許奎斌 趙洪偉

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院麻醉科，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心300060

0 引 言

麻醉劑能夠影響大腦的發(fā)育過程，包括神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)元遷移和分化、動(dòng)作電位的產(chǎn)生和增殖、突觸形成和膠質(zhì)形成[1]。麻醉劑這種神經(jīng)毒性的機(jī)制主要涉及神經(jīng)元和非神經(jīng)元的凋亡，可通過直接的細(xì)胞毒性作用改變細(xì)胞器的完整性，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體，從而影響功能三磷酸腺苷的合成[2]。此外，麻醉劑可引起血腦屏障和腦血管的改變，并可改變某些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，從而可能導(dǎo)致發(fā)育中的大腦出現(xiàn)長(zhǎng)期的神經(jīng)認(rèn)知功能障礙[3-4]。然而，麻醉劑引起神經(jīng)毒性的作用機(jī)制以及神經(jīng)細(xì)胞凋亡和隨后認(rèn)知功能下降之間的聯(lián)系仍不清楚，需進(jìn)一步研究。

MiRNAs是小的單鏈非編碼RNA，與靶信使RNA（mRNA）結(jié)合導(dǎo)致基因表達(dá)改變[5]。研究結(jié)果表明，miRNAs在各種人類疾?。ㄈ绨┌Y和神經(jīng)退行性疾病）中失調(diào)[6-9]。在大腦中，miRNAs高度表達(dá)，并通過調(diào)節(jié)mRNA表達(dá)水平而控制細(xì)胞內(nèi)的各種生理功能，從而調(diào)節(jié)許多神經(jīng)發(fā)生過程[10-12]。MiRNAs已被證明可直接調(diào)節(jié)軸突和樹突的生長(zhǎng)、突觸生成、神經(jīng)生成和神經(jīng)元凋亡，且miRNAs的表達(dá)對(duì)發(fā)育和成熟的神經(jīng)元都至關(guān)重要。當(dāng)受到環(huán)境刺激時(shí)，miRNAs的表達(dá)會(huì)改變[13]。因此，它們的調(diào)節(jié)功能可能受到類固醇、阿片類藥物、酒精和麻醉劑等刺激物的影響[12]。研究結(jié)果表明，麻醉劑可誘導(dǎo)miRNA的差異表達(dá)，不同麻醉劑表現(xiàn)出不同的作用[14]。

1 MiRNAs在麻醉劑誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中的作用

1.1 七氟醚

新生小鼠暴露于七氟醚可誘導(dǎo)腫瘤抑制因子miRNA-27a-3p上調(diào)。該miRNA被證明可靶向并抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）基因，從而導(dǎo)致七氟醚誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性,導(dǎo)致學(xué)習(xí)赤字和異常社會(huì)行為[15]。小鼠早期暴露于七氟醚會(huì)導(dǎo)致海馬區(qū) miRN As（mi R-15a、miR-20b、miR-382、miR-532、miR-129-3p 和 miR99a） 和全腦 miRN As（m iR-19a、miR-29a和miR-145）的長(zhǎng)期變化[13]。七氟醚的暴露還導(dǎo)致成年小鼠miRNA-98表達(dá)上調(diào)，對(duì)認(rèn)知障礙具有神經(jīng)保護(hù)作用的胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（i nsulinlikegrowth factors-1，IGF-1）表達(dá)下調(diào)[16]。研究結(jié)果表明，七氟醚通過miRNA調(diào)控的多種機(jī)制誘導(dǎo)大鼠海馬組織的神經(jīng)細(xì)胞凋亡。另有研究結(jié)果表現(xiàn)，七氟醚可顯著提高miRNA-188-3p表達(dá)，負(fù)調(diào)控MDM2原癌基因表達(dá)[17]。此外，七氟醚通過刺激PI3K/Akt信號(hào)通路導(dǎo)致miRNA-665表達(dá)下調(diào)，上調(diào)胰島素樣生長(zhǎng)因子-2（IGF-2），增加Bax/Bcl-2比值，降低Beclin 1、PSD95和pCREB的表達(dá)；七氟醚通過海馬線粒體途徑導(dǎo)致miRNA-34c的下調(diào)[15]。此外，通過使用無麻醉劑的miR-96模擬物，將七氟醚暴露于受損學(xué)習(xí)同記憶性能后miRNA-96水平的升高相聯(lián)系，結(jié)果表明miRNA可能通過下調(diào)IGF-1受體參與七氟醚誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性[18]。然而，miR-665對(duì)七氟醚誘導(dǎo)的毒性和認(rèn)知功能障礙也有神經(jīng)保護(hù)作用，其是通過ILGF-2靶向PI3/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)的[19]。其他幾種miRNAs亦參與了神經(jīng)保護(hù)機(jī)制，上調(diào)miR-26a和下調(diào)miRNA-33-5p、miRNA-137-3p及miRNA-210已被證明可保護(hù)小鼠背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡[20-23]。如上調(diào)miRNA-26a可通過抑制PTEN促進(jìn)神經(jīng)突生長(zhǎng)和改善細(xì)胞凋亡；miRNA-137-3p的下調(diào)通過反向調(diào)節(jié)其下游靶點(diǎn)LSD1發(fā)揮作用；miRNA-33-5p的下調(diào)則通過調(diào)控其靶基因膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（gli al cell derived neruotrophie factor,GDNF）發(fā)揮作用。

