赵祥坤，田 毅

中南大学湘雅医学院附属海口医院 海口市人民医院麻醉科，海口 570208

全球每年有数以千万计的婴幼儿因为不同的病症或是妊娠期母体需要而接受全身麻醉，早期全麻药暴露是否损害儿童神经发育乃至引发远期的智力认知障碍已经成为麻醉学、神经科学、儿科学等领域的关注焦点之一。早在2003年便有关于早期全麻药暴露可能导致脑组织退行性改变的报道[1]，2017年美国食品药品管理局发布的一篇报告指出，长期或反复接触全麻药可能会影响儿童的神经发育，将该研究热度推向顶峰。随后有更多的研究显示，七氟醚可导致早期大脑神经元异常凋亡，集中表现在海马区域[2]，甚至会造成远期学习认知方面的负面影响[3]。由于婴幼儿手术多在全身麻醉下完成，因此如何减轻与改善全麻药物介导的神经毒性措施和药物研究具有重大意义，但因伦理学限制和人体试验的复杂性导致临床研究存在困难，目前在动物模型上有关七氟醚神经毒性的作用机制取得了一些进展，并发现了多种对应的药物干预措施，对围手术期小儿神经保护具有重大意义，本文介绍了七氟醚影响发育期大脑的主要潜在机制，重点总结了动物实验中七氟醚神经毒性的保护性药物及相关机制。

七氟醚对发育期大脑损伤的机制

目前有关七氟醚对发育大脑的损伤机制尚未定论，相对成熟且具有干预针对性的观点有以下几种机制。

髓鞘形成受损已有研究表明，髓鞘在学习与记忆中发挥重要作用，白质微结构的髓鞘形成受损与儿童的注意缺乏多动症有关[4]，这引发了七氟醚是否会造成髓鞘发育毒性的思考。最新研究发现，神经发育早期多次的七氟醚暴露将通过影响叶酸和铁的代谢，最终对大脑少突细胞髓鞘形成缺陷，导致远期认知功能损伤。Zhang等[5]分别对新生恒河猴和大鼠进行连续3 d 2.5%～3.0%七氟醚4 h暴露，结果发现暴露后叶酸代谢和DNA甲基化的紊乱将导致髓鞘形成相关的物质类雌激素受体蛋白(estrogen receptor like protein，ERMN)(一种分布于髓鞘和少突细胞胞质内的蛋白质)和髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein，MBP)表达下降，及时补充叶酸或促ERMN表达则可以缓解髓鞘形成受损，提示叶酸/ERMN/髓鞘级联反应可能是婴幼儿麻醉暴露后认知障碍的潜在机制。Zuo等[6]对G14D的母鼠进行6 h的2%七氟醚暴露，结果发现其后代表现出大脑皮层和海马区域的铁缺乏，相应区域的少突细胞增殖受限，MBP水平下降，产后及时补充铁剂可以缓解这种髓鞘形成障碍，改善远期认知。此外，丙泊酚也被发现具有浓度依赖性地诱导少突细胞凋亡，抑制胼胝体和内囊神经纤维髓鞘的形成[7]。综上，全麻药介导的神经纤维髓鞘毒性可能是远期认知功能障碍的原因之一。

细胞凋亡神经元凋亡是目前较为公认的全麻药对发育期神经损伤的机制，研究显示七氟醚暴露导致海马区神经元数目减少、细胞凋亡相关的caspase-3激活以及Bad/Bcl比例失调[8-9]。七氟醚导致的神经元凋亡与刺激引起的线粒体和内质网凋亡途径有关[10-11]，内质网应激在一系列急慢性神经性疾病中起着重要作用，吸入麻醉气体的暴露会导致CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)、caspase-12和caspase-3等内质网应激标志物在大脑皮层、海马和丘脑的表达上升，通过RNA(PKR)样内质网受体激酶[RNA(PKR)-like endoplasmic reticulum kinase，PERK]/真核翻译起始因子2亚单位α(eukaryotic translation initiation factor 2 subunit α，eIF 2α)/转录激活因子4(activating transcription factor 4，ATF4)/C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein，CHOP)/caspase-12引起细胞凋亡。此外吸入麻醉药会打破内质网钙稳态，增加胞内和线粒体钙离子，最终导致神经元的凋亡[11]。由此可知，在神经发育的高峰阶段出现神经元数目下降对远期认知功能必然产生不利影响。但有关七氟醚引起细胞凋亡的具体机制尚待进一步探究。

