賈夢(mèng)琦，康霞，王洋洋，張加強(qiáng)

(鄭州大學(xué)人民醫(yī)院/河南省人民醫(yī)院 麻醉與圍手術(shù)期醫(yī)學(xué)科，河南 鄭州 450000)

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的兒童接受全身麻醉。全身麻醉可能與兒童中樞神經(jīng)系統(tǒng)的異常發(fā)育有關(guān)。Zaccariello等[1]的研究表明，多次麻醉暴露會(huì)引起一部分患兒輕微的損傷，這種損傷可能不是智力損傷，而是某種特定神經(jīng)行為學(xué)模式的損傷，如處理速度、精細(xì)運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和視覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合方面。多項(xiàng)基于人口的大型研究同樣發(fā)現(xiàn)，多次麻醉暴露會(huì)引起一部分患兒神經(jīng)認(rèn)知功能障礙[2-3]。因此，了解麻醉藥對(duì)兒童神經(jīng)發(fā)育影響的機(jī)制至關(guān)重要。目前，麻醉藥的神經(jīng)毒性作用已經(jīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)[4]。關(guān)于全身麻醉引起的發(fā)育性神經(jīng)毒性的研究主要集中在嚙齒動(dòng)物和非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物模型上，嚙齒動(dòng)物麻醉相對(duì)簡(jiǎn)單且可重復(fù)性很高，且它們的大腦經(jīng)歷了相當(dāng)快的大腦成熟(即在出生后前3周的過(guò)程中)。靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)大腦結(jié)構(gòu)最為相似，為研究麻醉性神經(jīng)毒性提供了適用于神經(jīng)認(rèn)知評(píng)估的敏感化模型，并能進(jìn)一步探討神經(jīng)發(fā)育和行為認(rèn)知的關(guān)系。早期的研究發(fā)現(xiàn)麻醉誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡是可能的損傷機(jī)制。最近的研究表明，麻醉藥可能會(huì)干擾大腦發(fā)育中的幾個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，破壞這些過(guò)程的各個(gè)方面。麻醉藥引起神經(jīng)毒性的確切機(jī)制尚不明確[5]，麻醉藥物可能通過(guò)多種不同機(jī)制對(duì)發(fā)育中的大腦產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用。本文通過(guò)對(duì)麻醉藥物引起的發(fā)育性神經(jīng)毒性的不同機(jī)制進(jìn)行綜述，分析動(dòng)物研究的新進(jìn)展，以期為臨床研究提供更多證據(jù)。

1 嚙齒動(dòng)物的研究

1.1 線(xiàn)粒體依賴(lài)的凋亡通路激活長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于麻醉藥對(duì)發(fā)育中大腦的神經(jīng)毒性的機(jī)制研究都圍繞著細(xì)胞凋亡，細(xì)胞凋亡被認(rèn)為是麻醉藥誘導(dǎo)的干擾大腦發(fā)育的主要機(jī)制。Olney等[6-7]研究表明，在突觸發(fā)生期間，向未成熟的嚙齒動(dòng)物給藥時(shí)，暴露于γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)受體激動(dòng)劑(如揮發(fā)性麻醉劑、咪達(dá)唑侖和丙泊酚)或N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體拮抗劑(如氯胺酮、異氟醚和氧化亞氮)會(huì)觸發(fā)廣泛的細(xì)胞凋亡變性。

