七氟烷对离子通道作用的研究进展

耿鹤，陈芳

1 中国医科大学，沈阳110001；2深圳市儿童医院

七氟烷是临床上广泛应用的一种吸入性麻醉药物，吸收快，消除快，苏醒时间短［1］，具有良好的脑保护和心肌保护［2-3］作用。自七氟烷问世以来，其作用机制一直是麻醉学科的研究重点。学者们发现，七氟烷能够使大鼠海马、豚鼠丘脑和人大脑皮层的神经元发生超极化，认为七氟烷可能作用于中枢神经系统中的某种或某些特定的离子通道，后来在1999年的一项研究中得到证实［4-6］。目前多数学者认为七氟烷的作用机制主要是调节神经细胞膜上的离子通道，从而抑制或激活神经功能，产生不同的生理作用。这些特殊的离子通道主要包括双孔钾离子通道、电压门控钾离子通道、电压门控钠离子通道、钙离子通道、氨基丁酸（GABA）受体通道等［7-8］。此外，七氟烷也可作用于外周神经系统表达的痛觉性和热敏性的瞬时受体电位离子通道［9］，但相关研究极少。现就七氟烷对离子通道的作用研究进展进行综述。

1 七氟烷对钾离子通道的作用

1.1 双孔钾离子通道

1.1.1 作用性质 双孔钾离子通道主要分布于大脑，能被细胞外氢离子、缺氧、机械牵张、多聚不饱和脂肪酸及一些挥发性麻醉药激活，可稳定静息膜负电位，平衡去极化［10-14］。该通道具有独特的双聚体结构，由两个亚单位组成。人双孔钾离子通道根据氨基酸序列的不同大致可分为6 个亚族，分别为TALK、TWIK、THIK、TASK、TREK 和TRESK。研究表明，七氟烷主要作用靶点为双孔钾离子通道中的TASK、TREK 两种亚家族。两种亚家族在七氟烷的作用下均呈现激活状态，有研究显示，缺乏TASK-1亚族通道表达的小鼠在使用七氟烷诱导时出现抵抗力，初步推测TASK-1离子通道可能是七氟烷发挥作用的靶点之一；还有实验表明，七氟烷及其异构体异氟烷可以激活人类TASK-1 通道［15］。七氟烷激活双孔钾离子通道后主要产生两种作用。其一为麻醉效应，七氟烷在增加TASK-3活性的同时会破坏细胞中一种活性G-α（Q）蛋白，这种活性G 蛋白是中枢神经系统唤醒和意识产生的决定因素［16］，这可能是七氟烷产生临床麻醉效应的理论机制之一。其二表现为脑保护作用，七氟烷作用于双孔钾离子通道后会引起细胞的超极化，同时介导一种内皮依赖性血管舒张剂，进而增加脑血流量，降低脑氧耗［17］。这使得七氟烷应用于脑缺血再灌注损伤可发挥良好的脑保护作用［18］。同时，一些双孔钾离子通道表达即与脑氧合相关，如TREK 双孔钾离子通道亚族。当脑发生缺氧时，脑中星形胶质细胞上的TREK 离子通道出现先上升后逐渐下降的动态表达变化［11］。因此，当七氟烷激活TREK 双孔钾离子通道亚族时可能会使脑氧储备发生变化，进而影响脑功能。袁建清等［12］的研究发现，经过七氟烷预处理后，TREK 基因敲除的小鼠脑梗死面积、神经功能缺损程度均高于TREK 基因健全的小鼠。有学者也发现，七氟烷可增加脑氧的可用性，保证脑血流量和氧供［19］。七氟烷对双孔钾离子通道的激活作用呈剂量依赖性［20］。但也有研究显示七氟烷会产生发育神经毒性，引起认知功能障碍［21］，这种发育神经毒性主要与脑本身所处的发育时期及七氟烷对钙离子通道、GABA 受体通道的作用有关。

1.1.2 作用方式 七氟烷对双孔钾离子通道的激活作用主要与双孔钾离子通道的特殊结构及其分子中的特定氨基酸相关［22］。双孔钾离子通道的双孔道结构为七氟烷提供了特定氨基酸结合位点。七氟烷除了直接作用于双孔通道或特定氨基酸，还可通过破坏细胞中的G-α（Q）蛋白起到麻醉作用。