神经炎症神经炎症是影响认知发展的关键因素，已证实吸入麻醉药能刺激促炎症因子释放导致认知功能损伤[12]。Cui等[13]对新生大鼠进行时长2 h的3%七氟醚暴露，结果发现暴露后海马区神经元肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-6、IL-8的表达水平上升。Franco等[14]研究也表明，小胶质细胞在受到微环境刺激时会出现两种表型的激活，M1表型促进炎症发生，造成二次伤害；M2表型具有抗炎作用，互为平衡；七氟醚暴露可使M1表型表达增多而抑制M2表型激活。故促炎症因子的过表达可能与七氟醚激活了小胶质细胞M1表型有关。还有学者认为全麻药可通过激活核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-кB)/NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)信号通路促发炎症反应[15]，而TNF-α、IL-6、IL-1β以及神经胶质细胞的过度激活引发大脑散在性炎症会导致动物和人类认知功能损伤[16]。因此，神经炎症也可能是七氟醚引起神经毒性进而出现认知功能障碍的原因之一。

氧化应激反应氧化应激通过激活多种转录因子引起不同机制的炎症反应，破坏细胞膜和细胞功能的完整性[10，17]。有研究发现，亚临床七氟醚暴露会导致新生小鼠自由基代谢失衡，造成血浆中活性氧和氧化应激副产物丙二醛堆积[18]，2.6%的七氟醚暴露将显著抑制抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的活性，导致小鼠海马区的丙二醛激增[19]，及时清除这些活性氧可减少神经元死亡。氧化应激导致的ERK磷酸化抑制将影响神经系统的正常发育[20]。以上研究表明，氧化应激可能参与七氟醚介导的神经毒性，存在一定的浓度依赖性，及时清除过多的氧自由基是潜在的治疗策略。

神经突触的改变突触可塑性被公认为是学习记忆活动在细胞水平的生物学基础[21]。Haseneder等[22]运用海马组织切片记录了暴露七氟醚后场兴奋性突触后电位，发现七氟醚剂量可依赖性减少突出后电位水平，提示其会抑制长时程增强(long-term potentiation，LTP)的诱发从而影响到远期记忆形成。潘雪莲等[23]研究显示，P7D大鼠七氟醚暴露后远期的认知功能下降情况与海马脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)、突触后密度蛋白95(postsynaptic density protein 95，PSD-95)和突触蛋白表达下调同步，提示新生期七氟醚麻醉诱发大鼠远期认知功能障碍的部分机制可能与抑制海马神经元突触可塑性有关。Liang等[24]还发现，七氟醚会导致突触致密区缩小，树突脊体积减小，并提出突触损伤可能与同源结构域相互作用蛋白激酶2(homeodomain-interacting protein kinase 2，HIPK2)/氨基酸末端激酶(c-Jun N-feminal kinases，JNK)信号通路有关。因此推断七氟醚会影响神经突触发生，抑制突触成熟，从而引起与远期记忆功能相关的损伤。

γ-氨基丁酸受体和N-甲基-D-天冬氨酸受体表达的改变七氟醚是γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)受体激动剂和少量N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受体的抑制剂。谢思宁等[25]对P7D大鼠进行七氟醚暴露后发现，海马区GABAA受体亚单位α1/α2比值逐渐增大，而α1受体与细胞凋亡密切相关，α2受体表达与细胞存活有关，提示α2向α1的转换与大鼠远期适应能力及空间探索认知能力下降有关。

