右美托咪定減輕七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)毒性的研究進(jìn)展

管釗銘，劉 巖，李 琳，吳曉煬，于 淼

(牡丹江醫(yī)學(xué)院附屬紅旗醫(yī)院麻醉科，黑龍江 牡丹江 157011)

在全身麻醉藥物中，七氟烷憑借其具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、氣道刺激小和蘇醒迅速等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為了嬰幼兒患者接受全身麻醉時(shí)最常選用的吸入麻醉藥物，但是越來越多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，七氟烷對(duì)幼鼠具有一定的神經(jīng)毒性，會(huì)引起遠(yuǎn)期的學(xué)習(xí)和記憶障礙，這對(duì)于接受七氟烷麻醉患兒的安全性受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。右美托咪定是美托咪定的右旋異構(gòu)體，是一種新型的腎上腺素能受體激動(dòng)劑，具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗焦慮以及抑制交感活性的作用，可以應(yīng)用于小兒麻醉，而且也有研究證實(shí)，右美托咪定具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用，在一些實(shí)驗(yàn)中可以減輕七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性作用。

1 七氟烷對(duì)腦爆發(fā)期大腦產(chǎn)生神經(jīng)毒性的機(jī)制

從人類妊娠中期到出生后的幾年內(nèi)的這段時(shí)期，由于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的并不是很完善，因此神經(jīng)系統(tǒng)還需要經(jīng)歷一個(gè)快速發(fā)育的階段，這個(gè)階段被稱為腦生長爆發(fā)期(或突觸發(fā)生期)。在人類和動(dòng)物的腦生長爆發(fā)時(shí)期，神經(jīng)系統(tǒng)是非常脆弱而且容易受到損害，因此，七氟烷對(duì)處于腦生長爆發(fā)期的嬰幼兒或幼年動(dòng)物造成神經(jīng)毒性損傷。七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)毒性的機(jī)制包括以下幾個(gè)方面。

1.1 神經(jīng)炎癥反應(yīng)和膠質(zhì)細(xì)胞Cui等[1]研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷可引起大鼠認(rèn)知功能障礙，其原因?yàn)槠叻樯险{(diào)了海馬中的白細(xì)胞介素-6(IL-6)，白細(xì)胞介素-8(IL-8)，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和Caspaase-3的表達(dá)，這表明七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性與神經(jīng)炎性反應(yīng)有關(guān)。并且Zhang等[2]和Wang等[3]研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，七氟烷可通過NF-κB信號(hào)通路，增強(qiáng)了IL-6和TNF-α這兩種神經(jīng)炎性反應(yīng)因子的表達(dá)水平；而且膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎癥反應(yīng)中起著重要作用，七氟烷可通過JAK/STAT信號(hào)通路導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙，產(chǎn)生神經(jīng)毒性[4]。

1.2 GABA受體和NMDA受體七氟烷為γ-氨基丁酸A(GABA)受體激動(dòng)劑和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體阻斷劑，在腦爆發(fā)期，GABA受體呈高度興奮狀態(tài)，在該期使用七氟烷會(huì)引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)GABA受體興奮，NMDA受體受到持續(xù)阻斷，將促發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛的神經(jīng)元凋亡及動(dòng)物長遠(yuǎn)的學(xué)習(xí)記憶能力下降。并且有研究表明，激活含有突觸NR2A的NMDA受體或者抑制含有NR2B的NMDA受體有助于減輕七氟烷引起的神經(jīng)毒性，這可能與ERK1/2MAPK信號(hào)通路有關(guān)[5]。

1.3 Tau蛋白磷酸化Tao等[6]研究表明，七氟烷可導(dǎo)致小鼠認(rèn)知功能障礙，增加Tau磷酸化水平，并且激活了與Tau磷酸化水平有關(guān)的糖原合酶激酶3β(GSK-3β)，提高了IL-6的水平，降低了幼鼠海馬突觸后密度蛋白-95的水平，并且Hu等[7]研究也證實(shí)了七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性與微管混亂、tau mRNA水平升高、tau蛋白在Ser396和Ser404的過度磷酸化有關(guān)，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Tau磷酸化在七氟烷誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性過程中起著關(guān)鍵作用。

1.4 鈣離子在Liu等[8]的研究中，接受鈣蛋白酶抑制劑注射然后暴露于七氟烷的M組小鼠與單純暴露于七氟烷的Sev組小鼠相比較，M組的水迷宮實(shí)驗(yàn)潛伏期較短，并且穿過之前的平臺(tái)的次數(shù)比Sev組的次數(shù)多；與Sev組相比，第1天M組細(xì)胞凋亡率和μ-鈣蛋白酶的76/80 kDa比值顯著降低，這表明七氟烷通過增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度和μ-鈣蛋白酶的活性，來誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡。并且Yang[9]等研究顯示，七氟烷可以通過過度激活I(lǐng)P3受體引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)異常鈣釋放而誘導(dǎo)細(xì)胞損傷。這些研究表明七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性與鈣離子有著一定關(guān)系。