1.2 电压门控钾离子通道

1.2.1 作用性质 与双孔钾离子通道相同，七氟烷对电压门控钾离子通道同样呈现激活作用。电压门控钾离子通道的开放与关闭主要由膜电位变化来调节。该通道共包括12 个亚族（Kv1-12）。七氟烷是Kv1.x 家族的正向激活剂，而且这一家族仅会被一定浓度的七氟烷激活，其他吸入性麻醉剂在相关浓度下对通道无明显影响［23］。有研究显示，七氟烷对电压门控钾离子通道的激活作用具有剂量依赖性，当七氟烷的浓度为0.05～1 mmol/L 时，可以快速并可逆激活Kv3 通道电流，当浓度超过1 mmol/L 后通道激活电流曲线明显减缓，同样的情况也出现在Kv1.2 和Kv1.5 通道上［24］。这可能与离子通道作用靶点的饱和性有关。同时，七氟烷对Kv1.5 通道具有双向作用，这种双向作用与膜本身所处的电位相关。在膜电位轻度去极化时，七氟烷可以使Kv1.5通道电流增强；而在膜电位处于强去极化时，七氟烷则对Kv1.5 离子通道产生抑制作用，使通道电流减小［8］。

1.2.2 作用方式 七氟烷对电压门控钾离子通道的激活与离子通道的分子结构密切相关。有一种观点认为七氟烷对电压门控钾离子通道的作用方式主要是通过离子通道分子结构中的S4-S5 接头实现。BU等［25］的研究说明了S4-S5接头在吸入性麻醉调节机制中的重要意义。当然，七氟烷的整体作用效果并非单纯依靠某种或某个特殊的分子结构。LIANG等［26］指出，七氟烷对电压门控钾离子通道的正向激活作用是分步进行的，涉及到与通道门控密切相关的分子区域内的多个位点，这些位点共同作用使七氟烷产生最终的麻醉效应。另一种观点则认为，七氟烷对电压门控钾离子通道的正向激活作用得益于电压门控钾离子通道的特定氨基酸，如前文所述的七氟烷对Kv1.5 的双重调节，即是七氟烷作用于分子中特定的氨基酸所致。然而，目前还没有进一步的研究表明具有同种氨基酸的其他离子通道是否也能成为七氟烷的作用靶点。

2 七氟烷对钠离子通道的作用

2.1 作用性质 与钾离子通道相反，多数研究显示，七氟烷对钠离子通道呈现抑制作用。电压门控钠离子通道由特殊的蛋白质构成，这种蛋白质主要由细胞产生，镶嵌在细胞膜上，中间形成的孔隙可供水溶性物质自由进出，其开放和关闭同样受膜电位的影响，与动作电位的产生密切相关。七氟烷作用于钠离子通道主要表现为抑制作用，这可能与钠离子通道和钾离子通道在动作电位上所起的作用和出现的时相不同有关。七氟烷对钠离子通道的抑制作用与麻醉效应无关，但所引起的具体生理作用还不得而知。这种抑制作用呈剂量依赖性，0.5 mmol/L的七氟烷对钠通道的抑制效果并不明显，当七氟烷浓度达到1.0 mmol/L 时其对多种钠通道（Nav1.8、Nav1.4、Nav1.7）显示出明显的抑制作用［27］。

2.2 作用方式 七氟烷对钠离子通道的作用方式与钠离子通道本身的结构密不可分。一种观点认为，七氟烷对钠离子通道的抑制作用是通过PKC 途径实现的，如一项关于爪蟾卵母细胞的研究发现，七氟烷可以通过PKC 途径抑制钠离子通道的开放，进而抑制神经电活动的传导［27］。另一种观点则认为七氟烷对钠离子通道的作用与钠离子通道分子本身的多个结合位点有关。有学者［28］指出，七氟烷对钠离子通道分子中不同的结合位点呈现出不同的亲和力，这些位点同时作用使得七氟烷对钠离子通道产生最终的负向调节。七氟烷对钠离子通道的作用方式可能涉及到多种途径和机制，有待进一步研究。

3 七氟烷对钙离子通道的作用

3.1 电压门控钙离子通道

3.1.1 作用性质 七氟烷对电压门控钙离子通道总体上呈抑制作用。电压门控钙离子通道是一种跨膜蛋白复合体，由多种亚基构成，在神经元兴奋中起主要作用，对正常脑的发育至关重要［29］。目前关于七氟烷作用于电压门控钙离子通道的研究甚少。LIU 等［30］研究表明，七氟烷对电压门控钙离子通道表现为抑制作用，这种抑制作用可能与七氟烷早期暴露引起的脑发育损伤有关。前文曾提及七氟烷的发育神经毒性，这种神经毒性与七氟烷作用于钙离子通道有关。通常情况下，钙离子通道的开放会使钙离子内流，激活钙离子依赖性神经递质释放到突触间隙，引起神经动作电位传导；而七氟烷作用下，电压门控钙离子通道被很大程度抑制，神经传导亦随之减弱。有研究显示，3%浓度的七氟烷抑制作用要明显大于2.1%的七氟烷［30］。

3.1.2 作用方式 目前尚无七氟烷对电压门控钙离子通道作用方式的相关研究。依据七氟烷对钾离子通道及钠离子通道的有关作用方式，可以推测，七氟烷对钙离子通道的抑制作用很大可能与分子结构的亚基或特殊氨基酸有关，这一观点有待进一步证实。

