γ-氨基丁酸A受体对丙泊酚、依托咪酯麻醉的介导作用

范 坤 ，张 敏 ，侯一平 ，2*

1.兰州大学基础医学院人体解剖与组织胚胎研究所，甘肃兰州 730000；2.兰州大学基础医学院神经科学研究所，甘肃兰州 730000

γ-氨基丁酸（gamma-amino butyric acid，GABA）是广泛存在于中枢神经系统内的抑制性神经递质，GABA通过其受体（GABA receptors）发挥作用。GABA受体是一种五聚体膜蛋白，中枢神经系统中主要分为三种类型GABAA、GABAB和GABAC受体[1]。 其中，GABAA受体，又分为 18 种亚型 α1～6、β1～4、δ、γ1～4、ρ1～3、ε。 GABAA受体属于半胱氨酸环配体门控通道超家族，兴奋后神经细胞膜对氯离子通透性增加，膜外高浓度的氯离子顺浓度差进入细胞内，细胞膜电位产生超极化，神经元的兴奋性降低[2]。

丙泊酚、依托咪酯是临床常用的两种静脉全身麻醉药，它们直接或间接兴奋中枢神经系统中的敏感靶蛋白发挥麻醉作用，这种靶蛋白就是GABAA受体，但是它们对GABAA受体兴奋位点不同，因而发挥着不同的麻醉作用。虽然丙泊酚、依托咪酯具体作用机制尚不清楚，但GABAA受体被认为是重要靶点[3]。

1 GABAA受体对丙泊酚的介导作用

1.1 丙泊酚

丙泊酚由于其速效、短效、不良反应少的优点，成为目前临床应用最广泛的静脉麻醉药。许多证据表明丙泊酚的麻醉作用与GABAA受体有关。使用膜片钳技术观察大鼠海马锥形神经元，丙泊酚可以增大GABA诱发的的内向电流，并使GABA的浓度-反应曲线左移，说明丙泊酚可以增强中枢神经系统中GABAA受体的抑制性调节反应[4]。分离大鼠迷走神经，发现丙泊酚呈剂量依赖性加强GABA的反应，使GABA的浓度-反应曲线左移，对培养大鼠海马神经元丙泊酚能加强GABA引发的电流。说明丙泊酚可能增强了GABA与GABAA受体的作用。使用电流钳技术，发现丙泊酚对小鼠丘脑皮层的抑制可以被GABAA受体拮抗剂或者氯离子通道阻断剂所拮抗，丙泊酚还能增加GABAA受体抑制突出后电流传递的时间[5]。表明GABAA受体是丙泊酚的重要作用位点。

1.2 GABAA受体拮抗剂

大鼠静脉注射非竞争性GABAA受体拮抗剂picrotoxin，可增加丙泊酚引起的对有害刺激不发生反应50%有效剂量（ED50），竞争性GABAA受体拮抗剂gabazine也可起到相同的作用。小鼠腹腔注射GABAA受体激动剂musimol，GABAA受体拮抗剂bicuculline观察反正反射，发现musimol联合丙泊酚要比单独注射丙泊酚反正反射数目减少，bicuculline则起相反的作用。表明丙泊酚是通过GABAA受体间接产生麻醉作用。剥离大鼠大脑皮层，测量内源性谷氨酸释放，发现丙泊酚能通过GABAA受体抑制谷氨酸分泌，且这种作用可被bicuculline所抑制[6]。对大鼠腹腔注射丙泊酚，发现反正反射的消失呈剂量依赖性，丙泊酚联合GABAA受体激动剂gabazine比丙泊酚单独给药ED50明显减小，与生理盐水组相比，丙泊酚组睡眠关键部位-腹外侧视前区c-fos表达明显增加而觉醒的关键部位蓝斑核、结节乳头体核等c-fos表达明显减少。提示丙泊酚不但可以增强GABA与GABAA受体的作用，还可以通过GABAA受体抑制促觉醒神经元发挥麻醉作用。

1.3 丙泊酚对GABAA受体的作用途径

不同浓度的丙泊酚对GABAA受体的作用途径不同。Orser等[7]认为低浓度（2～100 μm）的丙泊酚能增强 GABA 诱发的全细胞电流，中间浓度（100～2 000 μm）的丙泊酚能直接激活 GABAA受体，而高浓度（＞2 000 μm）丙泊酚对 GABAA受体产生非竞争性抑制作用。对大鼠皮层细胞做细胞电生理记录，发现在没有GABA存在的情况下，丙泊酚可以直接激活细胞膜GABAA受体氯离子通道[8]。提示丙泊酚对GABAA受体的作用可以通过不同的途径实现。

目前对丙泊酚在GABAA受体各亚基的作用位点尚不明确，大多数的研究表明，丙泊酚主要作用于GABAA受体β亚单位。β亚单位的TM2和TM3氨基酸序列的改变可影响丙泊酚的麻醉作用，α亚单位是GABAA受体复合物中不可缺少的部分，对丙泊酚麻醉作用无直接影响，但是可影响丙泊酚对GABA的调节效能。把GABAA受体β2亚单位置换为苯基丙氨酸，发现丙泊酚激活受体的量效曲线右移。使用基因打靶技术把大鼠GABAA受体β3亚单位氨基酸点突变，发现丙泊酚对机体有害刺激反应的抑制消失。近期Jonsson等[2]将GABAA受体β2、β3亚基氨基酸的289和290位点突变，发现丙泊酚对GABAA受体的作用降低。提示β2、β3是丙泊酚作用的关键部位。