1.2 異丙酚

異丙酚是一種比較常用的麻醉劑，通過miRNAs調(diào)控介導(dǎo)其毒性作用。暴露于異丙酚的小鼠或大鼠已被證明存在學(xué)習(xí)缺陷，在某些情況下還會(huì)出現(xiàn)異常行為，此效應(yīng)與miRNA-183的上調(diào)和NR4A2表達(dá)的抑制有關(guān)。MiRNA-183在麻醉后通過降低Sox2的表達(dá)水平與神經(jīng)干細(xì)胞 (neural stemcell,NSCs)的負(fù)調(diào)控相關(guān)。其通過激活永生化細(xì)胞（hESCs）中的PUMA途徑上調(diào)miRNA-206的表達(dá)[24]，且進(jìn)一步誘導(dǎo)miRNA-665的上調(diào)、caspase 3的裂解及Bcl2l1的抑制[25-27]。此外，異丙酚還可下調(diào)大鼠海馬miRNA-132的表達(dá)，導(dǎo)致大鼠的學(xué)習(xí)和記憶障礙[24]。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，七氟醚和異丙酚對(duì)大鼠海馬區(qū)14個(gè)miRNA的表達(dá)譜有不同的影響。七氟醚降低了12種miRNAs的表達(dá)，增加了miR-423-3p、miR-24-2、miR-664和miR-9的表達(dá)；而異丙酚顯著降低了11種其他miRNAs的表達(dá)。另一項(xiàng)研究結(jié)果顯示,暴露于不同麻醉劑的大鼠，其大腦皮層表達(dá)顯著增加的miRNA存在差異，七氟醚包括miR-339-3-p、miR-448和miR-466 b-1，異丙酚包括miR-339-3-p,、miR-347,、miR-378,、miR-412、miR-702-3-p 和 miR-7a-2[28]。此外，還研究了七氟醚同其他麻醉劑對(duì)其他器官miRNA表達(dá)和調(diào)節(jié)的影響。評(píng)估七氟醚與異丙酚對(duì)大鼠肝組織miRNA表達(dá)影響的研究結(jié)果表明，七氟醚組有16個(gè)miRNA表達(dá)顯著上調(diào)，11個(gè)miRNAs下調(diào)；而異丙酚組有31個(gè)miRNAs表達(dá)上調(diào)，8個(gè)miRNAs下調(diào)[29]。有趣的是，兩種麻醉藥共有20個(gè)miRNA表達(dá)相同，3個(gè)miRNA表達(dá)不同，分別為 miRNA-142-3p、miRNA-29a和 miRNA-378。