大量的研究集中在凋亡激活的各個(gè)方面。有關(guān)于線(xiàn)粒體依賴(lài)性凋亡通路，Yon等[8]認(rèn)為Caspase-3和Bcl-2是重要的凋亡調(diào)節(jié)劑，揮發(fā)性麻醉藥可以通過(guò)增加線(xiàn)粒體活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生，降低抗凋亡Bcl-2/促凋亡Bax比值，促進(jìn)線(xiàn)粒體中的細(xì)胞色素C進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中和caspase-3激活，這是DNA酶激活和凋亡小體形成的重要步驟。最近有研究證實(shí)，線(xiàn)粒體依賴(lài)性凋亡通路在麻醉誘導(dǎo)的發(fā)育性神經(jīng)凋亡的早期階段非常重要。研究表明，早期全身麻醉暴露會(huì)引起急性ROS上調(diào)，未成熟神經(jīng)元線(xiàn)粒體功能和形態(tài)受損[9-10]。而對(duì)于未成熟突觸的發(fā)育和功能來(lái)說(shuō)，線(xiàn)粒體形態(tài)的正確發(fā)生，區(qū)域分布和功能的正常發(fā)揮對(duì)功能性腦回路的形成至關(guān)重要。未成熟大腦中的線(xiàn)粒體對(duì)麻醉藥是脆弱的，線(xiàn)粒體依賴(lài)的凋亡通路的激活是神經(jīng)元損傷的早期預(yù)警信號(hào)，提示線(xiàn)粒體完整性的破壞和功能的紊亂可能是最早的觸發(fā)事件。因此，線(xiàn)粒體損傷和氧自由基的產(chǎn)生可能是麻醉劑引起發(fā)育中大腦神經(jīng)毒性的重要原因之一[11]。

1.2 β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)累積和神經(jīng)炎癥Aβ累積和神經(jīng)炎癥作用可能是全身麻醉引起神經(jīng)毒性的重要機(jī)制。Aβ是通過(guò)天冬氨酰蛋白酶β位點(diǎn)APP裂解酶(β-site APP-cleaving enzyme，BACE)或β-分泌酶和γ-分泌酶對(duì)淀粉樣蛋白前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)進(jìn)行系列蛋白水解產(chǎn)生的。Aβ累積是阿爾茨海默病(Alzheimers disease，AD)發(fā)病機(jī)制的重要神經(jīng)病理學(xué)標(biāo)志[12]。麻醉藥的神經(jīng)毒性機(jī)制與AD病理學(xué)非常相似，全身麻醉藥可能通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和增加Aβ水平來(lái)促進(jìn)神經(jīng)毒性。Tian等[13]認(rèn)為，七氟醚吸入加重了大鼠神經(jīng)認(rèn)知功能損害是通過(guò)誘導(dǎo)大鼠細(xì)胞內(nèi)Aβ1-40累積，觸發(fā)了大鼠海馬的神經(jīng)毒性、神經(jīng)炎性和神經(jīng)元凋亡引起的。另一方面，麻醉藥引起的神經(jīng)炎性作用也可能導(dǎo)致大腦功能的長(zhǎng)期損害。有研究認(rèn)為，海馬體中炎癥細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)的升高表達(dá)是導(dǎo)致許多神經(jīng)和精神疾病中神經(jīng)元死亡的重要因素[14]。Xu等[15]認(rèn)為，七氟醚麻醉增加了小鼠腦組織中TNF-α、IL-6和IL-1的蛋白質(zhì)和mRNA水平，可誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥。研究表明，在依托咪酯或異氟烷存在下，培養(yǎng)的小鼠海馬和皮層神經(jīng)元中炎癥細(xì)胞因子IL-1β增加了GABA的抑制電流，炎癥會(huì)增加麻醉劑對(duì)GABA受體活性的上調(diào)，從而增強(qiáng)神經(jīng)細(xì)胞對(duì)這些藥物的敏感性，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷[16]。

