麻醉药物与神经元再生

麻醉药物与神经元再生王明军，米卫东（解放军总医院麻醉手术中心，北京　１００８５３）摘要：神经元再生已受到越来越多学科的重视。要减少脑中风后遗症和脑脊髓外伤等所致的残疾，关键是实现神经元再生，修复受损的神经网络环路。在神经元再生过程中，γ氨基丁酸（ＧＡＢＡ）受体和Ｎ甲基Ｄ天门冬氨酸（ＮＭＤＡ）受体起着十分重要的作用。一些麻醉药物正是通过与ＧＡＢＡ受体和ＮＭＤＡ受体结合起麻醉作用的。本文就麻醉药物影响神经元再生的研究进展进行综述。关键词：脑缺血；神经元再生；麻醉药中图分类号：Ｒ９６４；Ｒ９７１．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４０４４０（２００９）０４０２４５０４ＡｎｅｓｔｈｅｔｉｃｄｒｕｇｓａｎｄｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓＷＡＮＧＭｉｎｇｊｕｎ，ＭＩＷｅｉｄｏｎｇ（ＡｎｅｓｔｈｅｓｉａａｎｄＯｐｅｒａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＣｈｉｎｅｓｅＰＬＡＧｅｎｅｒａｌＨｏｓｐｉｔａｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８５３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｓｕｂｊｅｃｔｓｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓ．Ｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｉｓａｂｉｌｉｔｙｓｕｆｆｅｒｅｄｆｒｏｍｃｅｒｅｂｒａｌｓｔｒｏｋｅａｎｄｍａｒｒｏｗｂｒａｉｎ′ｓｔｒａｕｍａ，ｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓｗｈｉｃｈｃａｎｒｅｐａｉｒｔｈｅｉｍｐａｉｒｅｄｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｇａｍｍａａｍｉｎｏｂｕｔｙｒｉｃａｃｉｄ（ＧＡＢＡ）ｒｅｃｅｐｔｏｒａｎｄＮｍｅｔｈｙｌＤａｓｐａｒｔａｔｅ（ＮＭＤＡ）ｒｅｃｅｐｔｏｒｐｌａｙｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｓｉｎｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓ．ＳｏｍｅａｎｅｓｔｈｅｔｉｃｄｒｕｇｓｃｒｅａｔｅａｎｅｓｔｈｅｔｉｃｅｆｆｅｃｔｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈＧＡＢＡｒｅｃｅｐｔｏｒａｎｄＮＭＤＡｒｅｃｅｐｔｏｒ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆａｎｅｓｔｈｅｔｉｃｄｒｕｇ′ｓｅｆｆｅｃｔｏｎｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｒｅｂｒａｌｉｓｃｈｅｍｉａ；ｎｅｕｒｏｇｅｎｅｓｉｓ；ａｎｅｓｔｈｅｔｉｃｄｒｕｇ　收稿日期：２００９０３１９　基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．