3.2 L型钙离子通道

3.2.1 作用性质 L 型钙离子通道主要分布在肌浆网。七氟烷作用于L型钙离子通道主要表现为抑制作用［31］，这种抑制作用呈现出两种生理效应，其一是与电压门控钙离子通道相仿的脑发育受损［31］，其二是心肌保护［32］。L 型钙离子通道作用性质与电压门控钙离子通道不全相同，可能是由于L 型钙离子通道大多分布于心房、心室，并主要出现在心肌动作电位的第Ⅱ时相有关。亦有研究表明，使用拮抗剂阻断L 型钙通道时，会降低神经元胞体自发钙震荡的幅度与频率［33］。神经元生长和突触形成过程中的一个重要生理反应为自动钙震荡，钙震荡的振幅和频率与神经元生长发育呈负相关。借此角度分析，七氟烷作为可以抑制L 型钙离子通道的药物，可能也具有促进神经元生长发育、相关突触形成的功能，然而目前并无相关研究证实。

3.2.2 作用方式 目前关于七氟烷对L 型钙离子通道的作用方式尚不得知，初步推测可能与L 型钙离子通道独特的分子结构相关。多数学者认为α1亚基是决定L 型钙离子主要性质的部分，故以此推测七氟烷可能是通过α1 亚基起到抑制L 型钙离子通道电流的作用。

3.3 钙离子依赖性通道 七氟烷对钙离子依赖性通道的作用与七氟烷本身的麻醉效应无关，与脑损害、心肌保护也不相关，而与抑制胶质瘤细胞增殖、转移相关。研究表明，七氟烷可以调节钙离子依赖性的CAMKII/JNK 通道，从而降低胶质瘤细胞中与增殖、侵袭相关的蛋白的表达水平，抑制胶质瘤细胞的增殖和侵袭［34］。该结论为颅内肿瘤的药物治疗提供了新的作用靶点。

4 七氟烷对GABA受体通道的作用

研究表明，七氟烷对GABA 受体通道主要起到激活作用，进而抑制中枢神经系统传导，起到相应的生理效应。GABA 受体主要由5 种蛋白质亚单位组成，共有19 种基因型，表达最多的为α、β、γ 亚型。与上述几种离子通道不同，GABA 受体通道是一种配体门控型通道，主要介导氯离子电流，对不同发育时期的脑组织起完全相反的作用，如兴奋未成熟脑组织、抑制成年脑组织［35］。七氟烷激活GABA 受体通道后主要产生两种生理效应。一是引起发育时期脑损伤，造成认知功能障碍。这一作用可能是通过激活α-GABA 受体通道实现的。七氟烷作用于α-GABA 受体通道，使其功能增强，神经元氯离子外流，细胞过度除极化［36］，进而抑制神经元生长及相关突触形成，这可能是七氟烷引起新生儿脑发育损害、认识功能减退的主要原因之一。相关动物模型的研究也证实了这一观点。NOZOMI 等［37］研究发现，七氟烷可以激活纹状体神经网络中的GABA 通道电流，引起小鼠脑发育迟缓。这与XIE 等［38］的研究结果一致。二是七氟烷的镇静麻醉作用及术后躁动的产生可能与GABA 受体通道的激活相关，除α-GA⁃BA 受体通道外，七氟烷对γ-GABA 受体通道同样呈现激活作用。γ-GABA 受体被激活后，突触内大量γ-GABA 蓄积，对中枢神经系统起到强力抑制作用［39］，使患者进入麻醉状态。而在麻醉药物停用后，中枢神经系统中大量蓄积的γ-GABA 短时间内被清除，使中枢神经系统产生快速敏感化，这可能是七氟烷引起术后躁动的原因。

综上所述，七氟烷是临床应用较为广泛的吸入性麻醉药物之一，其具有良好的脑保护、心肌保护作用，常用于产科和儿科麻醉，尤其可以应用于新生儿和婴儿手术。了解吸入性麻醉药物七氟烷的作用机制对于指导临床麻醉药物应用具有重要意义。目前多数观点认为七氟烷主要作用于神经细胞膜上的各种离子通道，借由离子通道作用抑制动作电位传导或神经递质释放，起到不同的生理效应。七氟烷的镇静麻醉作用主要通过对钾离子通道及GABA 受体通道的激活实现。七氟烷对钠离子通道和钙离子通道的作用虽然与麻醉效应无关，但也不容忽视。目前关于七氟烷对离子通道的作用机制尚无统一结论。多数观点认为，七氟烷对离子通道的作用与通道本身的结构及通道分子中特定的氨基酸相关。七氟烷对离子通道的整体作用过程十分复杂，可能涉及到通道分子中多个结合位点。对于七氟烷作用机制的进一步研究不仅可以指导麻醉应用，还可以为多种疾病的药物靶向治疗提供全新的方向。