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麻醉藥所致發育期神經毒性的研究進展

榮雨婷1 高月月1 張澳1 趙阿陽2 戚思華1

1哈爾濱醫科大學附屬第四醫院麻醉科

2哈爾濱工業大學醫學與健康學院

通信作者：戚思華

Email: sihuaqi_2012@163.com

基金項目：國家自然科學基金面上項目（82271207）

【摘要】麻醉藥所致發育期神經毒性（AIDN）是指反復或長期暴露于麻醉藥可能會導致的發育期大腦神經損傷。發育期患兒使用麻醉藥是否引起神經毒性和神經退行性改變的問題一直備受關注。AIDN的機制涉及全身麻醉藥的麻醉效應和非麻醉效應，前者與N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）和γ-氨基丁酸（GABA）受體有關，后者則源自麻醉藥引起的多種生物學效應。本文對兒科手術常用引起AIDN的全身麻醉藥、引起發育神經毒性的可能機制以及發育性神經保護策略進行綜述，為后續AIDN的研究和患兒神經發育保護提供參考。

【關鍵詞】麻醉藥所致發育期神經毒性；γ-氨基丁酸受體；非麻醉機制；保護策略

在手術和其他診療過程中，常需全身麻醉來減輕疼痛，穩定生命體征，為診療提供條件。對于發育期患兒，使用麻醉藥是否會引起神經毒性和神經退行性改變，一直是麻醉領域關注的重要問題。動物研究[1]表明，麻醉藥會導致發育期大腦的神經細胞凋亡和神經退行性改變。此外，反復或長期暴露于麻醉藥可能會導致發育期的大腦出現神經損傷，這被稱為麻醉藥所致發育期神經毒性（anesthetic-induced developmental neurotoxicity， AIDN）[2]。然而，AIDN的發生機制尚不清楚，可能與全身麻醉藥去除感覺輸入、抑制正常神經網絡、減少神經發生和減少神經可塑性所需的營養支持有關；也可能涉及神經細胞死亡機制，包括興奮性毒性、異常細胞周期、營養因子失調、細胞骨架組裝中斷以及線粒體功能障礙等[3]。AIDN發生機制的深入研究不但有助于更好地解釋其發生的原因，而且有機會從根本上對圍術期患兒提供更有效的腦保護策略[4]。因此，本文對AIDN的發生機制和發育性神經保護策略進行綜述，以期為進一步的研究和臨床轉化提供參考。

引起AIDN的全身麻醉藥

目前大多數觀點認為，全身麻醉藥通過干擾神經遞質的釋放發揮麻醉作用。根據作用的受體不同，臨床上廣泛應用的全身麻醉藥主要分為兩類：阻斷N-甲基-D-天門冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid， NMDA）受體類，如氯胺酮和氧化亞氮等；增強γ-氨基丁酸（gamma aminobutyric acid， GABA）受體類，如異氟醚和丙泊酚等。然而這些受體可以通過配體門控離子通道或G蛋白，對包括突觸形成、神經可塑性和神經元存活在內的早期神經發育事件造成影響。因此，發育期患兒暴露于全身麻醉藥可能造成神經損傷。從妊娠的第3個月到出生后第3年，人腦經歷了一個快速生長的時期。此期間的特征包括神經元出現增殖和分化、神經元樹突分支增加和突觸形成[5]。在神經發生、神經膠質形成和突觸形成的爆發過程中，大腦極其脆弱。在此期間，環境一旦對大腦發育產生不良影響，就可能導致長期的功能缺陷。此外，雖然局部麻醉藥可能導致發育期神經毒性，但因其主要作用于脊髓和外周神經，與AIDN定義中提及的腦神經發育損傷有所不同，故本文僅就可能引起AIDN的全身麻醉藥展開敘述。

氯胺酮氯胺酮是一種NMDA受體非競爭性拮抗藥，被廣泛應用于小兒麻醉。氯胺酮阻斷NMDA受體抑制神經元活動，并在未成熟的中樞神經系統中觸發異常的神經元凋亡。對出生后7 d的大鼠多次注射氯胺酮，會引發大規模的神經細胞凋亡，影響以額葉皮質為首的多個主要腦區[6]。對出生5～6 d的恒河猴靜脈輸注氯胺酮24 h后，額葉皮質Ⅱ層和Ⅲ層神經細胞死亡顯著增多[7]。對妊娠120 d的恒河猴進行氯胺酮全身麻醉5 h（包括麻醉誘導和維持），也可以引起新生猴或胎兒神經細胞的凋亡增加[7]。在大鼠模型中，妊娠母體接觸氯胺酮會導致子代焦慮和抑郁樣行為[8]。

