右美托咪啶對腦神經(jīng)保護機制的研究進(jìn)展

李志鵬，王 飛(綜述)，李玉娟，柳垂亮(審校)

(1.佛山市禪城區(qū)中心醫(yī)院麻醉科，廣東 佛山 528031； 2.中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院麻醉科，廣州 510120)

右美托咪啶(dexmedetomidine,Dex)是臨床上廣泛應(yīng)用的高效、高選擇性的α2腎上腺素受體激動劑(alpha-2-adrenoreceptor agonist,α2-AR)，受體選擇性α2:α1為1620∶1。Dex具有抑制交感神經(jīng)、鎮(zhèn)靜、催眠、鎮(zhèn)痛、減少麻醉用藥、減少術(shù)后譫妄等作用[1]。近年研究發(fā)現(xiàn)，Dex對多種形式的腦神經(jīng)損害均有保護作用[2-4]。動物實驗顯示,Dex可改善成年鼠腦缺血、新生幼鼠缺血缺氧、興奮性腦損傷，尤其是可以抑制異氟烷對發(fā)育神經(jīng)元的毒性[5-6]。Dex的神經(jīng)保護機制尚不明確，該文旨在對其可能的作用機制予以綜述。

1 作用于受體

α2-AR可分為α2A/D、α2B和α2C三種亞型，均與Gi蛋白偶聯(lián)，通過細(xì)胞內(nèi)不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制，產(chǎn)生不同的效應(yīng)。α2A/D-AR廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織，與鎮(zhèn)靜、催眠、鎮(zhèn)痛、交感神經(jīng)阻滯、空間記憶等有關(guān)；α2B-AR主要分布在外周組織、腎臟組織中，與血管收縮、抗寒戰(zhàn)和利尿等有關(guān)；α2C-AR主要分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與學(xué)習(xí)和驚嚇反應(yīng)有關(guān)。α2-AR在細(xì)胞突觸前膜和突觸后膜都有分布，刺激突觸前膜α2-AR，可通過負(fù)反饋機制，調(diào)節(jié)去甲腎上腺素的釋放；而刺激突觸后膜α2-AR，可引起神經(jīng)細(xì)胞膜的超極化。

Dex呈劑量依賴性減輕腦缺血缺氧誘導(dǎo)的野生型新生幼鼠皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡、壞死和白質(zhì)的損傷，并改善幼鼠的神經(jīng)功能損害[7]；能抑制谷氨酸能激動劑誘導(dǎo)的野生型新生幼鼠皮質(zhì)壞死和白質(zhì)病變，但是不能減輕兩種方式對表達(dá)無功能α2A/D-AR轉(zhuǎn)基因小鼠的神經(jīng)損害[2]，提示Dex的神經(jīng)保護作用與其激活α2A/D-AR有關(guān)。Sato等[4]在近期的研究中發(fā)現(xiàn)，Dex能明顯抑制0.75%異氟烷所誘導(dǎo)的海馬腦片胱天蛋白酶3(caspase-3)的表達(dá)；并且能抑制0.75%異氟烷誘導(dǎo)的出生后7 d新生鼠腦caspase-3的表達(dá)，減輕幼鼠的認(rèn)知功能損害；使用較大劑量Dex也不會產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用。提示Dex能夠安全地預(yù)防異氟烷對發(fā)育腦組織的神經(jīng)毒性，而且該預(yù)防作用也是通過激活α2A/D-AR實現(xiàn)的。除了α2-AR，Dex同時也表現(xiàn)出對咪唑啉結(jié)合位點的親和力。咪唑啉受體(imidazoline receptor,IR)分為三個亞型，包括IR1、IR2和IR3[8]。選擇性結(jié)合IR1位點的藥物目前主要用于治療高血壓，而IR2位點結(jié)合受體在逆轉(zhuǎn)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)方面起著重要的作用，在維持腦功能方面起著廣泛的作用。