1.3 異氟醚

異氟醚為另一種常用的麻醉劑，其可激活Bax并隨后促進(jìn)細(xì)胞死亡機(jī)制[30]。異氟醚暴露后miRNA-214的下調(diào)促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞死亡，并誘導(dǎo)Bax表達(dá)，這是miRNA-214的一個(gè)重要靶點(diǎn)[30]。此外，暴露于異氟醚后的認(rèn)知功能障礙（POCD）大鼠海馬區(qū)miRNA-572表達(dá)增高[31]。miRNA-572的高表達(dá)降低了其下游靶點(diǎn)CD56（NCAM1）的表達(dá)，NCAM1在神經(jīng)修復(fù)中發(fā)揮重要作用。因此，miR-572的上調(diào)導(dǎo)致神經(jīng)元保護(hù)缺失和神經(jīng)元變性；相反，miRNA-572的下調(diào)導(dǎo)致POCD的改善[31]。

1.4 布比卡因

眾所周知，麻醉劑布比卡因可顯著提高線粒體鈣水平、活性氧、DNA損傷和細(xì)胞凋亡。因此與其他局部麻醉劑相比，它具有更多的神經(jīng)毒性[30]。布比卡因誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性被認(rèn)為是通過糖原合酶激酶3（GSK3）信號(hào)通路介導(dǎo)的，主要通過蛋白激酶C（PKC）的調(diào)節(jié)[31]。最近，miR-33-5p被證實(shí)參與了布比卡因誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷和凋亡。MiR-33-5p在布卡因暴露后上調(diào)，其下游靶基因GDNF發(fā)生逆抑制調(diào)節(jié)，已知GDNF可保護(hù)神經(jīng)損傷[21]。因此miRNAs可能參與了布比卡因暴露后的神經(jīng)毒性通路。然而，這些途徑之間是否存在相關(guān)性尚需進(jìn)一步研究。

1.5 氯胺酮

氯胺酮誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性亦與miRNA表達(dá)的變化有關(guān)。氯胺酮神經(jīng)毒性的體外評(píng)估顯示，氯胺酮通過上調(diào)人類胚胎干細(xì)胞來源的神經(jīng)元中的miRNA-375和上調(diào)大鼠腦胚胎干細(xì)胞來源的神經(jīng)元中的microRNA 107來誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡、活性氧增加和神經(jīng)元退變[32-33]。這兩種miRNA均被證明通過調(diào)節(jié)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）水平發(fā)揮作用。此外，氯胺酮誘導(dǎo)的小鼠海馬神經(jīng)毒性和神經(jīng)變性被發(fā)現(xiàn)是通過上調(diào)miRNA-124和miRNA-34a介導(dǎo)的[34-35]。miR-124調(diào)控AMPA受體磷酸化和PKC-ERK通路，而miR-34a直接調(diào)控FGFR1。此外，過量氯胺酮治療已被證明可通過下調(diào)miRNA-137及其靶CDC42導(dǎo)致大鼠海馬CA1神經(jīng)元嚴(yán)重凋亡，并導(dǎo)致大鼠長(zhǎng)期記憶功能障礙，表明氯胺酮誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元凋亡是通過下調(diào)miR-137介導(dǎo)的[36]。誘導(dǎo)過表達(dá)miR-137可保護(hù)海馬神經(jīng)退行性變，從而導(dǎo)致長(zhǎng)期記憶損傷。miR-137的神經(jīng)保護(hù)作用可能是通過其直接下游靶點(diǎn)CDC42介導(dǎo)的，CDC42在氯胺酮暴露后也被下調(diào)。