NMDA受体广泛分布于中枢神经系统，以往认为NMDA受体抑制将阻碍突触发生，导致细胞死亡，最近研究则发现突触内外不同部位NMDA受体激活将会导致完全相反结果，突触内NMDA受体激活将促神经元存活，而外部的恰恰相反[26-27]。Wang等[28]对P7D大鼠海马组织进行七氟醚暴露实验，结果发现七氟醚明显抑制亚单位NR2A表达，但提升了NR2B表达，而激活突触内NR2A和抑制突触外NR2B可以减缓七氟醚介导的神经毒性。

组蛋白乙酰化抑制乙酰化酶与去乙酰化酶动态平衡地调节着基因的表达，当它们在中枢神经系统中发生失衡时则会触发异常的基因表达和神经功能紊乱。已有研究证实，一些神经退行性变的疾病中出现了NAD+依赖性组蛋白去乙酰化酶家族中的Sirtuin 2累积[29]，这种改变同样也出现在连续七氟醚暴露的P6-9D大鼠海马区中[30]。组蛋白乙酰化水平下降将导致BDNF表达下调，使其与酪氨酸激酶B(tropomyosin receptor kinase B，TrkB)的结合能力下降，导致大鼠远期学习认知损伤。Jia等[31]对2周幼鼠进行了连续的3%七氟醚暴露，结果发现预控和记忆相关的乙酰化H3和H4蛋白水平下降，同步出现了远期的海马区神经元抑制，BDNF和TrkB表达下降，而这些改变可以被丁酸钠，一种组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)抑制剂所改善甚至逆转，提示乙酰化H3和H4水平下降可能与七氟醚介导的神经毒性有关，但也不能排除其他组蛋白乙酰化也同样参与其中，然后使BDNF/TrkB信号通路抑制，最终导致神经元发生受阻。由此可知，乙酰化和去乙酰化酶失衡也可能与七氟醚介导的神经毒性有关，但Sirtuin家族成员较多，因此各类的去乙酰化酶信号通路仍需要独立细化的研究。

七氟醚神经毒性的干预药物

抗贫血药抗贫血药物研究不仅只局限于恢复血色素，其麻醉过程中的器官保护作用已得到关注，主要起到对抗氧化应激的作用。

高力强（1975-），男，天津大学博士在读，石家庄铁道大学副教授，硕导，主要研究方向：太阳能建筑、传统民居空间环境方向研究。

促红细胞生成素Zhang等[32]研究证实，新生小鼠因七氟醚暴露导致的神经退行性变可以被促红细胞生成素缓解，并提出促红细胞生成素可能是通过激活细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal regulated kinase 1/2，ERK 1/2)信号途径，改变Nrf2和Bach1表达，显著上调SOD等抗氧化酶，从而改善七氟醚诱导的氧化应激反应。

氯化血红素Yang等[33]在对新生大鼠3%七氟醚暴露实验中发现，氯化血红素可以通过减少神经元凋亡，改善线粒体功能紊乱并增加神经珠蛋白的表达，从而对七氟醚介导的神经毒性起到一定保护作用。高水平的神经珠蛋白可以减少氧自由基生成，确保线粒体ATP产生，重置线粒体细胞色素C水平，减缓发育期神经元线粒体在氧化应激下的损伤，同时神经珠蛋白还有促进神经突触再生的作用，这对神经损伤的恢复是必不可少的[33-34]。Yang等[35]研究发现，氯化血红素还会激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶(phosphatidy linositol-3-hydroxy kinase，PI3K)/丝氨酸苏氨基激酶(protein kinase B，Akt)信息通路促进神经元存活，抑制细胞凋亡，提高抗氧化酶来对抗七氟醚产生的氧化应激反应。

植物提取物类药物近期研究显示，多种天然植物提取物在七氟醚早期暴露的过程中通过抑制炎症反应、清除自由基及抗细胞凋亡等明显改善小鼠远期认知功能方面的预后。

黄酮类药物木犀草素是自然界最重要的黄酮类药物之一，Wang等[36]在P6D小鼠七氟醚暴露前经腹腔注射木犀草素，发现木犀草素可以下调和失活caspase-3，显著减少IL-1β、IL-18和TNF-α炎症因子表达，抑制NF-κB/NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)信号通路，减少ROS和丙二醛(malondialdehyde，MDA)，上调抗氧化酶SOD活性，从减少凋亡、抗炎和抗氧化等多个方面对抗七氟醚介导的神经毒性，最终改善小鼠的空间学习和记忆认知。

