四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉科蔣若天團隊于2019年8月在PLoS Biology（影響因子：8.386）發(fā)表文章“Astroglial dysfunctions drive aberrant synaptogenesis and social behavioral deficits in mice with neonatal exposure to lengthy general anesthesia”（長按下文二維碼即可閱讀原文）。

全球每年有數(shù)百萬嬰幼兒接受全身麻醉，前期回顧性隊列研究和臨床前研究均提示發(fā)育期個體接受長時間或反復(fù)全麻藥物暴露將影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育?；诖耍?016年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）發(fā)布警告：3歲以下嬰幼兒或妊娠晚期孕婦需謹慎接受長時間或重復(fù)性的全麻（以及鎮(zhèn)靜）藥物暴露(https://www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/ucm532356.htm)。近年來發(fā)表的高質(zhì)量的臨床研究GAS, PANDA以及MASK研究提示短時間單次麻醉暴露不會影響兒童大腦發(fā)育，但同時MASK研究也發(fā)現(xiàn)反復(fù)多次麻醉暴露將影響兒童神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。然而，關(guān)于全身麻醉藥導(dǎo)致的神經(jīng)發(fā)育異常的背后機制尚不明確。星形膠質(zhì)細胞是哺乳動物腦內(nèi)數(shù)量第二多的膠質(zhì)細胞，參與調(diào)節(jié)突觸的形成、修剪和功能以及調(diào)節(jié)胞外神經(jīng)遞質(zhì)和離子穩(wěn)態(tài)等。然而，全身麻醉藥物是否影響發(fā)育期星形膠質(zhì)細胞的結(jié)構(gòu)和功能，進而導(dǎo)致神經(jīng)環(huán)路發(fā)育異常尚未可知。

研究人員首先利用單細胞熒光標記及3D形態(tài)重建等技術(shù)，證實了長時間七氟烷（Sevoflurane, Sevo）暴露引起發(fā)育期小鼠感覺皮層內(nèi)星形膠質(zhì)細胞精細形態(tài)缺失。其后，用連續(xù)塊面掃描電鏡（SBF-SEM）對星形膠質(zhì)細胞和突觸進行了3D重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Sevo抑制了星形膠質(zhì)細胞-神經(jīng)元空間聯(lián)系的形成。研究還發(fā)現(xiàn)，Sevo導(dǎo)致小鼠感覺皮層內(nèi)未成熟突觸密度增加，但AMPA受體介導(dǎo)的興奮性突觸傳遞功能下降，且引起了小鼠在青春期的社交障礙。

Sevo導(dǎo)致的星形膠質(zhì)細胞形態(tài)缺失與神經(jīng)元的發(fā)育異常是否存在因果關(guān)系？

為了回答這個問題，首先需要探究Sevo導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞形態(tài)缺失的機制。由于星形膠質(zhì)細胞的多種生理功能都受胞內(nèi)鈣的調(diào)控，為此，研究人員進行了星形膠質(zhì)細胞鈣成像，發(fā)現(xiàn)Sevo能夠抑制星形膠質(zhì)細胞的鈣信號，包括自發(fā)鈣信號、激發(fā)鈣信號和基礎(chǔ)鈣水平。同時發(fā)現(xiàn)鈣下游與星形膠質(zhì)細胞形態(tài)相關(guān)的蛋白Ezrin在發(fā)育期富集在星形膠質(zhì)細胞精細分支內(nèi)，而長時間Sevo暴露導(dǎo)致Ezrin表達下調(diào)。為了探究星形膠質(zhì)細胞胞內(nèi)Ca²⁺—Ezrin—形態(tài)之間的關(guān)系，研究人員通過螯合星形膠質(zhì)細胞的胞內(nèi)Ca²⁺，或利用AAV病毒介導(dǎo)的RNA干擾技術(shù)下調(diào)星形膠質(zhì)細胞的Ezrin表達，二者均能模擬Sevo介導(dǎo)的星形膠質(zhì)細胞形態(tài)缺失，闡明了Ezrin是調(diào)控星形膠質(zhì)細胞形態(tài)發(fā)育的重要分子。最后，通過上調(diào)發(fā)育期小鼠腦皮質(zhì)的Ezrin表達，不僅恢復(fù)了Sevo引起的星形膠質(zhì)細胞和突觸發(fā)育異常，還糾正了Sevo介導(dǎo)的社交障礙。

該研究證實了星形膠質(zhì)細胞是全身麻醉藥物介導(dǎo)發(fā)育期神經(jīng)毒性的關(guān)鍵靶點，闡明了星形膠質(zhì)細胞形態(tài)的完整性是調(diào)控突觸發(fā)育和神經(jīng)行為的重要機制（圖1）。

圖1　研究機制圖

謝仲淙教授：吸入麻醉藥長時間暴露導(dǎo)致發(fā)育腦神經(jīng)行為缺陷的機制是近年來的研究熱點。 Ruotian Jiang 研究團隊結(jié)合鈣離子成像技術(shù)、突觸形態(tài)三維重建技術(shù)以及小鼠遺傳學(xué)技術(shù)，證實新生小鼠接受長時間全身麻醉暴露會引起星形膠質(zhì)細胞功能障礙，進而導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和社交行為缺陷，并揭示了一種與肌動蛋白結(jié)合的膜結(jié)合蛋白——Ezrin 蛋白在這一過程中的關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷通過影響星形膠質(zhì)細胞Ca²⁺穩(wěn)態(tài)，下調(diào) Ezrin 蛋白表達，從而對星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)發(fā)生造成負性影響，并進一步導(dǎo)致小鼠社交行為缺陷。此項研究設(shè)計新穎，邏輯嚴密，詳細地研究了 Ezrin 蛋白在七氟烷暴露導(dǎo)致的星形膠質(zhì)細胞發(fā)育缺陷中的關(guān)鍵作用，為后續(xù)針對Ezrin蛋白研發(fā)相應(yīng)藥物，以預(yù)防吸入麻醉藥對星形膠質(zhì)細胞的毒性作用，提供了研究基礎(chǔ)。蔣教授團隊的發(fā)現(xiàn)是發(fā)育大腦麻醉毒性(Developmental Anesthesia Neurotoxicity)領(lǐng)域里很重要的發(fā)現(xiàn)之一。

本研究課題實驗設(shè)計過程中一直與臨床醫(yī)生反復(fù)討論并結(jié)合基礎(chǔ)實驗研究手段，是臨床與基礎(chǔ)研究相結(jié)合的一個典型例子。麻醉發(fā)育期毒性是麻醉學(xué)比較關(guān)注的一個科學(xué)問題，經(jīng)過討論后結(jié)合課題組的優(yōu)勢實驗手段開展研究。研究過程中我們通過合作取長補短，充分利用平臺、醫(yī)院及學(xué)校的資源，并且積極與外單位合作的機會。整個課題得到了國內(nèi)外幾個高校實驗室的大力支持。

麻醉學(xué)科在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域相對是小眾研究領(lǐng)域，作者們的初衷是希望該研究發(fā)表在有普遍影響力的綜合性期刊。經(jīng)過調(diào)研，我們選擇了PLoS Biology。選擇理由是因為該雜志在本領(lǐng)域前期有過一篇比較有影響力的論文，而且該雜志的研究內(nèi)容覆蓋整個生物學(xué)領(lǐng)域，具有很廣的讀者群和影響力。第一次文章返修回來后意見比較肯定，但也提出了很多的問題，經(jīng)過6個月的補實驗，文章再次修回后很快被接收。

本文編輯：張　洋

本文排版：陳紅梅　張洪雪