1.3 Tau蛋白磷酸化Tau蛋白是微管相關(guān)蛋白之一，病理狀態(tài)下的Tau會(huì)引起突觸功能障礙和記憶缺陷，在AD和認(rèn)知障礙中發(fā)揮重要作用[17]。確切來(lái)說(shuō)，Tau異常過(guò)磷酸化被認(rèn)為與AD的神經(jīng)發(fā)病機(jī)制和認(rèn)知功能有關(guān)。Tau蛋白的磷酸化受多種蛋白激酶的調(diào)控，如糖原合酶激酶3(GSK3 kinase)、周期蛋白依賴(lài)性激酶5(CDK5)、cJun n末端激酶(JNK)。有研究表明，七氟醚誘導(dǎo)幼齡小鼠海馬Tau蛋白磷酸化、GSK3活化、IL-6升高和PSD-95水平降低，并導(dǎo)致小鼠認(rèn)知功能障礙[18-19]。減少病理狀態(tài)下Tau可能會(huì)為認(rèn)知衰退相關(guān)疾病提供有效治療。

1.4 髓鞘發(fā)育障礙大多數(shù)對(duì)于麻醉藥神經(jīng)毒性的研究都集中在神經(jīng)元發(fā)育上，而腦功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)還取決于形成髓磷脂的少突膠質(zhì)細(xì)胞。少突膠質(zhì)細(xì)胞的主要功能是在神經(jīng)系統(tǒng)中包繞軸突形成絕緣的髓鞘結(jié)構(gòu)，協(xié)助生物信號(hào)的傳遞和保護(hù)神經(jīng)元。其異常不僅會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)的脫髓鞘病變，還會(huì)引起神經(jīng)元損傷或精神疾病。雷帕霉素(mTOR)通路與海馬少突膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育密切相關(guān)。mTOR信號(hào)影響大多數(shù)主要細(xì)胞的功能，它作為增殖信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的中樞調(diào)控因子，由氨基酸、葉酸、葡萄糖、氧氣和生長(zhǎng)因子信號(hào)激活，接收信號(hào)指示轉(zhuǎn)錄和翻譯是否上調(diào)。因此，mTOR在調(diào)節(jié)基本細(xì)胞行為如蛋白質(zhì)合成、線(xiàn)粒體功能、脂質(zhì)代謝、營(yíng)養(yǎng)傳遞和血管生成等三磷細(xì)胞基因的表達(dá)等方面發(fā)揮重要作用[20]。Xie等[21]認(rèn)為，全身麻醉藥會(huì)誘發(fā)維持細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡和發(fā)育的生長(zhǎng)因子信號(hào)受損，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡、神經(jīng)生成受損或突觸發(fā)生改變。因此，麻醉藥可能通過(guò)mTOR信號(hào)通路造成神經(jīng)損傷。最近，mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的哺乳動(dòng)物靶點(diǎn)已成為神經(jīng)細(xì)胞和突觸輸入活動(dòng)的重要整合者，進(jìn)而影響許多細(xì)胞的代謝過(guò)程[22]。Costa等[23]認(rèn)為，mTOR信號(hào)傳導(dǎo)與神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)精神疾病有關(guān)。Qun等[24]認(rèn)為，小鼠出生后早期暴露于七氟醚會(huì)通過(guò)對(duì)mTOR通路的作用而導(dǎo)致海馬少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育的持久破壞。早期七氟烷暴露通過(guò)mTOR的激活破壞了少突膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和海馬白質(zhì)中髓磷脂的形成可能是全身麻醉引起神經(jīng)毒性的重要機(jī)制之一。