３０５７１７９１）　作者简介：王明军，男，主治医师，在职攻读博士学位，研究方向：麻醉学，Ｔｅｌ：０１０６６９３８３５２，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]通讯作者：米卫东，男，主任医师，研究方向：麻醉学，Ｔｅｌ：０１０６６９３８１５１，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]　　近２０年的研究表明，成年哺乳动物的部分神经元可以再生。减少脑中风后遗症和脑脊髓外伤等所致的残疾，关键是实现神经元再生，修复受损的神经网络环路。随着神经干细胞的发现及对其研究的深入，使人们看到了彻底解决中枢神经损伤后遗症问题的希望。γ氨基丁酸（ＧＡＢＡ）受体主要负责神经元突触间的抑制性信号传递，至少可分为ＧＡＢＡＡ，ＧＡＢＡＢ和ＧＡＢＡＣ３种亚型。ＧＡＢＡＡ受体是配体门控离子通道受体超家族，亚基结构与烟碱型乙酰胆碱受体相似。ＧＡＢＡＡ受体兴奋时打开Ｃｌ－通道，Ｃｌ－内流使突触后膜超极化，引起一种快速抑制性突触后电位。Ｎ甲基Ｄ天门冬氨酸（ＮＭＤＡ）受体主要负责神经元突触间的兴奋性信号传递，由ＮＲ１，ＮＲ２和ＮＲ３等亚基组成。ＮＲ１是受体的功能部分，构成离子通道，对Ｎａ＋、Ｋ＋和Ｃａ２＋等离子具有高通透性，ＮＲ２具有调节通道动力学的作用。ＧＡＢＡ受体和ＮＭＤＡ受体广泛分布于哺乳动物的整个神经系统。研究发现，在神经元再生过程中，ＧＡＢＡＡ受体和ＮＭＤＡ受体起着十分重要的作用。一些麻醉药物正是通过与ＧＡＢＡＡ受体和ＮＭＤＡ受体结合起麻醉作用的。这些麻醉药物是否会影响神经元再生呢？本文就目前的研究情况进行综述。１　神经元再生的研究背景１９８９年Ａｎｄｅｒｓｏｎ等最早提出关于神经干细胞的概念，在实验中首先证实了神经干细胞的存在，并依据血液干细胞的模式提出神经干细胞是具有自我复制、自我更新、自我扩展的一类细胞。由此掀起了一系列神经元再生研究高潮。·５４２·国际药学研究杂志　２００９年８月　第３６卷第４期神经干细胞增殖方式有２种：一为对称分裂，形成２个相同的子干细胞；另一则是非对称分裂，形成１个干细胞和１个祖细胞，祖细胞在外界刺激因子的作用下可以向多个细胞系的终末期分化。成人神经元再生主要发生于大脑的侧脑室下区、海马齿状回［１］、脊髓和大脑皮质［２］。侧脑室下区的新生细胞则与嗅神经的再生有关，海马齿状回的神经干细胞主要参与海马再生。脊髓和大脑皮质的神经干细胞可分化形成神经元、星形细胞和少突胶质细胞。在鼠、猴、兔和鸟等动物也存在神经元再生现象。ＶａｎＰｒａａｇ等［３］和Ｓｏｎｇ等［４］研究显示，再生的神经元可成为真正功能意义的神经元单位。正常情况下，成年啮齿类动物大脑中不断有大量的新生神经元产生，显然这些细胞是用来替代已经缺失的神经元，这样成年大脑神经元总量才能保持相对稳定。Ｂｉｅｂｌ等［５］的研究已经表明，在成年大鼠大脑神经再生区域里存在着普遍的神经元凋亡现象。神经再生活跃区域的死亡细胞数倍于大脑其他部位，通过干细胞增殖、祖细胞迁徙并且分化成神经元替代死亡的神经元。