吸入麻醉药诱导神经毒性新机制的研究：线粒体呼吸链的作用

研究表明临床常用吸入麻醉药可导致神经细胞凋亡和退行性病变，可能是术后认知功能障碍的原因之一。以往我们发现吸入麻醉药诱导细胞caspase-3激活和淀粉样前体蛋白（APP）裂解酶-β分泌酶1（BACE1）表达增加。最近我们实验显示吸入麻醉药可增加细胞内ROS产生及降低ATP水平，提示其诱导神经毒性的新机制：抑制线粒体呼吸链。我们假设由此所产生的细胞内生物能减少和氧化应激增加可过度激活AMPK通路，导致凋亡信号通路和糖酵解代谢途径的激活，从而诱导细胞凋亡。同时能量代谢抑制引起细胞翻译启动因子eIF2α的磷酸化，而增加BACE1的表达和β-淀粉样肽（Aβ）的产生。我们将应用基因敲除和工具药在H4（或APP转染）细胞和原代培养神经元上验证以上假设，揭示吸入麻醉药诱导神经毒性的分子机制。并进一步通过野生型（或APP转染）小鼠的神经行为学研究为其与术后认知功能损害的相关性提供证据。

目前研究发现临床常用的吸入麻醉药如异氟烷和七氟烷可导致新生动物发生神经退行性改变和神经发育损害，从而损害其在成年期的神经认知功能。尽管存在争议，几项回顾性的临床研究也显示在儿童时期接受手术麻醉可能对其学龄期的学习记忆等智力行为产生不利影响。考虑到每年接受手术麻醉的儿童数量以及潜在的不良后果，这种麻醉诱导的神经毒性增加了人们对麻醉安全性的担忧。因此，理解其对大脑的影响及发生机制对制定相应的策略以避免潜在的脑损伤具有重要意义。首先我们对以往关于麻醉药诱导神经毒性的特性，机制以及可能的保护药物进行了综述；然后我们尝试应用分子生物学，气相色谱，电生理，透射电镜以及神经行为学等方法来研究儿科最常用的吸入麻醉药七氟烷诱导神经毒性的分子机制。研究内容包括七氟烷对发育脑的神经凋亡，神经元新生，代谢组学，内质网应激，突触可塑性及学习记忆等神经行为学损害等方面进行了深入的研究，并探讨了鱼油和eIF2alpha去磷酸化抑制剂等的保护作用。结果发现6小时3%七氟烷处理新生鼠导致1）发育脑广泛而严重的神经凋亡，以皮层和丘脑表现最为明显；神经新生受到抑制；2）发育脑内葡萄糖，氨基酸，脂质等代谢通路以及抗氧化和渗透系统发生改变，从而引起相应的细胞凋亡，氧化应激（ROS生成增加以及心磷脂表达下降），线粒体水肿破坏等超微结构的改变；3）减少树突脊密度，改变突触囊泡相关蛋白（SNAP-25 和 syntaxin）的表达，突触超微结构的损害以及突触可塑性长时程增强（LTP）的抑制；同时发现更长时间（6小时）的七氟烷暴露比短时间暴露（1小时）引起更严重的突触可塑性损害；4）通过PERK-eIF2α- ATF4-CHOP内质网应激轴导致细胞凋亡以及BACE-1表达的增高，而从调控eIF2α磷酸化水平可以发现其在七氟烷诱导的神经凋亡中扮演重要角色；5）海马依赖的和海马非依赖的学习记忆发生损害；6）围产期给予鱼油以及salubrina可以减少七氟烷诱导的神经凋亡和认知功能损害。这些结果进一步确认了新生儿期七氟烷暴露可以显著地诱导发育脑发生广泛的神经退行性改变，并影响神经新生以及突触可塑性，而其机制可能涉及氧化应激，内质网应激以及相关代谢通路的改变，从而导致动物在成年期发生认知功能的损害。我们的研究不仅发展了前期他人的一些研究成果，而且提出了一些新的观点；同时也为麻醉药诱导神经毒性的机制研究提供了新思路。