氧化亞氮聯合異氟醚氧化亞氮是一種NMDA受體拮抗藥，與吸入性全身麻醉藥聯合使用可以顯著減少引起意識喪失和鎮痛所需的麻醉藥用量。因此，氧化亞氮和異氟醚蒸氣的組合在小兒外科手術中被廣泛使用。將出生7 d的幼鼠暴露于75%氧化亞氮+0.55%異氟醚麻醉下，暴露時間6和8 h時，均可以觀察到大量神經元凋亡，并主要局限在皮層區域[9]。恒河猴模型中也出現同樣的神經毒性效應，出生5～6 d的恒河猴暴露于70%氧化亞氮+1.0%異氟醚8 h后，額葉皮質、顳回和海馬區Caspase-3、銀染和熒光Jade C（退化神經元染色）陽性細胞數明顯增多[10]。

七氟醚七氟醚是一種揮發性、不可燃和非爆炸性液體，也是應用最為廣泛的吸入性麻醉藥之一，可用于成年患者和患兒的麻醉誘導和維持。七氟醚可以激活甘氨酸和GABAA受體，并抑制NMDA受體。在體外實驗中，七氟醚可誘發大鼠離體海馬神經元凋亡[11]。新生大鼠七氟醚重復暴露會加重大鼠青春期的創傷后應激障礙（post-traumatic stress disorder， PTSD）[12]。此外，小鼠母體接觸七氟醚會增加后代癲癇易感性，并增強青少年子代的焦慮和抑郁樣行為[13]，可能與七氟醚暴露后，子代皮層中高度有序的抑制性神經元遷移受到干擾有關。

丙泊酚丙泊酚是高度親脂性的化合物，憑借其快速起效和快速代謝的優勢被廣泛應用于臨床麻醉，目前已在超過50個國家和超過75%的外科手術中被用于鎮靜。丙泊酚不僅被用于小兒外科手術的麻醉誘導和維持，也在患兒重癥監護中作為主要的鎮靜藥。由于美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration， FDA）僅批準丙泊酚應用于出生2個月以上患兒的麻醉維持以及3歲以上患兒的麻醉誘導[14]，因此，需警惕超說明書用藥的情況。需要注意的是，約1%～2%的孕婦在分娩過程中應用丙泊酚，這也成為新生兒過早暴露丙泊酚的情況之一[15]。

在斑馬魚模型中，丙泊酚對于斑馬魚胚胎具有麻醉效果，同時可以引起胚胎發育延遲[16]。在秀麗隱桿線蟲模型中，盡管丙泊酚對秀麗隱桿線蟲似乎并不具有麻醉效果，但同樣會引起線蟲成年后學習記憶能力的下降[17]。在小鼠實驗中，對出生5～7 d的小鼠腹腔注射丙泊酚，結果表明，反復（而非單次）丙泊酚暴露導致成年（出生后3個月）小鼠運動學習障礙、新物體識別記憶受損、社交偏好降低、焦慮和強迫樣行為增多[18]。出生6 d的恒河猴在丙泊酚250～350 μg·kg-1·min-1持續輸注5 h后，神經細胞凋亡和少突膠質細胞死亡增加。在猴子模型中，與胎兒期接觸丙泊酚麻醉相比，出生后丙泊酚暴露似乎是針對大腦皮層的神經元，而胎兒期暴露對大腦的尾側和吻側區域（例如小腦、下丘、尾狀核、殼核、伏隔核、杏仁核和丘腦）的影響更大[19]。

AIDN的發生機制

嚙齒類動物的大腦會在出生后經歷腦生長爆發期，在相當短的時間內（出生后20～21 d）達到成年腦重量的90%～95%。此外，突觸發生、血腦屏障建立和免疫細胞成熟等關鍵發育過程均在腦生長爆發期發生。在突觸的發生過程中，不能發展突觸接觸的神經元將經歷程序性細胞死亡，也稱為細胞凋亡。至于神經元的發育、遷移、分化和突觸發生，主要因素影響有興奮性神經遞質和抑制性神經遞質。另外，其他多種細胞死亡途徑也參與神經元細胞死亡。