2 抑制鈣離子內(nèi)流和谷氨酸的釋放

大量研究證明，興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性作用是腦損傷的啟動者和執(zhí)行者，缺血缺氧會造成腦的興奮性氨基酸(如谷氨酸)的釋放；當(dāng)谷氨酸過度釋放時，高濃度的谷氨酸會使神經(jīng)元N-甲基-D-天冬氨酸受體過度興奮，使鈣離子內(nèi)流，激活鈣依賴性蛋白酶引起細(xì)胞骨架破壞，產(chǎn)生自由基損傷；Dex通過增加腦內(nèi)谷氨酰胺在星狀神經(jīng)細(xì)胞中的代謝，減少其作為興奮性氨基酸前體的活性[9]。

激活突觸前和突觸后的α2-AR，能降低海馬CA1和CA3區(qū)錐體細(xì)胞谷氨酸神經(jīng)傳遞和對谷氨酸的敏感性。氯化鉀刺激致去極化或缺氧引起海馬腦片的谷氨酸釋放，Dex可以抑制谷氨酸的釋放，這可能是Dex激活突觸前膜的α2-AR，抑制N型電壓門控性鈣通道，直接抑制鈣離子內(nèi)流；同時可使外向型鉀通道開放，突觸前膜去極化，間接抑制鈣離子內(nèi)流。而降低細(xì)胞質(zhì)里的自由鈣離子，可以抑制谷氨酸遞質(zhì)囊泡的胞吐作用，減少谷氨酸的釋放及其興奮性損傷[10]。

3 降低循環(huán)中及腦細(xì)胞外的兒茶酚胺濃度

腦缺血損傷可以誘發(fā)大量去甲腎上腺素釋放，可直接損傷腦細(xì)胞、增加細(xì)胞代謝率和減少缺血區(qū)的血供，去甲腎上腺素代謝物能引擎氧化應(yīng)激損傷，兒茶酚胺還能增加組織對谷氨酸的敏感性，加重興奮性損傷。Dex通過抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性使去甲腎上腺素神經(jīng)末梢的兒茶酚胺釋放減少，也可以直接作用于腦內(nèi)的單胺神經(jīng)元胞體及樹突上的α2-AR，減少兒茶酚胺的濃度，減輕神經(jīng)元損傷。Cosar等[11]根據(jù)新西蘭兔蛛網(wǎng)膜下腔出血后腦血管痙攣可導(dǎo)致腦缺血和神經(jīng)損傷作用的原理建立動物模型，連續(xù)2 h靜脈注射Dex，腦組織切片經(jīng)蘇木精-伊紅染色后的神經(jīng)病理學(xué)檢查，結(jié)果示上述處理可以減少海馬CA1區(qū)的神經(jīng)元損傷，并通過測量海馬組織的黃嘌呤氧化酶、超氧化物歧化酶、丙二醛水平，發(fā)現(xiàn)Dex能減少腦缺血后黃嘌呤氧化酶和丙二醛的產(chǎn)生和增加超氧化物歧化酶的表達(dá)，說明Dex能減少去甲腎上腺素的釋放，繼而減少脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致的生物膜氧化損傷，從而對神經(jīng)元產(chǎn)生保護作用。

相反，也有研究認(rèn)為，腦內(nèi)突觸前膜α2-AR較少，而且Dex在去甲腎上腺素耗竭的動物體內(nèi)仍然產(chǎn)生鎮(zhèn)靜和催眠作用，在動物腦缺血過程中并不減少腦去甲腎上腺素釋放，因此Dex并不是依賴于突觸前膜α2-AR抑制去甲腎上腺素的釋放而產(chǎn)生神經(jīng)保護作用[12-13]。

4 調(diào)控細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是指由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過程，凋亡異常增加則可能是某些損傷因素導(dǎo)致細(xì)胞死亡，也是遲發(fā)性損傷神經(jīng)死亡的主要形式。不少報道提示，Dex是通過調(diào)控細(xì)胞凋亡的機制來保護神經(jīng)元的。