病理状态如癫痫、脑缺血和创伤等可以对脑室下区和海马等部位的神经干细胞再生产生影响。在癫痫发作的动物模型中，可以观察到在海马齿状回的神经元再生水平显著增加［６］。动物种类、缺血模型、缺血损伤部位、缺血时间的不同以及损伤程度不同，均可导致神经元再生规律不相同。２　麻醉药物对神经元再生的影响目前的研究表明，吸入麻醉药和静脉麻醉药对神经元再生有明显的影响，苯二氮艹卓类镇静药也可能有促进神经元再生的作用。２１　吸入麻醉药对神经元再生的影响Ｓｔｒａｍａｎｎ等［７］的研究表明，持续吸入１ＭＡＣ的异氟烷（异氟醚）４ｈ可使大鼠海马神经元再生明显增多。Ｓｔｅｇｅｍａｎｎ等［８］在前脑缺血大鼠模型吸入０８ＭＡＣ氟烷，２８ｄ后海马神经元再生明显增多。Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ等［９］在前脑缺血大鼠模型吸入１４％和２８％七氟烷（七氟醚），２８ｄ后也观察到海马神经元再生明显增多，且吸入２８％七氟烷组海马神经元增生较１４％七氟烷组更明显，但假手术大鼠并未见到海马神经元再生增多。因此认为，缺血和吸入高浓度的七氟烷是维持海马长时间神经元再生的２个必要条件。研究已经证实，缺血性脑损伤可以促进哺乳动物的神经元再生［１０］。ＧＡＢＡ受体途径可能参与了缺血诱导的神经元再生。ＧＡＢＡ受体主要负责神经元突触间的抑制性信号传递。Ｒｅｄｅｃｋｅｒ等［１１］的研究发现，大鼠皮质局灶性梗死后，皮质、海马和丘脑的ＧＡＢＡＡ受体各亚基呈广泛性且长时间的改变。与梗死侧相比，在３０ｄ内对侧ＧＡＢＡ受体α１，α２，α５和γ２亚基含量明显下调，而α３亚基含量上调。这种改变提示有幼稚型ＧＡＢＡＡ受体表达，而这种改变在皮质局灶性梗死后的第７天最为明显。Ｖｏｌｌｅｎｗｅｉｄｅｒ等［１２］利用原位杂交的方法研究发现，沙土鼠一过性脑缺血４ｄ后，ＧＡＢＡＢ受体Ｒ１和Ｒ２亚基几乎从海马颗粒细胞层消失。缺血引起ＧＡＢＡ受体各亚基表达下调甚至消失的这些改变，将导致神经元突触间抑制性信号传递减弱；而此时神经元突触间兴奋性信号传递明显增强。因为缺氧缺血时，细胞外兴奋性神经递质谷氨酸增多，刺激谷氨酸受体，尤其是ＮＭＤＡ受体，引起过度兴奋，因此，缺血性损伤后，中枢神经系统内抑制性信号传递和兴奋性信号传递出现严重失衡。Ｚｅｐｅｄａ等［１３］研究表明，缺血性损伤后伴随的细胞骨架蛋白、ＮＭＤＡ受体及ＧＡＢＡ受体表达的改变是由于兴奋性和抑制性信号系统失衡而发生的一种功能性改变。脑缺血本身可以导致大量的神经元损伤甚至死亡，从而促进神经元再生，但神经元死亡并不是导致神经元再生的必要条件，Ｌｉｕ等［１４］研究观察到，阻断耐受脑缺血沙土鼠双侧颈总动脉，并未引起海马细胞死亡，但海马细胞再生明显增多。缺血缺氧时，ＮＭＤＡ受体过度兴奋，引起Ｃａ２＋通道开放，Ｃａ２＋过度内流，细胞内Ｃａ２＋浓度（［Ｃａ２＋］ｉ）的增加通过激活一些酶，如磷脂酶、蛋白水解酶、内切核酸酶、一氧化氮合酶等，在导致神经元损伤的同时，也激发了神经元再生［１５，１６］。而ＧＡＢＡＡ受体兴奋时，Ｃｌ－通道开放，Ｃｌ－内流使突触后膜超极化，引起一种快速抑制性突触后电位。Ｊｅｔｉｔａｉ等［１７］研究发现，在有丝分裂后期，ＧＡＢＡ诱发的电流可以使［Ｃａ２＋］ｉ升高，促进细胞分裂。