2 MiRNA的神經(jīng)保護(hù)作用

值得注意的是，一些miRNA可能有助于麻醉后的神經(jīng)保護(hù)作用。有研究結(jié)果表明，從異丙酚誘導(dǎo)的人類胚胎干細(xì)胞中提取的神經(jīng)元中，miR-21的過表達(dá)減弱了細(xì)胞死亡[29]。異丙酚導(dǎo)致的miR-21的下調(diào)導(dǎo)致其靶基因SPRY2的表達(dá)增加。該基因是受體酪氨酸激酶的調(diào)節(jié)器，其作用是減弱生長(zhǎng)因子介導(dǎo)的通路。因此，逆轉(zhuǎn)異丙酚誘導(dǎo)的miR-21下調(diào)具有神經(jīng)保護(hù)作用。此外研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氯胺酮誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元凋亡是通過下調(diào)miR-137介導(dǎo)的[36]。誘導(dǎo)過表達(dá)miR-137可保護(hù)海馬神經(jīng)退行性變，從而導(dǎo)致長(zhǎng)期記憶損傷。miR-137的神經(jīng)保護(hù)作用可能是通過其直接下游靶點(diǎn)CDC42介導(dǎo)的，CDC42在氯胺酮暴露后也被下調(diào)。miR-665對(duì)七氟醚誘導(dǎo)的毒性和認(rèn)知功能障礙亦有神經(jīng)保護(hù)作用，其是通過胰島素樣生長(zhǎng)因子2（insulin like growth factor 2，ILGF2）靶向PI3/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)的[19]。其他幾種miRNA也參與了神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。表觀遺傳上調(diào)miR-26a 和下調(diào) miRNA-33-5p、miRNA-137-3p、miRNA-210已被證明可以保護(hù)小鼠背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡[22-23]，如上調(diào)miRNA-26a可通過抑制PTEN促進(jìn)神經(jīng)突生長(zhǎng)和改善細(xì)胞凋亡。此外，miRNA-137-3p的下調(diào)通過反向調(diào)節(jié)其下游靶點(diǎn)LSD1發(fā)揮作用；而miRNA-33-5p的下調(diào)則通過調(diào)控其靶基因GDNF發(fā)揮作用。有趣的是，通過下調(diào)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子1（FGFR1）或正常降低ERK1/2的表達(dá)并上調(diào)p-CREB的表達(dá)，抑制miRNA-34a對(duì)麻醉誘導(dǎo)的海馬凋亡并對(duì)記憶損傷產(chǎn)生保護(hù)作用[37]。此外，miRNA-206的下調(diào)降低了裂解的caspase-3和PUMA的表達(dá)，減少了丙泊酚誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[24]。發(fā)現(xiàn)miRNA-383的上調(diào)對(duì)丙泊酚誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元凋亡和認(rèn)知障礙具有保護(hù)作用[38]。異位過表達(dá)和沉默miR-665在異丙酚對(duì)未成熟海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性中發(fā)揮作用[2]。因此，某些miRNAs的上調(diào)和下調(diào)可能對(duì)麻醉劑的毒性作用具有重要的保護(hù)作用，其取決于它們的靶基因和相關(guān)的信號(hào)通路。

3 MiRNA的作用靶向

麻醉藥可能對(duì)發(fā)育成熟的大腦有神經(jīng)毒性作用，然而，miRNAs在介導(dǎo)麻醉誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用方面的作用最近才被認(rèn)識(shí)到，隨著對(duì)基因組學(xué)、微陣列分析領(lǐng)域新技術(shù)和途徑的認(rèn)知，使得描述miRNA的分子通路、功能以及了解哪些miRNA被認(rèn)為是麻醉藥的靶點(diǎn)成為可能。麻醉藥通過調(diào)控Wnt、MAPK和Rap1等信號(hào)通路來誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，從而影響miRNA相關(guān)基因。本文中提到的大多數(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在麻醉后調(diào)控的miRNA通過凋亡相關(guān)信號(hào)通路誘導(dǎo)其作用，如miRNA-665[26-27]、miRNA-96[18]、miRNA-383[38]和 miRNA-34a[27]通過靶向促凋亡的Bax和抗凋亡的Bcl-2，增加Bax/Bcl-2的表達(dá)比例，從而升高caspase 3水平；miRNA-206的上調(diào)導(dǎo)致促凋亡通路、PUMA和caspase 3表達(dá)升高。此外，PI3K/PKB信號(hào)通路也參與其中，其失活與miRNA383[38]和miRNA-665[15]下調(diào)后Bax信號(hào)增加有關(guān)；miR-26a的上調(diào)抑制了PTEN，其通過去磷酸化PIP3干擾PI3K信號(hào)通路[20]。值得注意的是，麻醉暴露后的凋亡效應(yīng)并不總是通過miRNA及其相關(guān)信號(hào)通路介導(dǎo)的。

