严重创伤、烧伤、感染等重症患者通常会出现严重脓毒症,机体在短时间内会相继出现食欲下降、骨骼肌蛋白分解、糖异生增加、胰岛素抵抗等代谢紊乱,呈高代谢状态。持续的高分解代谢会导致恶病质,损害宿主免疫功能,导致死亡率增加。目前关于脓毒症高分解代谢的机制主要集中在肝脏、骨骼肌、肠道等外周器官,但这一系列的变化很难用外周单一器官的改变来解释,更像是下丘脑能量调节中枢统一调控来实现的。在下丘脑能量调节中枢中,弓状核存在两大神经元调控摄食:一类是促进食欲的NPY神经元,主要分泌NPY和AgRP神经肽,另一类是抑制食欲的POMC神经元,主要分泌POMC和CART神经肽。有研究通过特异性敲除小鼠下丘脑POMC神经元基因Prkaa2发现小鼠食欲显著增加。下丘脑AMPK的活化能够诱导自噬的发生,在调节能量平衡中起着举足轻重的作用。通过脑室注射AMPK激活剂AICAR能够显著增加食物摄取量,表明下丘脑AMPK活性在摄食和能量代谢中的作用。但关于脓毒症中高分解代谢与下丘脑神经肽的表达和AMPK-自噬水平的相关性目前尚不清楚。诱导亚低温治疗可能是一种能够有效减轻脓毒症高分解代谢的治疗方法。在高热性脓毒症中通过诱导亚低温治疗能够有效降低死亡率并且能够增加大脑皮层氧合,减弱了线粒体对缺氧的敏感性,从而缓解脑线粒体功能障碍,同时也能够缓解肝脏和骨骼肌中线粒体功能障碍。因此,本研究首先明确脓毒症高分解代谢与下丘脑POMC神经肽和AMPK-自噬的相关性;之后运用慢病毒抑制下丘脑POMC神经肽的表达以及使用AICAR激活下丘脑AMPK-自噬通路来明确下丘脑AMPK-自噬-POMC通路在脓毒症高分解代谢中的作用;最后进行亚低温治疗观察是否能够通过此途径来抑制脓毒症高分解代谢。全文共分为三部分:第一部分:脓毒症高分解代谢模型的建立及高分解代谢与下丘脑AMPK诱导的自噬、神经肽的相关性分析目的:建立脓毒症高分解代谢模型,明确高分解代谢与下丘脑AMPK诱导的自噬水平和神经肽的表达的相关性。方法:成年雄性SpragueDawley大鼠进行腹腔注射LPS(5 mg/kg)或等量生理盐水。24h后检测大鼠摄食量与体重变化,之后处死取下丘脑、血液、趾长伸肌进行检测。主要检测下丘脑AMPK-自噬通路相关蛋白:p-AMPK、AMPK、p-ULK1、ULK1、LC3 和下丘脑神经肽 POMC、CART、AgRP 和 NPYmRNA 的表达。血糖、血清胰岛素、瘦素水平以及骨骼肌萎缩基因MuRF-1和MAFbx mRNA的表达。结果:腹腔注射LPS导致大鼠的进食量明显减少,体重明显减轻,趾长伸肌的重量以及与体重的比值也明显减少。同时血糖明显降低、血清胰岛素和瘦素水平明显增高,骨骼肌萎缩基因MuRF-1和MAFBx mRNA的表达量也出现明显升高,表明腹腔注射LPS 24h后大鼠呈明显的高分解代谢状态。同时我们发现脓毒症降低了下丘脑p-AMPK/AMPK、p-ULK1/ULK1和LC3Ⅱ/Ⅰ的比值,提示脓毒症时下丘脑AMPK-自噬水平明显受到抑制。脓毒症大鼠下丘脑抑食神经元POMC分泌的神经肽POMC和CART都显著增加,特别是POMC神经肽;而促食神经肽AgRP和NPY的表达显著降低,进一步与骨骼肌萎缩基因MURF-1 mRNA进行相关性分析发现POMC神经肽的升高与MURF-1 mRNA显著相关,而其他神经肽相关性不明显,提示POMC神经肽的改变可能在脓毒症高分解代谢中起到关键作用。