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目前已识别了超氧化物歧化酶1(superoxide dismutase 1,SOD1)基因100多种突变,占家族型ALS患者的~20%。人SOD1鼠模型的临床表型及病理基础与ALS散发性及家族性患者最为相近。其中,有三种SOD1G85R、SOD1G37R及SOD1G93A已被广泛的应用于ALS的转基因鼠模型。SOD1是表达153个氨基酸多肽的同型二聚体酶,每个亚单元结合一个铜及一个锌离子。铜负责酶的催化活性,锌负责稳定蛋白的结构。SOD1的主要功能包括自由基的清除,通过催化超氧化物阴离子转化成分子氧和过氧化氢,通过谷胱甘肽过氧化物酶及过氧化氢酶分解成水。SOD1分布广泛,主要分布于细胞质中,线粒体及其他亚细胞器中也能被检测到。腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)是一种小的,无包膜病毒,已经成为基因治疗领域研究的主题。它介导的基因转导是安全有效的,也是作为临床研究的一种治疗工具。大量的动物模型显著的证据表明了重组腺相关病毒(recombinant adeno-associated virus,r AAVs)的有效性及安全性。其中,将携带编码人胰岛素生长因子1基因重组腺相关病毒(insulin like growth factor 1 delivery by recombinant adeno-associated virus,r AAV-IGF1)注射到SOD1G93A模型小鼠的呼吸及后肢肌肉中,这延长了生存期及延缓了运动的削减。AAV带菌者具有逆向传递的特性,如脊髓神经元是选择性的靶组织,允许局部分泌的人胰岛素生长因子1(insulin like growth factor 1,IGF1)对周围细胞有广泛的作用,并不仅仅局限于传递病毒的运动神经元细胞。中枢神经系统中,AAV研究最多的血清型是1,2,5,8,9,及重组。血清型的效果取决于脑分布、物种及靶细胞类型。这些血清型有效地转导给神经元,星形胶质细胞、少突胶质细胞及小胶质细胞转导受限,使用特定细胞激活子能够得到改善。研究证实,腺相关病毒血清型9(adeno-associated virus 9,AAV9)能通过血脑屏障且有效靶向脑及脊髓中的神经元、星形胶质细胞。小鼠中,AAV9介导的中枢神经系统通过小脑延髓池途径的靶向基因传递,与其它AAV血清型相比,AAV9是在中枢神经系统中传递更好的载体,能更好的透过血脑屏障。为了探究肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)症状前期运动神经元电生理的改变及IGF1对电生理的影响,本实验采用侧脑室及脑实质两种方法注射AAV9-IGF1及AAV9-GFP(green fluorescent protein,GFP)于SOD1G93A新生鼠中,观察运动皮层M2区的表达情况,选用IGF1表达量多的方法注射AAV9-IGF/AAV-GFP,并记录20-40天SOD1G93A小鼠运动皮层2区(motor cortex 2 area,M2)的动作电位,分析AAV9-IGF1对SOD1G93A小鼠症状前期运动神经元动作电位的影响。目的:1记录SOD1G93A转基因及非转基因小鼠的动作电位,并比较动作电位的阈电位、频率、动作电位幅度、潜伏期及上升速率是否存在差别;2通过侧脑室及脑实质注射AAV9-IGF1/AAV-GFP于SOD1G93A新生鼠(出生24h内)中,分别观察其在运动皮层M2区的表达效果;3分别记录脑实质注射AAV9-IGF1/AAV-GFP的20-40天SOD1G93A转基因小鼠M2区的动作电位,并比较阈电位、频率、动作电位幅度、潜伏期及上升速率是否存在差别。方法:本实验应用C57/6小鼠及SOD1G93A转基因及非转基因同窝对照小鼠,SOD1G93A转基因小鼠的鉴定通过PCR扩增的方法。采用脑组织及侧脑室两种方法注射AAV9-IGF1/AAV-GFP,选用20-40天C57/6、SOD1G93A转基因和非转基因小鼠的脑片,用免疫组化及免疫荧光方法观察AAV9-IGF1及AAV-GFP在运动皮层M2区的表达,选用表达量多的方法注射AAV9-IGF1/AAV-GFP于SOD1G93A转基因新生鼠中,采用全细胞膜片钳技术记录20-40天小鼠脑片M2的动作电位,并统计分析。结果:1应用全细胞膜片钳技术,记录20-40天SOD1G93A转基因(h SOD1G93A)组及非转基因(m SOD1WT)组小鼠脑片运动皮层M2区动作电位:两组阈电位有区别,但差异无统计学意义;两组频率中,SOD1G93A转基因组高于同窝对照组,150p A电流刺激时差异有统计学意义(150p A,P=0.04<0.05),200-500p A电流刺激时,差异无统计学意义;动作电位幅度,两组之间差异无统计学意义;两组潜伏期比较,差异无统计学意义;两组上升速率,SOD1G93A转基因组高于同窝对照组(450p A除外),250p A电流刺激时差异有统计学意义(250p A,P=0.032<0.05)。2通过侧脑室及脑实质两种方法注射AAV9-IGF1/AAV-GFP,应用免疫组化及免疫荧光方法观察20-40天小鼠脑片M2区IGF1的表达情况。在小鼠脑片运动皮层M2区中,与侧脑室注射相比,脑实质注射的方法IGF1表达量更高,且差异有统计学意义。3应用全细胞膜片钳技术,记录脑实质注射AAV9-IGF1/AAV-GFP20-40天SOD1G93A转基因组小鼠脑片M2区的动作电位:与AAV9-GFP组相比,AAV9-IGF1组阈电位明显减小,且差异有统计学意义;两组频率,差异无统计学意义;与AAV9-GFP组相比,AAV9-IGF1组动作电位幅度降低,但差异无统计学意义;与AAV9-GFP组相比,AAV9-IGF1组动作电位的潜伏期缩短,且在150p A、500p A电流刺激时,差异有统计学意义(P<0.05);两组上升速率比较,差异无统计学意义。结论:1与同窝对照组相比,SOD1G93A转基因鼠症状前期运动神经元有兴奋性增高的趋势。2与侧脑室注射相比,脑实质注射在20-40天小鼠M2区的IGF1表达量更高。3 IGF1降低了SOD1G93A转基因鼠症状前期运动神经元的阈电位,发挥了神经保护作用。