1.5 神經(jīng)活性甾體增加吸入麻醉藥發(fā)育期神經(jīng)毒性七氟烷誘導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)育異常不僅涉及大腦，還涉及內(nèi)分泌系統(tǒng)。Xu等[25]認(rèn)為麻醉時(shí)，新生小鼠接觸七氟醚會(huì)引起急性皮質(zhì)酮水平升高，并增加成年后大鼠體內(nèi)內(nèi)分泌系統(tǒng)對(duì)壓力的反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)有助于進(jìn)一步研究新生小鼠七氟烷誘導(dǎo)的長(zhǎng)期內(nèi)分泌和神經(jīng)行為異常的機(jī)制。合理地假設(shè)是神經(jīng)活性甾體雌二醇(estradiol，E2)可能通過(guò)興奮性GABA的直接效力，加劇新生兒大鼠體內(nèi)的急性不良反應(yīng)。Li等[26]研究證明，在圍生期敏感期七氟烷會(huì)增加雄性小鼠的睪酮(testosterone，T)和其衍生物E2的水平，增加的E2水平足以介導(dǎo)七氟醚誘導(dǎo)的皮質(zhì)酮分泌，腦電圖可檢測(cè)的癲癇發(fā)作以及對(duì)基因表達(dá)至關(guān)重要的E2和GABAAR信號(hào)通路的復(fù)雜變化。Wang等[27]認(rèn)為，E2合成抑制劑福美斯坦，似于NKCC1 阻斷劑布美他尼，降低了七氟烷誘導(dǎo)持續(xù)性神經(jīng)發(fā)育異常的能力。這一研究結(jié)果表明七氟烷引起麻醉時(shí)E2的合成增加和除極/興奮性GABAAR信號(hào)的增強(qiáng)可能是麻醉作用誘發(fā)神經(jīng)發(fā)育異常的初始步驟。因此，了解麻醉時(shí)七氟烷改變T和E2水平對(duì)新生兒大鼠的急性不良反應(yīng)的作用，可能有助于解釋麻醉引起的更復(fù)雜的長(zhǎng)期缺陷的基礎(chǔ)機(jī)制。

仍需探討的是，麻醉藥對(duì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性是否有特定的脆弱年齡，是否只發(fā)生在特定的腦區(qū)，是否只累及某些神經(jīng)元。假設(shè)在暴露期間，大腦區(qū)域中麻醉誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡的最大脆弱性隨年齡而變化。研究發(fā)現(xiàn)麻醉誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡不受動(dòng)物年齡的限制，并非所有大腦區(qū)域都容易受到新生動(dòng)物麻醉神經(jīng)細(xì)胞凋亡的影響，對(duì)于某些區(qū)域，神經(jīng)毒性可能會(huì)超出此時(shí)期，甚至延續(xù)到成年后[28]。然而這些研究的臨床意義尚不清楚，但當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的麻醉藥對(duì)不同年齡易感程度的差異性能為未來(lái)的臨床研究提供框架。例如，預(yù)估產(chǎn)前麻醉暴露將對(duì)胎兒產(chǎn)生的最大影響。

2 靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的研究

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛_實(shí)為我們的研究提供了很多證據(jù)，并且不受手術(shù)影響，但是嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)大腦的差異很大，小嚙齒動(dòng)物出生相當(dāng)于神經(jīng)發(fā)育早熟階段，并且在生命的前兩周內(nèi)迅速成熟。相反，在人類(lèi)中，許多大腦發(fā)育的關(guān)鍵步驟發(fā)生在胎兒期，而出生后的大腦成熟過(guò)程比任何其他動(dòng)物物種都要慢得多。嚙齒動(dòng)物的大腦發(fā)育軌跡，暴露全身麻醉時(shí)的發(fā)育年齡，神經(jīng)元結(jié)構(gòu)以及對(duì)不同壽命和種類(lèi)的動(dòng)物使用的麻醉藥的等效性，這些模型很難轉(zhuǎn)化為人類(lèi)。我們要深入探索動(dòng)物數(shù)據(jù)和人類(lèi)之間的相關(guān)性，就不能僅依靠于嚙齒動(dòng)物模型，對(duì)非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的研究可以為麻醉對(duì)人類(lèi)的神經(jīng)毒性的研究提供更好的證據(jù)，并且提供了組織 學(xué)和功能性證據(jù)，支持麻醉性神經(jīng)毒性在人類(lèi)中的合理性和潛在意義，從而探討對(duì)認(rèn)知和社會(huì)情感行為的影響。