结论:脓毒症高分解代谢可能与下丘脑POMC神经肽表达升高和AMPK-自噬通路的抑制有关。第二部分:下丘脑AMPK-自噬-POMC通路调节脓毒症大鼠高分解代谢目的:明确下丘脑AMPK-自噬-POMC通路在脓毒症高分解代谢中的作用。方法:首先通过第三脑室注射POMC干扰慢病毒(1*109,5 ul)抑制下丘脑POMC神经肽表达,两周后腹腔注射LPS(5mg/kg)或等量生理盐水。24h后检测进食量、体重变化,之后取下丘脑、血液和趾长伸肌进行检测。之后通过第三脑室置管,一周后第三脑室注射AMPK激活剂AICAR(6mg/ml,5ul)后立即腹腔注射LPS或等量生理盐水。24h后检测进食量、体重变化,之后取下丘脑、血液和趾长伸肌进行检测。主要检测下丘脑AMPK-自噬通路相关蛋白和神经肽表达,同时检测血糖、血清胰岛素、瘦素和皮质酮的水平以及骨骼肌萎缩蛋白和基因的表达。结果:脓毒症时下丘脑AMPK-自噬水平明显下降、POMC神经肽表达升高,同时呈现高代谢状态。运用慢病毒抑制POMC神经肽表达后能够明显改善高分解代谢状态,但对下丘脑其他神经肽表达和AMPK-自噬通路几乎没有影响。此外,通过第三脑室注射AICAR激活下丘脑AMPK-自噬通路后能够显著缓解脓毒症高分解状态,同时能够抑制POMC神经肽表达的升高,但对其他神经肽没有明显影响。结论:下丘脑AMPK-自噬-POMC通路可能是脓毒症高分解代谢中起着关键作用。激活AMPK-自噬能够有效抑制POMC神经肽表达从而改善脓毒症高分解代谢。第三部分:亚低温通过下丘脑AMPK-自噬-POMC通路缓解脓毒症大鼠高分解代谢目的:明确脓毒症时亚低温治疗最佳持续和开始时间;并探讨亚低温治疗能否通过下丘脑AMPK-自噬-POMC通路来改善脓毒症高分解代谢。方法:首先将雄性SD大鼠随机分为5组:腹腔注射LPS(5mg/kg)后立即分别进行1h、3h、6h、9h亚低温治疗以及不进行干预。评估大鼠一周的存活率,选取最佳的亚低温治疗时间;之后将大鼠随机分为5组:腹腔注射LPS后分别于0h、3h、6h、9h、12h后开始亚低温治疗,亚低温治疗时间由上一部分实验确定,评估大鼠一周的存活率,选取最佳的亚低温开始时间;最后将大鼠随机分为三组:对照组、脓毒症组和脓毒症亚低温组。腹腔注射LPS或等量盐水。脓毒症亚低温组中亚低温开始和持续时间由上面两部分确定。同时,对照组和脓毒症组同时放在同一保温垫上来抵消麻醉诱导所导致的温度变化,并且保持对照组核心温度恒定在正常体温。24h后检测高分解代谢状态、下丘脑AMPK-自噬通路和神经肽的表达。结果:亚低温治疗在脓毒症模型建立后立即开始,并且持续3h时脓毒症大鼠死亡率最低,表明此种亚低温治疗方法效果最明显。腹腔注射LPS明显减少了大鼠的食物摄入量,体重以及趾长伸肌与体重的比值;血糖明显下降,血清胰岛素、瘦素水平升高;骨骼肌3-甲基组氨酸和酪氨酸、萎缩基因MuRF-1和MAFbx mRNA的表达升高,呈高分解代谢状态,同时下丘脑AMPK诱导的自噬水平显著抑制,下丘脑POMC神经肽显著增高。脓毒症后立即开始亚低温治疗3h后能够显著激活下丘脑AMPK诱导的自噬水平、降低POMC神经肽表达以及缓解脓毒症导致的高分解代谢。结论:脓毒症时亚低温治疗持续3h,且越早治疗效果越明显。亚低温治疗能减轻脓毒症导致的高分解代谢,逆转下丘脑AMPK诱导的自噬和POMC神经肽的改变可能是其重要机制。