Ｏｈｍａｓａ等［１８］利用成年东方蝾螈的再生视网膜研究发现，ＧＡＢＡ也可以引起神经祖细胞和分化中期的神经节细胞［Ｃａ２＋］ｉ显著升高，而此后［Ｃａ２＋］ｉ升高程度降低。ＧＡＢＡ的这种作用可以被ＧＡＢＡＡ受体拮抗剂及Ｌ型电压门控Ｃａ２＋通道阻滞剂拮抗，提示ＧＡＢＡ的这种作用与ＧＡＢＡＡ受体相关，并且细胞外的Ｃａ２＋·６４２·ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ　２００９Ａｕｇ；３６（４）可能是通过Ｌ型电压门控Ｃａ２＋通道进入细胞内的。因此，可以推测，ＧＡＢＡＡ受体的兴奋可以异构ＮＭＤＡ受体，改变配体门控Ｃａ２＋通道的通透性，从而间接调控［Ｃａ２＋］ｉ。ＧＡＢＡＡ受体兴奋性的改变产生对［Ｃａ２＋］ｉ的调节，可能是其调节神经元再生的重要途径之一。许多离体实验表明，吸入麻醉药可增强ＧＡＢＡＡ受体介导Ｃｌ－的内流，产生催化作用，此作用可被荷包牡丹碱拮抗。用膜片钳全细胞记录形式的研究发现，异氟烷可增强小鼠小脑浦肯野神经元ＧＡＢＡ激活的Ｃｌ－内流［１９］。恩氟烷可增强浦肯野神经元ＧＡＢＡＡ受体介导的电流并导致细胞膜超极化，此作用可被荷包牡丹碱拮抗［２０］。颜梅等［２１］在实验中发现乙醚、恩氟烷、异氟烷能够拮抗荷包牡丹碱和一叶秋碱引起的惊厥，而七氟烷不能拮抗荷包牡丹碱和一叶秋碱引起的惊厥。但其研究也发现［２２］，ＧＡＢＡＡ受体特异性拮抗剂一叶秋碱、荷包牡丹碱均不能缩短乙醚、恩氟烷、异氟烷和七氟烷引起的翻正反射消失持续时间，表明一叶秋碱、荷包牡丹碱不是乙醚、恩氟烷、异氟烷和七氟烷催眠作用的特异性拮抗剂。离体实验与在体实验结果不完全吻合，可能是由于脑内存在复杂的神经网络，乙醚、恩氟烷、异氟烷和七氟烷全麻作用的机制涉及中枢神经系统的多个水平、多个部位和多种机制，离体实验仅观察了某一核团、某种细胞的单一机制。此外，在体实验同时受神经、体液、内分泌等诸多因素调节等［２１，２２］。２２　静脉麻醉药对神经元再生的影响２２１　与ＧＡＢＡ受体结合的静脉麻醉药　静脉麻醉药物中，硫喷妥钠、γ羟丁酸钠、丙泊酚、依托咪酯等是通过与ＧＡＢＡＡ受体结合发挥麻醉作用的，而ＧＡＢＡＡ受体系统与神经元再生密切相关并已部分得到实验证实。曹江北等［２３，２４］在体外培养的海马神经前体细胞观察到，低浓度（０５和２５μｍｏｌ·Ｌ－１）丙泊酚可以促进其增殖，而高浓度丙泊酚的促增殖作用则较差；利用皮质酮抑制体外培养的海马神经前体细胞增殖的模型观察到，低浓度丙泊酚可以减轻皮质酮对大鼠海马神经前体细胞的抑制作用，此作用几乎完全被ＧＡＢＡＡ受体阻断剂荷包牡丹碱逆转。包括地西泮和咪达唑仑在内的许多苯二氮艹卓类药物也是通过与ＧＡＢＡＡ受体的特异位点结合，增加Ｃｌ－通道开放频率，从而增强ＧＡＢＡ的受体结合效应而发挥镇静、催眠和抗惊厥作用。脑缺血后ＧＡＢＡ受体系统激活可促进神经元再生。因此，可推测苯二氮艹卓类药物可能有促进缺血后神经元再生的作用，但此作用还有待实验研究进一步证实。２２２　与ＮＭＤＡ受体结合的静脉麻醉药　氯胺酮是苯环己哌啶类静脉麻醉药，是ＮＭＤＡ受体拮抗剂。研究表明［２５］，氯胺酮可抑制脑缺血引起的ＮＭＤＡ受体离子通道的开放，降低［Ｃａ２＋］ｉ，减轻Ｃａ２＋对神经递质释放的刺激以及对Ｎａ＋，Ｋ＋ＡＴＰ酶的抑制，对缺血神经元起保护作用。黄河等［２６］在体外培养大