麻醉效應相關的AIDN發生機制盡管目前麻醉藥的鎮靜鎮痛機制還不完全清楚，但GABA和NMDA受體是麻醉藥發揮作用的兩個重要受體。

（1）GABA受體。GABA受體是中樞神經系統最主要的神經元抑制性受體。然而在突觸形成之前，GABA信號在發育中的神經元網絡中很活躍。此時，GABA受體的激活可以引起發育期神經元去極化。去極化的GABA有助于神經發生、遷移和提高新生網絡的活動[20]。隨著神經元的發育，細胞內氯離子水平逐漸降低，GABA受體開始表現為抑制作用。在GABA受體表現為興奮性受體時，麻醉藥加速細胞的凋亡過程。當神經元發育到較晚階段，GABA受體表現為抑制性受體時，麻醉藥引起的神經損傷明顯減弱。然而，此時麻醉藥引起的學習和記憶的負面影響仍然持續存在。因此，無論是興奮性受體的長期阻斷，還是抑制性受體的持續激活，神經元突觸發生的過程中都可能出現受體表達的改變。受體表達的變化可能會影響神經元的敏感性，使其更容易受到有害刺激的影響[21]。

（2）NMDA受體。NMDA受體主要接收興奮性神經遞質谷氨酸，是中樞神經系統中主要的神經元激動受體。在中樞神經系統發育和成年后神經功能調節中，NMDA受體發揮著不可或缺的作用，它不僅是實現突觸可塑性和長時程增強（long-term potentiation， LTP）的核心調節者，還參與學習和記憶等高級腦功能。1999年Ikonomidou等[22]最先利用動物模型研究證實，NMDA抑制劑能夠導致出生7 d幼鼠的神經元細胞死亡及成長后的學習記憶能力下降。也是從該研究開始，全身麻醉藥對發育期神經元的神經毒性作用被正式提出。NMDA受體是經典麻醉藥氯胺酮的作用靶點，氯胺酮對于胚胎期和幼年期神經系統的毒性作用在多項基礎研究中被證實，其機制多與NMDA受體參與引起的細胞凋亡有關[23]。

因此，在麻醉藥發揮鎮靜鎮痛作用的同時，還可能對處于發育期的神經元造成影響，這種影響在一定程度上難以避免。

非麻醉效應相關的AIDN發生機制麻醉藥引起的AIDN可能是多種機制及信號轉導通路共同作用的結果。而在這些機制和信號轉導通路中，有很多與麻醉藥所引起的麻醉效應無關，而是與這些有機化合物本身的多重生物學效應有關。

（1）細胞凋亡。麻醉藥可能通過兩種途徑誘導細胞凋亡：內在途徑和外在途徑。外在途徑是麻醉藥通過直接激活神經元表面的腫瘤壞死因子受體而引起[21]。而內在途徑是麻醉藥引起細胞內凋亡信號通路發生改變而啟動。例如，麻醉藥引起的抗凋亡基因Bcl-2下調、促凋亡基因上調，活性氧簇（reactive oxygen species， ROS）增加，誘導細胞色素C從線粒體釋放并激活Caspase-3等途徑。

（2）氧化應激。氧化平衡是所有神經元維持生命活動的基礎，包括神經發生、突觸形成、神經元遷移和修剪。因此，腦發育關鍵階段的氧化應激被認為是常見神經發育障礙的病理機制。小鼠研究[24]表明，母體的氧化應激水平影響后代的大腦發育（即神經發生、認知功能），并可以通過給懷孕母鼠服用抗氧化劑來改善這些神經發育后果。此外，丙泊酚可在體外誘導腦內皮細胞（bEnd.3）的氧化應激[25]。

（3）自噬障礙。自噬是一種受調節的降解途徑，能夠細化結構。形態學變化是發育事件的基本特征，如神經元極化和遷移、軸突尋路、分支收縮以及突觸形成。自噬參與建立和維持功能性神經連接。在原代神經元培養中，麻醉藥激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin， mTOR），破壞突觸的形成。mTOR可以促進合成代謝，抑制自噬。同時，mTOR抑制藥雷帕霉素可以抑制多種麻醉藥引起的突觸傳遞功能障礙和線粒體功能變化[26]。

