七氟烷对发育期大脑产生不良影响的研究进展

林晓婉，刘贝贝 ，孙 立，马 丽，任 鹏 综述 郭文治 审校

七氟烷是全身麻醉中最常用的吸入麻醉剂之一，它的药理特点是血流动力学稳定，麻醉诱导迅速，作用时间短暂，苏醒迅速而完全，且对气道刺激小，具有独特的芳香气味，因而被广泛应用于产科及婴幼儿全身麻醉。胎儿在母体妊娠末期及婴幼儿出生后最初几年是人类大脑快速发育的关键时期，易受多种因素影响，如环境刺激、应激、药物等[1]。近年来研究表明，七氟烷对发育期大脑具有一定神经毒性，可能影响大脑后期发育及认知功能[2]。2016年，美国食品药品监督管理局(food and drug administration，FDA)提出警告：妊娠末3个月孕妇或3岁以下儿童在手术中重复或长时间(>3 h)使用包括七氟烷在内的全麻药和镇静药可能会影响胎儿及儿童的大脑发育[3]。2017年FDA发布通告正式将上述警告加入全麻药和镇静药的药品标签说明。这提醒广大医师及家长在孕妇及婴幼儿身上使用这些药物时应衡量利弊，选择最合适的手术时机，制定合适的手术方案[4]。但在多种情况下，全麻药及镇静药的使用难以避免，因此近年来众多基础和临床科研人员对此展开了大量研究。

1 七氟烷全身麻醉可能对发育期大脑产生不良影响

1.1 对神经损害作用的相关基础研究 在多项动物实验中，研究者发现新生小鼠暴露于一定浓度(>2%)的七氟烷一定时间(>2 h)，可造成小鼠青年期空间记忆能力损伤，对新环境适应能力下降，且该改变在一定范围内成浓度与时间依赖性[2, 5, 6]。在另一项基础研究中，接受七氟烷麻醉的小鼠表现出显著的记忆损害，且年龄越小，在随后的水迷宫测试中表现越明显。这也证明了小鼠在生命早期接受七氟烷暴露将导致成年期空间记忆损害，且重复暴露间隔时间越短，缺陷越明显[7]。同时，文献[6]发现七氟烷暴露将造成远期海马区功能缺陷，降低海马区突触后膜致密物质-95(postsynaptic density-95，PSD-95)表达。而Zhou等[8]发现出生后7 d小鼠接受2.3%七氟烷暴露6 h可检测到海马区神经元活化天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶(cysteine-containing aspartate-specific proteases-3，Caspase-3)表达增多而神经源性一氧化氮合酶(neuronal NOS，nNOS)表达降低，表明七氟烷可造成小鼠海马区神经组织病理性改变、凋亡及降低nNOS水平。

总之，七氟烷的神经毒性作用在多项基础实验中得到证实，其损伤小鼠空间记忆能力可能是其损伤海马区神经元，造成海马区神经元病理改变、凋亡等的结果，且在一定范围内成浓度和时间依赖性。

1.2 对神经损害作用的相关临床研究 基础研究关于七氟烷对大脑可能产生神经损害作用结论较为肯定，而临床研究仍有一定的不确定性，主要因为临床研究的混杂因素较多及其他局限性所致，如手术、疾病、患者自身状态、疼痛等均可能对临床结果产生影响。在Fan等[9]的一项研究中，93例接受七氟烷全麻的儿科患者根据麻醉时间被分为3组(<1 h、1～3 h、≥3 h)，对比该3组患儿术后认知功能改变，结果显示暴露时间≥3 h组术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction，POCD)的发生率显著高于其他两组，表明长时间的七氟烷暴露可促进小儿POCD的发生，七氟烷对发育期大脑具有一定不良影响。然而，最近正在进行的另外两项临床试验似有不同的结果。其中GAS试验(general anaesthesia compared to spinal anaesthesia trial，GAS)中期结果表明，没有证据显示与区域阻滞相比婴儿接受小于1 h的七氟烷麻醉会增加2岁时神经发育副作用的风险[10]，而PANDA试验(pediatric anesthesia and neurodevelopment assessment, PANDA)显示3岁前接受七氟烷麻醉的患儿在 8 岁和15 岁两个时间点，与其双胞胎兄弟/姐妹相比，无神经心理学表现差异[11]。这两项试验结果均在一定程度上表明短时间的早期七氟烷暴露具有一定的安全性。但考虑到受试者大多来自于拥有比普通人经济条件更好一些的家庭，从而拥有丰富的环境条件[12]，这在一定程度上影响了试验结果。鉴于临床试验的复杂性，更多的研究还有待继续。

2 七氟烷对发育期大脑神经损害作用的可能机制

七氟烷对发育期大脑神经损害作用的机制尚未十分明了，既往许多研究提示其可能同时通过几种机制发挥神经损害作用。

2.1 细胞凋亡 在七氟烷相关实验中，观察组织微观结构均可发现神经元凋亡[2, 5, 8, 13]，但造成神经元凋亡的相关机制各不相同，包括外源性细胞凋亡及内源性细胞凋亡[14, 15]等，提示细胞凋亡是七氟烷毒性的微观表现，而微观结构的病理性改变最终促进了个体行为学改变。有关七氟烷引起细胞凋亡的具体机制尚待进一步探究。