2 GABAA受体对依托咪酯的介导作用

2.1 依托咪酯

依托咪酯为咪唑类衍生物，对循环、呼吸系统影响较轻，是临床上一种重要的静脉麻醉药。但是依托咪酯可以增加癫痫患者癫痫波的发生限制了其使用。依托咪酯主要通过调节GABAA受体氯离子通道产生麻醉作用，对其他配体门控通道无作用，它能够增强GABAA受体的效能以及与配体结合的能力，间接抑制中枢兴奋性递质的传递[9]。在大脑皮层，依托咪酯能够明显增加GABA和muscimol与GABAA受体结合能力和结合位点的数目。依托咪酯还能够增强苯二氮卓类药物与其受体的结合能力而增加药物的效能，并且这种作用呈剂量依赖性，可以被bicuculline拮抗[9]。

2.2 依托咪酯与其在GABAA受体作用位点的关系

GABAA受体β3亚单位氨基酸残基被认为是依托咪酯重要作用位点。实验表明依托咪酯作用于GABAA受体β3亚单位TM2跨膜区Asp265氨基酸，而丙泊酚、巴比妥盐等麻醉药对此位点无作用[10-11]。然而应用依托咪酯的衍生物却得出不同的结论，活体实验表明依托咪酯与其衍生物R（+）azietomidate具有相同的麻醉效能，离体实验也表明两者同样都具有增强GABAA受体效能的能力，与依托咪酯相比，产生同样效能时，R（+）azietomidate 与 s（-）azietomidate 剂量比约为 1∶10。azietomidate存在有 2个稳定的残基，α1Met-236和β3Met-286。提示依托咪酯的作用位点不仅仅是在β3亚单位氨基酸残基。GABAA受体α亚单位和β亚单位azietomidate作用位点Met236氨基酸M286氨基酸突变蛙，作细胞电生理记录发现，与对照组相比，依托咪酯组GABAA受体离子通道开启功能增强，说明依托咪酯对GABAA受体的调节作用降低。药理学标记证明依托咪酯对β和α亚单位之间的蛋氨酸位点的亲和力远远大于对β亚单位位点的亲和力[12]。

应用电压钳技术发现，依托咪酯能够增加GABAA受体氯离子内流，引起细胞膜的超极化，降低神经元兴奋性信号的传递[13]。前期研究认为依托咪酯和巴比妥类药物不同，其在GABA不存在的情况下不能直接激活GABAA受体。但是对大鼠脊髓神经元做电生理记录显示，低浓度（10 μm）依托咪酯能增强GABA与GABAA受体结合能力，中间浓度（10～1 000 μm）能直接激活 GABAA受体，高浓度（＞1 000 μm）能抑制GABA与GABAA受体结合能力，同时发现依托咪酯能延长GABA作用突触后受体的时间。在大鼠海马神经元，不同剂量的依托咪酯对GABAA受体作用方式也不同[14]。

另有一些研究显示，依托咪酯的作用位点还位于其他亚基。应用基因敲除小鼠研究依托咪酯的药理作用，结果显示β2亚单位敲除小鼠依托咪酯的镇静作用消失，而麻醉作用与未敲除小鼠相同，说明β2亚单位和依托咪酯的镇静作用有关，而β3亚单位和麻醉作用有关[15]。

应用GABAA受体β3亚单位敲除小鼠研究β3亚单位对心血管、呼吸、体温、镇静作用的影响，血气分析发现，依托咪酯对β3亚单位敲除小鼠呼吸系统的影响消失，但是对血液系统、体温和镇静作用仍然存在，说明GABAA受体与依托咪酯的呼吸抑制有关，而与循环抑制、低温、镇静作用无关[16]。

海马椎体神经元GABAA受体α5亚单位敲除小鼠，依托咪酯的麻醉作用降低，而镇静作用仍然存在。在未敲除小鼠，依托咪酯能够通过GABAA受体增加抑制性信号的传导，降低兴奋性信号的传导。在α5亚单位敲除小鼠这种作用消失，而依托咪酯的镇静作用仍然存在[17]。

其他研究者发现 α4β3和 α4β3δ 也是依托咪酯重要作用位点。对人胚胎肾细胞（HEK）转染和电生理记录，发现α4β3和 α4β3δ 位点仅有较弱的 GABA 效应，但是增加 α4/6β3δ 和α4β3位点的GABA效应后可能会增强依托咪酯的麻醉作用[18]。

3 小结

综上所述，丙泊酚、依托咪酯的麻醉作用和GABAA受体密切相关。小剂量的丙泊酚和依托咪酯可以增强GABA与GABAA受体的亲和力，中剂量直接兴奋GABAA受体。α和β亚单位被认为是这两种麻醉药的作用位点，但是精确靶点尚不明确。随着神经电生理、分子生物学以及细胞培养等技术的不断完善，丙泊酚和依托咪酯的麻醉作用机制会逐步清晰。

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