一些預(yù)測(cè)的麻醉調(diào)節(jié)miRNA的靶向基因亦參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育以及與突觸功能和神經(jīng)發(fā)生相關(guān)的信號(hào)通路，如miR-665被預(yù)測(cè)以Notch1為靶點(diǎn)，Notch1是已知通過控制細(xì)胞命運(yùn)來支持發(fā)育過程的靶點(diǎn)；而miR-665在bcl-2樣蛋白1(BCL2L1)mRNA3’-未翻譯區(qū)域具有結(jié)合位點(diǎn)，在發(fā)育中的大腦中起著關(guān)鍵作用[26]。此外，BDNF通過抗凋亡、抗氧化、抑制自噬等過程在大腦中發(fā)揮多種神經(jīng)保護(hù)作用[39]。值得注意的是，在使用不同麻醉劑后，BDNF 被發(fā)現(xiàn)與 miRNA-210、miRNA-107 和miRNA-375的上調(diào)直接相關(guān)，并被確定為這些miRNA的下游效應(yīng)因子[32-33]。miRNA/BDNF關(guān)系被證明是調(diào)節(jié)氯胺酮和布比卡因誘導(dǎo)的皮層和背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元損傷的重要表觀遺傳信號(hào)通路[32-33]。BDNF的抑制或下調(diào)逆轉(zhuǎn)miRNA-107、miRNA-210和miRNA-375的抑制；然而，有一個(gè)報(bào)道指出，七氟醚誘導(dǎo)miRNA-183上調(diào)與BDNF的直接升高有關(guān)。

有研究結(jié)果表明，miRNA的某些功能可保護(hù)機(jī)體免受麻醉誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性，其是針對(duì)與細(xì)胞存活和/或細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因，如Bcl-2基因。此外，有幾個(gè)miRNA被懷疑參與了麻醉預(yù)處理的神經(jīng)保護(hù)作用。有研究結(jié)果表明，異氟醚預(yù)處理導(dǎo)致的神經(jīng)保護(hù)可能是通過miRNA-203表達(dá)增加介導(dǎo)的。該miRNA通過激活和磷酸化Akt及其下游信號(hào)通路，參與促進(jìn)細(xì)胞存活和缺血性腦損傷的搶救[1]。此外，七氟醚預(yù)處理通過降低缺血損傷后miR-15b的水平，起到抗凋亡和抗缺血的神經(jīng)保護(hù)作用[40]。因此，miR-15b水平的降低會(huì)導(dǎo)致其下游靶點(diǎn)Bcl-2的表達(dá)減少。其他miRNAs，如miR-101a和miR-34b也被證明參與了七氟醚預(yù)處理的保護(hù)作用。

4 結(jié)語

綜上所述，研究結(jié)果提示，miRNA相關(guān)機(jī)制參與了麻醉誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性、認(rèn)知能力下降和記憶損傷；然而許多研究都有其局限性，且這一領(lǐng)域的許多研究都沒有很好地控制實(shí)驗(yàn)，研究之間存在許多差異。目前，關(guān)于miRNA在麻醉誘導(dǎo)毒性中的作用的人類研究數(shù)據(jù)很少，一些實(shí)驗(yàn)設(shè)置，如在幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)反復(fù)暴露在麻醉下，不能在人體中復(fù)制，也不能對(duì)人體腦組織進(jìn)行分析。進(jìn)一步的研究應(yīng)更多地關(guān)注miRNA表達(dá)失衡及其后續(xù)靶點(diǎn)可能參與誘導(dǎo)毒性的功能貢獻(xiàn)。因每年都有數(shù)百萬兒童不可避免地面臨麻醉，為防止在發(fā)育和成熟的大腦中暴露于麻醉后可能出現(xiàn)的神經(jīng)學(xué)結(jié)果，使用這些miRNA有望獲得新的保護(hù)方法。此外，這些microRNA的發(fā)現(xiàn)有可能作為認(rèn)知障礙和大腦或神經(jīng)系統(tǒng)毒性的生物標(biāo)志物。然而，需要一個(gè)更系統(tǒng)的方法來整合基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)，以進(jìn)一步了解miRNAs對(duì)其特定基因靶點(diǎn)的調(diào)控機(jī)制。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突