1.5 相關(guān)信號(hào)通路七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生神經(jīng)毒性可能與以下信號(hào)通路有關(guān)：(1)七氟烷可通過JAK/STAT信號(hào)通路導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙，產(chǎn)生神經(jīng)毒性[4]。(2)七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性與ERK1/2MAPK信號(hào)通路有關(guān)[5]。(3)七氟烷通過PPAR-γ信號(hào)傳導(dǎo)途徑引起學(xué)習(xí)和記憶障礙[10]。(4)七氟烷誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與JNK/c-Jun信號(hào)通路有關(guān)[11]。(5)七氟烷導(dǎo)致幼鼠的長期認(rèn)知障礙可能是由海馬區(qū)神經(jīng)元死亡引起的，通過PI3K/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)[12]。

2 右美托咪定的神經(jīng)保護(hù)作用

右美托咪定在臨床上被廣泛應(yīng)用。伴隨著對(duì)右美托咪定的不斷深入研究，人們發(fā)現(xiàn)右美托咪定不但在臨床上發(fā)揮著重要作用，而且在神經(jīng)保護(hù)等方面也有著重要意義。

2.1 右美托咪定通過調(diào)節(jié)突觸可塑性起到神經(jīng)保護(hù)的作用在神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元是最基本功能單位和結(jié)構(gòu)單位，其中，突觸在信息傳遞的過程中起著主導(dǎo)作用。突觸不但是神經(jīng)系統(tǒng)可塑性變化最敏感的部位，而且突觸可塑性是學(xué)習(xí)記憶的重要機(jī)制和基礎(chǔ)，因此任何能夠引起突觸可塑性發(fā)生改變的因素都會(huì)影響大腦的學(xué)習(xí)記憶功能。Zhang等[13]研究表明，在嚙齒動(dòng)物海馬CA1神經(jīng)元中，Ras通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)PI3K和脂筏ERK發(fā)出長期增強(qiáng)信號(hào)，而Rap2和Rap1信號(hào)分別通過大量膜JNK和溶酶體p38MAPK發(fā)出信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和長期抑制，這表明Ras家族小GTP酶(即Rap1、Rap2和Ras)與突觸可塑性有關(guān)，它們能夠單獨(dú)調(diào)控同一個(gè)突觸的不同形式的突觸可塑性。目前有右美托咪定對(duì)新生大鼠高氧誘導(dǎo)后對(duì)海馬神經(jīng)影響的研究，研究發(fā)現(xiàn)右美托咪定預(yù)處理減少了高氧誘導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)生和可塑性損傷，并且神經(jīng)元可塑性(Nrp1，Nrg1，Syp和Sema3a/f)的調(diào)節(jié)因子也急劇下降，這表明右美托咪定可能對(duì)新生大鼠的急性高氧模型中具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用。Zhou[14]等研究表明，右美托咪定可以保護(hù)神經(jīng)元免受相對(duì)輕微程度的短暫性腦缺血引起的功能損傷，并且這種作用是由右美托咪定在突觸前膜減少了去甲腎上腺素(NE)和谷氨酸釋放以及在突觸后膜調(diào)節(jié)β受體和下游PKA調(diào)節(jié)對(duì)NMDA受體激活的突觸后抑制所介導(dǎo)的。這些研究表明，右美托咪定通過調(diào)節(jié)突觸可塑性起到神經(jīng)保護(hù)作用。

2.2 右美托咪定通過減輕缺氧腦損傷起到神經(jīng)保護(hù)的作用研究表明[15]，右美托咪定可以通過抑制激活NF-κB，小膠質(zhì)細(xì)胞，從而減少炎性細(xì)胞因子表達(dá)，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡。并且小膠質(zhì)細(xì)胞M1的表面標(biāo)志物CD16/32可以保護(hù)小鼠免受缺血缺氧誘導(dǎo)的短期空間記憶障礙。Pan等[16]研究表明，缺氧會(huì)造成明顯的神經(jīng)毒性，包括組織結(jié)構(gòu)的破壞和caspase-3蛋白水平的上調(diào)，Bax/Bcl-2，NF-κB和COX-2的比例，而在缺氧前使用右美托咪定可恢復(fù)caspase-3，Bax/Bcl-2比值，NF-κB和COX-2水平，抑制了海馬神經(jīng)元的凋亡，這表明右美托咪定抑制NF-κB/COX-2途徑激活起到了神經(jīng)保護(hù)作用。并且Wu等[17]研究通過內(nèi)源性Bax-線粒體-細(xì)胞色素c-半胱天冬酶蛋白酶途徑顯示了右美托咪定對(duì)腦缺血再灌注導(dǎo)致的細(xì)胞損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用。

