四川大學華西醫(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全麻藥物暴露將影響神經系統(tǒng)發(fā)育?；诖?，在2016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)反復多次麻醉暴露將影響兒童神經系統(tǒng)發(fā)育。然而，關于全身麻醉藥導致的神經發(fā)育異常的背后機制尚不明確。星形膠質細胞是哺乳動物腦內數量第二多的膠質細胞，參與調節(jié)突觸的形成、修剪和功能以及調節(jié)胞外神經遞質和離子穩(wěn)態(tài)等。然而，全身麻醉藥物是否影響發(fā)育期星形膠質細胞的結構和功能，進而導致神經環(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，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星形膠質細胞精細形態(tài)缺失。其后，用連續(xù)塊面掃描電鏡（SBF-SEM）對星形膠質細胞和突觸進行了3D重構，發(fā)現(xiàn)Sevo抑制了星形膠質細胞-神經元空間聯(lián)系的形成。研究還發(fā)現(xiàn)，Sevo導致小鼠感覺皮層內未成熟突觸密度增加，但AMPA受體介導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導致的星形膠質細胞形態(tài)缺失與神經元的發(fā)育異常是否存在因果關系？
為了回答這個問題，首先需要探究Sevo導致星形膠質細胞形態(tài)缺失的機制。由于星形膠質細胞的多種生理功能都受胞內鈣的調控，為此，研究人員進行了星形膠質細胞鈣成像，發(fā)現(xiàn)Sevo能夠抑制星形膠質細胞的鈣信號，包括自發(fā)鈣信號、激發(fā)鈣信號和基礎鈣水平。同時發(fā)現(xiàn)鈣下游與星形膠質細胞形態(tài)相關的蛋白Ezrin在發(fā)育期富集在星形膠質細胞精細分支內，而長時間Sevo暴露導致Ezrin表達下調。為了探究星形膠質細胞胞內Ca2+—Ezrin—形態(tài)之間的關系，研究人員通過螯合星形膠質細胞的胞內Ca2+，或利用AAV病毒介導的RNA干擾技術下調星形膠質細胞的Ezrin表達，二者均能模擬Sevo介導的星形膠質細胞形態(tài)缺失，闡明了Ezrin是調控星形膠質細胞形態(tài)發(fā)育的重要分子。最后，通過上調發(fā)育期小鼠腦皮質的Ezrin表達，不僅恢復了Sevo引起的星形膠質細胞和突觸發(fā)育異常，還糾正了Sevo介導的社交障礙。
該研究證實了星形膠質細胞是全身麻醉藥物介導發(fā)育期神經毒性的關鍵靶點，闡明了星形膠質細胞形態(tài)的完整性是調控突觸發(fā)育和神經行為的重要機制（圖1）。
圖1 研究機制圖
專家點評
謝仲淙教授：吸入麻醉藥長時間暴露導致發(fā)育腦神經行為缺陷的機制是近年來的研究熱點。 Ruotian Jiang 研究團隊結合鈣離子成像技術、突觸形態(tài)三維重建技術以及小鼠遺傳學技術，證實新生小鼠接受長時間全身麻醉暴露會引起星形膠質細胞功能障礙，進而導致神經元功能障礙和社交行為缺陷，并揭示了一種與肌動蛋白結合的膜結合蛋白——Ezrin 蛋白在這一過程中的關鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷通過影響星形膠質細胞Ca2+穩(wěn)態(tài)，下調 Ezrin 蛋白表達，從而對星形膠質細胞的形態(tài)發(fā)生造成負性影響，并進一步導致小鼠社交行為缺陷。此項研究設計新穎，邏輯嚴密，詳細地研究了 Ezrin 蛋白在七氟烷暴露導致的星形膠質細胞發(fā)育缺陷中的關鍵作用，為后續(xù)針對Ezrin蛋白研發(fā)相應藥物，以預防吸入麻醉藥對星形膠質細胞的毒性作用，提供了研究基礎。蔣教授團隊的發(fā)現(xiàn)是發(fā)育大腦麻醉毒性(Developmental Anesthesia Neurotoxicity)領域里很重要的發(fā)現(xiàn)之一。
謝仲淙，醫(yī)學博士，藥理學博士，哈佛大學榮譽碩士。哈佛大學麻醉學教授，哈佛大學Henry Knowles Beecher冠名麻醉學教授，哈佛醫(yī)學院附屬麻省總醫(yī)院老年麻醉研究室主任。
作者投稿心得
本研究課題實驗設計過程中一直與臨床醫(yī)生反復討論并結合基礎實驗研究手段，是臨床與基礎研究相結合的一個典型例子。麻醉發(fā)育期毒性是麻醉學比較關注的一個科學問題，經過討論后結合課題組的優(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外幾個高校實驗室的大力支持。
麻醉學科在神經科學領域相對是小眾研究領域，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。經過調研，我們選擇了PLoS Biology。選擇理由是因為該雜志在本領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容覆蓋整個生物學領域，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，經過6個月的補實驗，文章再次修回后很快被接收。
通信作者
蔣若天，博士，正高級研究員，碩士生導師。法國斯特拉斯堡大學/法國國家科研中心(UDS/CNRS)分子神經生物學博士，美國加州大學洛杉磯（UCLA）博士后。2016年以一層次引進人才方式全職回國在四川大學華西醫(yī)院轉化神經科學中心從事科研工作，四川省“千人計劃”高層次引進人才。主要研究領域：膠質細胞與鉀離子通道的神經生物學。重點關注神經環(huán)路發(fā)育以及疼痛、抑郁等疾病動物模型中的分子和細胞機制以及臨床轉化研究。主要手段包括膜片鉗電生理、基于遺傳編碼探針多光子成像、生物化學、AAV病毒介導的基因編輯、化學小分子探針、老鼠疾病模型等。以第一作者或通訊作者在Sci Transl Med (in press), PLOS Biology, PNAS, EMBO J, J Neurosci, J Biol Chem, Brit J Pharmacol等國際頂尖雜志上發(fā)表論文10余篇，并受邀為國際頂級雜志Trends in Biochemical Sciences和Chemical Reviews撰寫綜述文章。
共同第一作者
周斌，麻醉學博士，助理研究員。本科畢業(yè)于中南大學湘雅醫(yī)學院，于四川大學華西臨床醫(yī)學院獲得麻醉學碩士及博士學位，師從左云霞教授， 現(xiàn)進入四川大學華西醫(yī)院專職博士后崗位，以第一作者及共同第一作者發(fā)表SCI論文2篇。
共同第一作者
陳玲敏，麻醉學博士，助理研究員。2013年畢業(yè)于四川大學華西臨床醫(yī)學院，獲得臨床醫(yī)學學士學位；2019年畢業(yè)于四川大學華西臨床醫(yī)學院，獲得麻醉學博士學位，師從劉進教授，現(xiàn)進入醫(yī)院專職博士后崗位。以第一作者或共同第一作者發(fā)表SCI論文5篇。
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本文編輯：張 洋
本文排版：陳紅梅 張洪雪