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Ketamine administration causes cognitive impairment by destroying the circulation function of the glymphatic system - 29/05/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116739 
Xue Wu a, e, f, 1, Gehua Wen a, e, f, 1, Lei Yan a, e, f, 1, Yexin Wang b, Xinghua Ren b, Guiji Li b, Yu Luo a, e, f, Junbo Shang a, e, f, Lei Lu c, Anca Hermenean d, Jun Yao a, e, f, Baoman Li a, e, f, , Yan Lu b, , Xu Wu a, e, f,
a China Medical University School of Forensic Medicine, Shenyang, China 
b Key Laboratory of Health Ministry in Congenital Malformation, Affiliated Shengjing Hospital of China Medical University, Shenyang, China 
c Department of pediatrics Neonatology, University of Chicago, Chicago, IL 60615, USA 
d Faculty of Medicine, Vasile Goldis Western University of Arad, Romania 
e Liaoning Province Key Laboratory of Forensic Bio-evidence Sciences, China 
f China Medical University Center of Forensic Investigation, China 

Corresponding author.⁎⁎Corresponding authors at: China Medical University School of Forensic Medicine, Shenyang, China.China Medical University School of Forensic MedicineShenyangChina.

Abstract

Background

Ketamine, as a non-competitive antagonist of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, was originally used in general anesthesia. Epidemiological data show that ketamine has become one of the most commonly abused drugs in China. Ketamine administration might cause cognitive impairment; however, its molecular mechanism remains unclear. The glymphatic system is a lymphoid system that plays a key role in metabolic waste removal and cognitive regulation in the central nervous system.

Methods

Focusing on the glymphatic system, this study evaluated the behavioral performance and circulatory function of the glymphatic system by building a short-term ketamine administration model in mice, and detected the expression levels of the 5-HT2c receptor, ΔFosb, Pten, Akt, and Aqp4 in the hippocampus. Primary astrocytes were cultured to verify the regulatory relationships among related indexes using a 5-HT2c receptor antagonist, a 5-HT2c receptor short interfering RNA (siRNA), and a ΔFosb siRNA.

Results

Ketamine administration induced ΔFosb accumulation by increasing 5-HT2c receptor expression in mouse hippocampal astrocytes and primary astrocytes. ΔFosb acted as a transcription factor to recognize the AATGATTAAT bases in the 5′ regulatory region of the Aqp4 gene (−1096 bp to −1087 bp), which inhibited Aqp4 expression, thus causing the circulatory dysfunction of the glymphatic system, leading to cognitive impairment.

Conclusions

Although this regulatory mechanism does not involve the Pten/Akt pathway, this study revealed a new mechanism of ketamine-induced cognitive impairment in non-neuronal systems, and provided a theoretical basis for the safety of clinical treatment and the effectiveness of withdrawal.

El texto completo de este artículo está disponible en PDF.

Graphical Abstract




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Highlights

Ketamine administration causes circulatory dysfunction of glymphatic system.
Ketamine administration induces cognitive impairment in mice.
Ketamine induces ΔFosb accumulation by increasing the expression of 5-HT2c receptor.
ΔFosb acts as a transcription factor to recognize and inhibit Aqp4 expression.

El texto completo de este artículo está disponible en PDF.

Abbreviations : 5-HT2c, Akt, Aqp4, CSF, ISF, NMDA, Pten, SiRNA, ΔFosb

Keywords : Ketamine, Glymphatic system, 5-HT2c, ΔFosb, Aqp4, Cognitive impairment


Esquema


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