3 右美托咪定減輕七氟烷誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性

研究表明，妊娠中期的七氟烷麻醉導(dǎo)致后代自噬增加。自噬是真核細(xì)胞中的II型程序性死亡，自噬激活后，LC3水平增加，并且LC3II/I通常用于評(píng)估自噬水平。自噬還可以破壞線粒體，抑制線粒體凋亡途徑，減少細(xì)胞損傷。Drp1與線粒體的形態(tài)，分布和重塑有關(guān)，也與神經(jīng)元損傷和突觸變性的激活有關(guān)[18]。作為GTP酶家族的成員，Drp1，F(xiàn)is1和融合蛋白Mfn2和Opa1對(duì)于維持裂變和融合之間的平衡以確保線粒體的正常功能至關(guān)重要。人們通常認(rèn)為Bcl2通過與beclin 1結(jié)合并限制其功能而充當(dāng)了自噬的抑制劑，在beclin 1復(fù)合物中Bcl2表達(dá)的減少表明其抑制劑Bcl2釋放的beclin 1激活了自噬，此外，有研究證實(shí)Bcl2家族蛋白參與線粒體形態(tài)的穩(wěn)定性。而Bax是自噬激活所必需的，Bax可以通過在線粒體外膜上的位點(diǎn)結(jié)合Drp1和Mfn2刺激Drp1依賴性線粒體片段化，然后發(fā)育成裂變位點(diǎn)，這些說明自噬可能在麻醉藥物引起發(fā)育中的大腦的神經(jīng)毒性中起重要作用。Shan[19]等研究表明，Drp1和自噬相關(guān)的線粒體動(dòng)力學(xué)造成的損傷在七氟烷誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中起重要作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，七氟烷會(huì)引起神經(jīng)元數(shù)量減少，神經(jīng)元水腫，細(xì)胞間隙增加和核固縮，而右美托咪定可減輕這些癥狀。LC3和p62主要位于海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)中，七氟烷可引起LC3 II/I和p62的表達(dá)顯著增加，激活大腦海馬CA1區(qū)的自噬，引起海馬CA1區(qū)神經(jīng)元減少，也激活了與Drp1和自噬相關(guān)的線粒體動(dòng)力學(xué)，引起大腦海馬中Drp1表達(dá)增加，而右美托咪定改善了大腦海馬CA1區(qū)的異常形態(tài)，使LC3 II/I和p62的表達(dá)顯著下降，這表明自噬與右美托咪定提供的神經(jīng)保護(hù)作用有關(guān)。同時(shí)，七氟烷麻醉引起的線粒體動(dòng)力學(xué)中Drp1相關(guān)異常被右美托咪定明顯抑制，表現(xiàn)為抑制Drp1和Bax的表達(dá)以及激活Bcl2。因此，在神經(jīng)發(fā)育的早期階段，與Drp1相關(guān)的細(xì)胞器的動(dòng)力學(xué)涉及七氟烷誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性。七氟烷引起B(yǎng)ax表達(dá)顯著增加，Bcl2表達(dá)下調(diào)，而右美托咪定可顯著逆轉(zhuǎn)七氟烷誘導(dǎo)的Bax和Bcl2表達(dá)變化。并且Lou等[20]研究表明，右美托咪定可以上調(diào)HIF1α的表達(dá)來抑制神經(jīng)元發(fā)生自噬，從而對(duì)小鼠大腦的缺血再灌注損傷起到保護(hù)作用。因此，自噬對(duì)大腦發(fā)育有著重大影響，同時(shí)這可能是右美托咪定對(duì)七氟烷提供神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制之一。

4 結(jié)語與展望

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，接受手術(shù)治療的嬰幼兒越來越多，其中接受全身麻醉的患兒數(shù)量也隨之增加。作為目前最常用于小兒麻醉的吸入性麻醉藥物，七氟烷憑借其優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于臨床上使用，但是長期或反復(fù)接受七氟烷麻醉可能會(huì)造成神經(jīng)毒性。而作為臨床上已經(jīng)應(yīng)用的腎上腺能α2受體激動(dòng)劑，右美托咪定可以作為小兒術(shù)中的輔助用藥，不但能抑制小兒蘇醒期躁動(dòng)，還具有鎮(zhèn)靜和鎮(zhèn)痛的作用，而且也有研究表明，右美托咪定具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用，減輕七氟烷所造成的神經(jīng)毒性，對(duì)嬰幼兒的遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)記憶功能產(chǎn)生保護(hù)作用，這對(duì)于接受七氟烷麻醉的嬰幼兒的安全性及推動(dòng)右美托咪定在小兒手術(shù)上的應(yīng)用具有重要意義。