印黄酮也具有神经治疗的潜能，Zhou等[37]对P7D大鼠给予印黄酮处理，结果发现海马Bcl-2表达增加，Bax下降，从而抑制了下游caspase-3激活，同时也表现出抗炎症和清除麻醉暴露后活性氧激增的作用。体外实验显示，被敲除Nrf2(核因子E2)的神经细胞几乎丧失了印黄酮介导的抗炎、抗凋亡功能，同时黄酮类化合物粗毛豚草素也被证实是通过上调Nrf2的表达，调控氧化还原反应和炎症反应，发挥神经保护作用[37-38]，以上说明Nrf2的上调在黄酮类抗七氟醚介导的神经损伤中起到了关键的作用，但其具体的信号通路机制还有待研究。

丹参酮ⅡAXia等[39]在新生小鼠的七氟醚暴露研究中发现，丹参酮ⅡA 缓解了因七氟醚暴露导致的IL-1β和IL-6水平上调，改善了突触的超微结构改变，扩大了突触后致密区的面积。丹参酮ⅡA的抗炎和对突触超微结构的保护作用使其具有成为抗麻醉神经毒性的药物的潜能。

儿茶素表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)是一种具有抗氧化及神经保护作用的茶多酚。Ding等[40]研究发现，小鼠整个婴幼儿期口服EGCG可以有效激活CREB/BDNF/TrkB和PI3K/Akt 这些与抗神经元凋亡、突触可塑性密切相关的信号通路，对抗P7D七氟醚暴露介导的caspase-3、Bad和Bax上调，刺激神经元存活。

α2受体激动剂α2受体激动剂具有镇静、镇痛、抗交感及缓解焦虑等一系列作用，是临床麻醉中常用的麻醉辅助药。

右美托米啶右美托米啶已被证实可以改善全身麻醉导致的发育中大脑神经元凋亡和认知障碍，具有保护新生儿大脑缺血缺氧的作用，有可能成为用于改善或阻止麻醉介导的神经退行性变的保护性药物。Goyagi[41]研究显示，右美托咪定的麻醉前预处理可以增加新生小鼠脑皮质、海马区和杏仁核完整细胞的数目，改善认知功能损伤，在25 μg/kg浓度下观察到了最佳效果。推测其抗神经毒性的机制是通过由Bcl-2和磷酸化ERK1/2调节的抗凋亡信号通路达成。Shan等[42]研究发现，右美托咪定可以逆转七氟醚介导新生小鼠海马区的LC3、p62和Drp1增加，随之提出右美托咪定神经保护作用可能与改善细胞自噬和线粒体动力学异常有关，但具体机制仍待研究。

可乐定Guo等[43]研究发现，可乐定预处理可以降低七氟醚介导的P6D小鼠海马区caspase-3激活水平，具有一定抗神经细胞凋亡的作用。并且他们提出可乐定可能是通过抑制海马区NF-κB信号通路的激活，减少TNF-α、IL-6和 IL-1β释放，缓解七氟醚介导的神经炎症。

其他药物措施

蛋白酪氨酸磷酸酶1B抑制剂：内质网应激反应在神经退行性疾病的发病中发挥关键作用，蛋白酪氨酸磷酸酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B)可以特异性激活NF-κB，影响海马突触形成并促进神经元在内质网应激下的凋亡。Liu等[44]对P7D小鼠进行的2.3%七氟醚暴露实验中发现，PTP1B抑制剂可以通过下调内质网应激反应，抵抗七氟醚介导的磷酸化PERK和Eif 2α以及CHOP和caspase-12水平增加，保护内质网形态学稳定，最终使其神经细胞得以存活。不仅如此，PTP1B抑制剂还可以减少NF-κB、TNFα等炎症因子在海马中的含量，改善七氟醚导致的突触蛋白和BDNF-TrkB信号蛋白的表达抑制，提示其具有抗神经炎症和抗突触损伤的功能。