2.2 神经炎性反应 有研究发现，七氟烷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-6(interleukin-6，IL-6)、白细胞介素-8(interleukin-8，IL-8)的表达水平上升[16]，这说明七氟烷的神经毒性作用与其激活神经炎性反应有关。而胶质细胞在中枢神经系统炎性反应中具有重要作用，有研究表明七氟烷可激活小胶质细胞NF-κB信号通路进而提高炎性反应因子如IL-6、TNF-α等的表达水平[17, 18]。另外，七氟烷还可通过JAK/STAT信号通路抑制新生小鼠海马区星形胶质细胞谷氨酸天冬氨酸转运体和胶原纤维素酸性蛋白的表达[19]，因而胶质细胞功能失调及相关神经炎性反应可能在七氟烷的神经损害作用中发挥重要作用。

2.3 Tau蛋白磷酸化 Hu等[20]发现，出生后7 d小鼠接受3%七氟烷麻醉6 h，其海马神经元微管结构蛋白排列紊乱，麻醉后1 d及7 d组，其tau蛋白mRNA表达水平显著高于对照组，同时Ser404及Ser396位点磷酸化的tau蛋白水平也显著升高。不难推理，tau蛋白磷酸化与七氟烷所致神经毒性具有一定相关性。Tao等[21]的研究不仅证实了七氟烷可提高海马神经元tau蛋白磷酸化水平，同时还可激活糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)，提高IL-6水平，降低PSD-95水平，而在tau基因敲除小鼠中未观察到上述改变，提示tau蛋白磷酸化在七氟烷的神经毒性中具有重要作用。

2.4 与七氟烷相关的信号通路 七氟烷的神经毒性作用涉及多种信号通路：(1)下调过氧化物酶增生物激活受体-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)表达从而促进炎性反应及氧化应激相关蛋白表达，进而促进七氟烷诱导神经元凋亡[22]；(2)通过PI3K/Akt信号途径导致海马区神经元凋亡[23]；(3)氧化应激反应引起ERK磷酸化受抑制等[24]。

2.5 其他 既往研究证实，七氟烷具有激动γ-氨基丁酸A受体(γ-Aminobutyric acid，GABA)和抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA)的特性，而当大脑处于快速发育期时GABA受体是兴奋性的，此时应用七氟烷引起神经元凋亡显著，可能与其作用于GABA和NMDA受体影响神经兴奋性相关。Wang等[25]研究了特殊位置和含特殊亚单位的NMDA受体在七氟烷所致神经毒性中的作用，发现突触内含NR2A亚单位的NMDA受体活化以及突触外含NR2B亚单位的NMDA受体抑制均可缓解七氟烷的神经毒性作用。以上均表明特殊受体在七氟烷神经损害作用中具有一定作用，但其机制尚待进一步探究。

3 可能的预防和保护措施及其潜在作用机制

3.1 合适的氧浓度 在一项研究中，生后7 d小鼠分别接受2、4、6 h的七氟烷麻醉，同时分别以21%和30%氧气为载体气体。结果发现，无论是否具有额外的氧气供给，新生小鼠接受长时间的七氟烷麻醉暴露都会导致神经凋亡和远期认知功能障碍。但通入30%氧气可以相对缓解神经凋亡且改善远期认知功能障碍[26]，这可能与适当的氧浓度能改善组织氧供、促进神经元代谢、保持细胞活力有关。

3.2 环境富集 后天丰富的环境刺激可缓解七氟烷所致神经毒性以及学习记忆能力受损[12]，相反，社会疏离和富集剥夺可加重神经行为学损伤[27]。这可能与大脑神经发育的特性有关，丰富的环境刺激可促进大脑神经发育，进而弥补发育期七氟烷暴露所致的神经元损害，这同时也提醒我们后天学习的重要性。

3.3 相关药物对七氟烷神经损害作用的影响 右美托咪啶作为一种新型镇静药，可引起患者类似生理性及可唤醒的睡眠，且具有一定镇痛作用，常于全麻时做辅助药物，具有一定的麻醉保护作用。然而Lee等[28]研究发现，右美托咪啶并不能直接减轻七氟烷诱导神经损伤，鉴于它能提供一定的麻醉深度和镇痛效果，其表现出的神经保护作用可能是由于“节约麻醉药”效应，而不是损伤保护效应。

另有研究表明，α硫辛酸[23]、N-花生四烯酸乙醇胺类似物N-硬脂酰-L-酪氨酸[29]可以缓解七氟烷所致神经细胞凋亡及认知功能障碍。而促红细胞生成素可通过EPOR-ERK1/2-NRF2/BACHL信号通路对七氟烷所致原代小鼠皮层神经元凋亡起保护作用[30]。

综上所述，七氟烷作为临床最常用的吸入麻醉剂之一，其表现出的发育期神经毒性日渐受到关注。近年来展开的研究提示七氟烷对发育期大脑具有神经毒性作用，可引起海马区神经元凋亡等病理改变，进而引起远期空间记忆能力受损，而七氟烷对成年小鼠神经毒性作用不显著。另外相关临床试验在一定程度上证实了七氟烷的安全性，这使得家长们不必过于担忧。而七氟烷神经毒性涉及多种机制，包括多种通路、受体、细胞凋亡等，但确切的机制尚未十分明了。尽管基础研究证实了七氟烷对发育期大脑具有神经毒性作用，但是在某些情况下，尤其是面临生命威胁时，手术与麻醉不可避免，因此寻求防治七氟烷造成的神经毒性损伤的药物及措施具有重大意义，相关研究初现成果，但还需进一步探索。