關(guān)于靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物，在細(xì)胞層面上來(lái)說(shuō)，將新生兒(P6)或胎兒期內(nèi)恒河猴獼猴暴露于異氟烷麻醉5 h，顯示出明顯的大腦神經(jīng)細(xì)胞凋亡[29]。關(guān)于行為學(xué)方面，有研究提到，與對(duì)照組相比，在新生兒中多次麻醉暴露的猴子與焦慮相關(guān)的行為頻率明顯增加，這一結(jié)果可能反映了麻醉的長(zhǎng)期不良影響[30]。Coleman等[31]證實(shí)，恒河猴在嬰兒期接受一次或多次麻醉5 h，并在用了大約1 a的時(shí)間對(duì)它們進(jìn)行情感評(píng)估，與對(duì)照組相比(完全不暴露麻醉)多次暴露的動(dòng)物在1個(gè)月時(shí)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)反射缺陷并在1 a后表現(xiàn)為焦慮增多，而單次暴露則沒(méi)有。這與流行病學(xué)研究一致，流行病學(xué)研究表明在嬰兒期/幼兒期反復(fù)麻醉暴露后學(xué)習(xí)障礙的風(fēng)險(xiǎn)增加[32]。這些研究都支持這樣的結(jié)論，即反復(fù)接觸全身麻醉會(huì)對(duì)非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物產(chǎn)生長(zhǎng)期的行為后果。

3 動(dòng)物研究向臨床的轉(zhuǎn)化

臨床前的證據(jù)已經(jīng)表明麻醉確實(shí)對(duì)發(fā)育中的大腦具有神經(jīng)毒性作用。并且在一些動(dòng)物模型中，嬰兒期的麻醉暴露也與行為改變有關(guān)，包括對(duì)威脅的情緒反應(yīng)性增強(qiáng)，以及早期多次暴露麻醉后在成熟期表現(xiàn)出的持續(xù)存在的學(xué)習(xí)和記憶形成受損[33]。這些結(jié)果可以為研究麻醉對(duì)人類(lèi)的神經(jīng)毒性作用提供背景和基礎(chǔ)。雖然動(dòng)物研究結(jié)果表明麻醉藥物對(duì)發(fā)育期大腦有損傷，但臨床研究尚存在爭(zhēng)議。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒芡耆D(zhuǎn)化為臨床數(shù)據(jù)，需進(jìn)一步的臨床研究來(lái)證明。

4 小結(jié)和展望

綜上所述，實(shí)驗(yàn)室研究表明，在早期發(fā)育中接觸全身麻醉會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)認(rèn)知功能受損，可能與多種機(jī)制相關(guān)。有關(guān)的研究主要集中在神經(jīng)元凋亡、神經(jīng)炎性等方面，本文綜述的線(xiàn)粒體依賴(lài)的凋亡通路、Tau蛋白磷酸化、mTOR通路的激活、神經(jīng)活性甾體E2的神經(jīng)毒性作用為麻醉藥物神經(jīng)毒性的機(jī)制研究提供了新思路。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)室研究，美國(guó)食品和藥物管理局警告說(shuō)，從第三孕期(妊娠第8～10月)到生命的頭3年長(zhǎng)時(shí)間或反復(fù)接觸全身麻醉劑和鎮(zhèn)靜劑可能導(dǎo)致認(rèn)知功能持續(xù)受損。但是，只有極少的臨床證據(jù)支持這一警告。為了進(jìn)一步確定麻醉藥是否或何時(shí)對(duì)神經(jīng)發(fā)育有直接影響，需要進(jìn)行更高質(zhì)量的臨床研究，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間或反復(fù)麻醉暴露的兒童中。另一個(gè)有重要意義的研究領(lǐng)域是進(jìn)行更大，更詳細(xì)的隊(duì)列研究，以進(jìn)一步識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)人群，并確定哪些心理測(cè)量領(lǐng)域受到的影響最大。我們可以在可行的情況下減少全身麻醉暴露次數(shù)，減少對(duì)兒童神經(jīng)發(fā)育的影響。