磷酸二酯酶抑制剂：罗氟司特是一种选择性磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)4抑制剂，具有上调环磷酸腺苷水平的功能。Peng等[45]采用P18D幼鼠海马组织展开了体外研究，结果发现经过罗氟司特预处理的小鼠相较于七氟醚组，其海马区域的神经元存活率提升，Bcl-2上调，Bax和裂解caspase-3及caspase-9下降。随后提出，相关机制可能是PDE4抑制了cAMP水解，并且激活了MEK/ERK信号通路，从而减缓了七氟醚的氧化应激。Chen等[46]则对PDE7的抑制剂BRL-50481展开了最新研究，结果发现PDE7抑制剂可以减少P6D小鼠七氟醚介导的海马区神经元凋亡，使海马区cAMP和磷酸化CREB的表达恢复到暴露之前的水平，提示PDE7抑制剂可能是通过缓解七氟醚介导的cAMP表达抑制，重新激活cAMP/CREB信号通路发挥出神经保护的作用。

辅酶Q10：辅酶Q10是线粒体电子传递链的重要辅助因子，也是大脑的能量增强剂，具有神经保护、能量转换、抗炎和抗氧化作用，Xu等[47]就其是否对新生小鼠的七氟醚暴露具有保护作用展开了研究，结果发现海马区PSD-95和突触素的下调得到改善，通过修复海马区突触功能异常来改善远期认知损伤。而更具突破性的发现是，辅酶Q10缓解了七氟醚介导的大脑皮层ATP含量和线粒体膜电位(matrix metalloproteinase，MMP)下降，提示七氟醚暴露下发育期大脑的能量匮乏或多或少地参与了远期认知功能下降，ATP缺乏显然也会影响到突触的正常功能。因此，辅酶Q10可能就是通过修复呼吸电子传递链保护线粒体功能，从而实现神经保护作用。

去乙酰酶抑制剂：除HDAC抑制剂丁酸钠外，Sirtuin2(SIRT2)抑制剂AK7也同样表现出七氟醚相关的炎症保护作用。Wu等[30]研究发现，AK7除了可以抑制P6-9D大鼠海马区因七氟醚引起的促炎症因子释放，更重要的是其可有效逆转七氟醚介导的小胶质细胞极化激活，即M1表型向M2表型转换，有效地终止了炎症因子的正反馈效应，避免了神经元的二次伤害。

小 结

药物干预在七氟醚对发育期大脑神经损伤防护中具有一定作用，但以上干预措施的药物实验也存在一定局限性，而且七氟醚的暴露浓度不统一，往往超过了临床用量。正如七氟醚介导的神经毒性作用机制具有多样性，大多数药物也呈现出多途径抵抗的机制，而这些途径之间是否存在着上下游作用关系尚不明确，如果能够找到一系列反应的促发关键点将大大提升用药的精确程度。大多数药物研究都将海马区作为第一检测对象，但也忽视了像杏仁核、纹状体这些同样涉及记忆学习的功能区，从而遗漏药物的作用机制。

综上，在动物模型上，七氟醚对发育中的大脑神经损伤是客观存在的。最近也有临床试验揭示简短、单一的七氟醚全麻暴露不会对婴幼儿造成远期的神经行为学负面影响[48]，更深入的研究可以转向反复多次、长时间暴露，或者对于一些存在先天发育问题、危重生存状况患儿的七氟醚暴露后研究。上述提及的药物在动物模型阶段都表现出具有改善甚至逆转七氟醚诱导的神经毒性功效，其中包括相对安全的内源性物质如DHA和促红细胞生成素，也存在一些对婴幼儿药理毒理性质尚不明确的药品，需要进一步研究。如果顺利通过安全性研究，在未来进一步探索反复长时间吸入七氟醚对婴幼儿神经发育影响和易感人群(先天性心脏病或危重症)的研究中，这些药物具有重大的科研价值，进而衍生出围手术期婴幼儿神经保护的临床策略。