（4）線粒體功能障礙。線粒體是真核細胞的能量來源，它不僅為細胞提供維持細胞生長和增殖的能量，還是鈣穩態、細胞凋亡、氧化應激和炎癥反應的重要調節器。通常，中樞神經系統通過線粒體中的氧化磷酸化消耗約五分之一的身體能量，以保證神經元的發育、形態和功能。因此，功能失調的線粒體導致神經元三磷酸腺苷（adenosine triphosphate， ATP）缺乏和ROS積累，這對于神經元功能影響巨大。此外，神經元屬于有絲分裂后細胞，這意味著受損的線粒體和積累的ROS等有害成分無法通過細胞分裂消除。因此，中樞神經系統中的神經元尤其容易受到線粒體功能障礙的影響。此外，麻醉藥可以通過激活線粒體未折疊蛋白翻譯，引起線粒體功能出現持續的變化[27]。

（5）神經膠質細胞損傷。除神經細胞外，星形膠質細胞也是全身麻醉藥的重要靶點。星形膠質細胞表面存在多種通道和受體，其中許多是全身麻醉藥受體[28]，因此，全身麻醉藥不僅抑制神經元興奮，導致鎮靜、鎮痛和遺忘，而且還直接作用于星形膠質細胞，影響其增殖和凋亡以及其分泌和調節功能[29]。Zhang等[30]研究表明，鐵死亡相關基因和代謝變化參與異氟醚誘導的星形膠質細胞細胞毒性的病理過程，導致發育早期接受6 h異氟醚麻醉引起小鼠認知障礙。此外，麻醉藥也可以通過影響神經膠質細胞導致軸突髓鞘形成障礙[31]，咪達唑侖影響幼年斑馬魚的少突膠質細胞譜系細胞發育和髓鞘形成[32]。這提示除了神經元本身，還應關注神經系統的其他成分對神經發育的作用。

（6）其他。麻醉藥引起的神經炎癥也被發現是未成熟小鼠神經發育損傷的可能機制。在妊娠小鼠用2％七氟醚處理3 h后，胚胎小鼠大腦內IL-6 mRNA表達量顯著增加，并在出生后表現出學習障礙[33]。另外，抑制RhoA可以有效減輕丙泊酚誘導的海馬區神經元神經損傷和小鼠的行為障礙[34]。抑制rgs-3基因的表達可以有效抑制丙泊酚引起的秀麗隱桿線蟲學習和記憶力的損傷[17]。RhoA蛋白屬于小G蛋白超家族的亞家族成員，而rgs家族是調節G蛋白受體表達的重要基因。這提示神經元細胞膜具有鳥苷三磷酸（guanosine triphosphate， GTP）功能的蛋白可能對AIDN的發生十分重要。

因此，AIDN的發生可能是多種機制共同作用的結果。其中麻醉效應相關的AIDN發生機制似乎難以避免，因為這種損傷與麻醉藥發揮作用同時產生。對于麻醉效應相關的AIDN的發生機制及臨床研究，重點應該放在基因易感性以及特征人群的保護上。非麻醉效應相關的AIDN發生機制，可能是未來研究和干預的主要方向，適合積極采取多種方法減少與該機制相關的AIDN的發生。而與麻醉效應相關的AIDN發生機制相同的是，對于基因易感性和特征人群重點保護同樣具有意義。

發育期神經保護策略

肌酸肌酸被認為是一種非必需的營養素，可以機體合成或從正常飲食中獲得。哺乳動物身體在肝臟、腎臟和胰腺中產生含有精氨酸、甘氨酸和蛋氨酸的分子，作為肌酸的生物合成原料。肌酸作為細胞活動的能量來源，對人類的早期發育和健康起著至關重要的作用。外源肌酸已被證明可以保護神經元免受氧化損傷。這一特點支持在懷孕期間補充肌酸作為預防中樞神經系統損傷的預防性治療。動物研究[35]表明，孕期補充肌酸對子代大鼠CA1神經元的形態和電生理發育有積極的影響，可增加神經元興奮性?？紤]到多數麻醉藥對于線粒體能量代謝的影響，肌酸仍是極具潛力的抑制AIDN的保護劑。

