼吸中枢始终兴奋，提前预防以避免呼吸暂停现象，安全可靠。
【附图说明】
[0018]图1为Vgat转基因小鼠脑片的荧光显微镜图。
[0019]图2为在Vgat转基因小鼠给予蓝光刺激后测定的呼吸频率示意图。
[0020]图3为Vgat转基因小鼠呼吸频率与蓝光刺激的关系示意图。
[0021]图4为Vgat转基因小鼠呼吸频率与蓝光刺激的数据统计图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]本发明实施例提供了携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用，所述调控呼吸节律药物用于与丘脑前核中Y -氨基丁酸能神经纤维作用。
[0024]所述调控呼吸节律药物用于兴奋所述丘脑前核中谷氨酸能神经元。
[0025]所述编码光敏感离子通道蛋白基因为编码ChR2的基因或编码与ChR2具有相同功能的基因。所述编码与ChR2具有相同功能的基因为编码ChR2-310的基因、编码Chop2的基因或编码Chop2-310的基因。
[0026]所述携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在丘脑前核中Y-氨基丁酸能神经纤维表面表达ChR2。
[0027]所述ChR2受到20HZ频率的蓝光刺激时兴奋Y -氨基丁酸能神经纤维释放Y _氨基丁酸神经递质，所述Y-氨基丁酸神经递质作用于所述丘脑前核中谷氨酸能神经元上的Y -氨基丁酸受体，使谷氨酸能神经元在暂短的抑制之后产生兴奋反应。
[0028]所述调控呼吸节律药物通过注射的方式进入哺乳动物的丘脑前核中与所述Y-氨基丁酸能神经纤维作用。
[0029]所述调控呼吸节律药物用于减缓哺乳动物的呼吸节律。
[0030]所述表达载体为质粒、病毒载体或非病毒载体。
[0031]所述病毒载体为慢病毒载体，选自人体免疫缺损病毒、乳多空病毒、腺病毒、牛痘病毒、腺相关病毒、疱疫病毒和逆转录病毒中的一种或几种。
[0032]所述调控呼吸节律药物由具有光敏感离子通道蛋白和携带所述光敏感离子通道蛋白基因的表达载体中的一种或几种与药用载体组成。
[0033]所述药用载体为水性溶剂、非水性溶剂、悬液或乳剂。
[0034]本发明实施例提供了携带编码光敏感离子通道蛋白基因的表达载体在制备调控呼吸节律药物中的应用:该调控呼吸节律药物用于与丘脑前核中Y-氨基丁酸能神经纤维作用，可有效地减缓呼吸频率，使得呼吸更为均匀；可有效改善潮式呼吸、叹息样呼吸等呼吸节律不稳等相关疾病，可控制机体平稳摄入氧气适量不至于氧气过多二氧化碳过少，保证呼吸中枢始终兴奋，提前预防以避免呼吸暂停现象，安全可靠。
[0035]光遗传学刺激实验
[0036]一种实时检测氧分压，并根据检测到的氧分压发射对应蓝光刺激丘脑前核中Y-氨基丁酸能神经纤维，包括:
[0037]步骤S110，通过红光和红外光交替照射哺乳动物表面分别获取被哺乳动物组织吸收后的红光的反射光信号和红外光的反射光信号。具体实现中，光通过组织和血管时，非动脉成份(如皮肤、肌肉、骨骼、静脉血等)吸收光信号是恒定的，经过光电接收器后得到直流分量DC ;动脉成分(如动脉血)对光信号的吸收是随着脉搏搏动作周期性变化，经过光电接收器后得到交流分量AC。血液中的血红蛋白对红光和蓝光有不同的吸收率，所述血红蛋白包括氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb，氧合血红蛋白HbO2对660nm红光吸收量较少，对940nm红外光吸收量较多；还原血红蛋白Hb则对660nm红光吸收量较多，对940nm红外光吸收量较少。因此交替发射红光和红外光，可以获得红光的反射光直流信号和交流信号，同时可以获得红外光的反射光直流信号和交流信号，并且由于血红蛋白对红光和蓝光的吸收率不同，所以获取得到的所述红光的交流分量是主要是被还原血红蛋白Hb吸收后的反射光，获取得到的所述红外光的交流分量是主要是被氧合血红蛋白HbO2吸收后的反射光。
[0038]步骤S120，根据获取到的所述红光的反射光信号和所述红外光的反射光信号计算血氧饱和度，根据计算得到的所述血氧饱和度计算氧分压。在计算血氧饱和度之前，需要对获取到的所述红光的反射光信号和所述红外光的反射光信号进行处理。具体实现中，首先通过光电转换器将获取到的所述红光的反射光信号和所述红外光的反射光信号转化为红光的电流信号和红外光的电流信号，然后通过电流电压转化电路将该电流信号转换成红光的电压信号和红外光的电压信号，并对所述红光的电压信号和红外光的电压信号进行过滤放大处理，最后通过AD转换电路将所述红光的电压信号和所述红外光的电压信号转化为红光的数字电压信号和红外光的数字电压信号，同时通过交直流分离电路将其处理为红光和红外光的直流分量和交流分量。所述红光的数字电压信号包括红光的直流分量Vrdc和交流信号Vrac，所述红外光的数字电压信号包括红外光的直流分量Virdc和交流信号Virac0
[0039]根据转化得到的所述红光的数字电压信号和所述红外光的数字电压信号计算所述血氧饱和度。具体实现中，红光的光强在哺乳动物组织中吸收率可以表示为交流信号Vrac与直流分量Vrdc的比值，红外