氙氣1939年，人們發現了氙氣的麻醉特性[36]。氙氣通過非競爭性抑制NMDA受體發揮其麻醉特性。一般情況下，抑制NMDA受體的麻醉藥大多對神經元有損傷作用，但是氙氣有所不同。氙氣透過血腦屏障，卻并不引起錐體細胞過度表達c-fos基因。而c-fos基因是引起神經毒性的重要基因，它的激活會引起神經損傷。動物研究[37]表明，七氟醚聯合應用氙氣有效緩解七氟醚單獨應用引起的新生大鼠神經元細胞死亡和行為異常。同時，氙氣預處理可以有效緩解異氟醚和氧化亞氮引起的新生神經元凋亡[38]。然而也有研究[39]表明，母體兔懷孕期間標準化剖腹手術的七氟醚麻醉導致新生兔神經行為受損，新生兔大腦的幾個區域的神經元數量減少，但氙氣的聯合給藥未能阻止這種效應。

目前對氙氣的神經保護機制研究較少，多數研究支持氙氣的神經保護作用與NMDA受體抑制有關，但是矛盾的是，氯胺酮、氧化亞氮等NMDA受體抑制藥具有明確的神經毒性。同時，氙氣對于發育期神經元的保護機制的研究目前還停留在現象的論證上。

促紅細胞生成素促紅細胞生成素（erythropoietin， EPO）是一種細胞因子，在紅細胞生成中起著重要作用。EPO對減輕不同組織和器官的缺氧-缺血性以及炎癥損傷[40]已得到驗證。

全身麻醉藥可抑制機體在缺氧狀態下生成EPO[41]，提示EPO水平的下降可能是麻醉藥造成AIDN的機制之一，外源性補充EPO可能有效緩解AIDN。后續的動物實驗證實了這一觀點。EPO可以通過抑制Toll樣受體及NF-κB激活，緩解丙泊酚誘導的海馬區新生神經元凋亡[42]。同時，EPO可以減輕異氟醚誘導的發育期大鼠神經功能損傷和學習障礙。EPO通過PI3K/Akt和GSK-3β通路減輕氯胺酮誘導的大鼠皮層神經元凋亡[43]。因此，EPO可能是一種可以有效緩解AIDN的細胞因子。

右美托咪定右美托咪定是高選擇性α2腎上腺素能受體激動藥。右美托咪定的安全性和有效性，以及為患者提供舒適的能力，使其成為臨床廣泛應用的有效麻醉輔助藥物。由于右美托咪定與GABA或NMDA受體均無相互作用，在兒科臨床和外科手術中廣泛應用。Sanders等[44]將新生大鼠暴露于顯著濃度的右美托咪定中，發現單獨使用右美托咪定不會增加神經細胞凋亡。當在異氟醚中加入右美托咪定時，接觸麻醉藥的動物行為認知表現與未接觸的動物表現相同。該研究提出，右美托咪定單獨使用不會導致神經細胞凋亡，當與標準臨床劑量的揮發性麻醉藥聯合使用時，可以改善急性神經退行性損傷和后來的神經行為缺陷[45]。在胎兒和新生兒動物模型研究中，越來越多的證據表明，右美托咪定在臨床劑量下不會引起神經退行性變化，并且可以改善異氟醚、丙泊酚和氯胺酮等常見麻醉藥引起的這些變化，使其成為麻醉神經毒性臨床試驗中有吸引力的研究藥物[46]。

小 結

麻醉藥對胎兒、新生兒、嬰幼兒的潛在神經毒性是新生兒麻醉和兒科領域面臨的最緊迫問題之一。AIDN已在實驗室中得到證實，很可能與GABA和NMDA受體有關，還可能與Caspase-3、mTOR等信號通路有關。然而，目前的麻醉和非麻醉機制參與的發育神經毒性結果主要是基于基礎實驗數據和神經科學研究。臨床醫師需要注意可能出現的臨床表現，同時思考這些發現背后參與的更加復雜的機制。本文總結了胚胎時期和幼年時期麻醉暴露可能造成的神經發育風險以及相關機制，并提出發育性神經保護策略，可為后續基礎研究和臨床實踐提供參考。在未來麻醉學研究中，不斷克服麻醉和非麻醉機制帶來的神經發育風險，研發更為有效的神經保護藥物，或可為患者提供更好的治療和保護，為我國優生優育提供支持。

參考文獻略。

DOI:10.12089/jca.2025.07.014