Sanders等[6]用十字孢堿或者渥曼青霉素處理體外培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞，或使出生后7 d的大鼠吸入0.75%異氟烷6 h來制造細(xì)胞損傷凋亡模型，予Dex處理后，用四甲基偶氮唑鹽比色法檢測細(xì)胞存活和生長，用免疫組織化學(xué)檢測caspase-3及用蛋白質(zhì)印跡檢測Bcl-2基因和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白酶1/2，實驗表明Dex能呈劑量依賴性地減少體外皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞的損傷，并能減少體內(nèi)神經(jīng)元caspase-3表達(dá)，增加Bcl-2基因和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白酶1/2的表達(dá)。Engelhard等[10]也檢測Dex預(yù)處理的大鼠腦缺血/再灌注模型中大腦神經(jīng)元細(xì)胞凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)凋亡蛋白Bax表達(dá)顯著減少，抗凋亡蛋白Bcl-2和雙微體2的表達(dá)顯著增加，表明了Dex對神經(jīng)細(xì)胞的保護作用可能是通過調(diào)節(jié)凋亡和抗凋亡蛋白之間的平衡達(dá)成的。

在氧糖剝奪模型中[9-14]，發(fā)現(xiàn)Dex的保護作用與激活I(lǐng)R2-磷脂酰肌醇激酶3/分子蛋白激酶B途徑和上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子1α、血管內(nèi)皮生長因子和發(fā)育及DNA反應(yīng)損傷調(diào)節(jié)基因1表達(dá)相關(guān)，或通過激活α2-AR增加磷酸化黏著斑激酶。后者是一種鈣依賴的酪氨酸蛋白激酶，其磷酸化增加具有抗細(xì)胞凋亡作用。

5 增加細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2的磷酸化

細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinases 1 and 2,ERK1/2)是絲氨酸激活蛋白激酶的成員，在控制細(xì)胞活動、突觸可塑性、長時程增強以及細(xì)胞存活方面起著重要的信號調(diào)節(jié)作用。磷酸化的ERK1/2從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，激活特異性轉(zhuǎn)錄因子而誘導(dǎo)基因表達(dá)。在缺血預(yù)處理和藥物預(yù)處理中，ERK1/2活化后在細(xì)胞保護的起源上都起著重要作用。Dex抑制異氟烷對發(fā)育神經(jīng)元的毒性作用也與其激活ERK1/2磷酸化有關(guān)[15]。因此，ERK1/2磷酸化可能是Dex腦保護作用的重要機制。

Dahmani等[16]研究發(fā)現(xiàn)，Dex能促進(jìn)大鼠海馬腦片磷酸化ERK1/2表達(dá)的增加，且呈劑量依賴性，這種效應(yīng)不完全被α2-AR抑制劑所抑制，IR1拮抗劑能明顯減少該磷酸化酶的產(chǎn)生，提示IR1也可能是該效應(yīng)的主要作用靶點。

Du等[17]研究顯示，無論在原代培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞還是活體動物中，Dex都能通過上皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)間接激活ERK1/2磷酸化，此間接激活途徑能被基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑6001和選擇性表皮生長因子受體抑制劑所抑制。第一階段，Gi蛋白通過胞質(zhì)Src酪氨酸激酶激活β和γ亞基，β和γ亞基從Gi蛋白脫落，激活基質(zhì)金屬蛋白酶，導(dǎo)致肝素結(jié)合上皮生長因子在細(xì)胞外跨膜區(qū)域從其前體水解。第二階段，肝素結(jié)合上皮生長因子的脫落激活了自身和相鄰神經(jīng)元的EGFR，激活Ras引起一系列磷酸化反應(yīng)，包括有絲分裂原激活蛋白酶、分裂原活化抑制劑和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶磷酸化[13]。Dex本身不能引起神經(jīng)元ERK1/2磷酸化，但可以激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞通過旁分泌作用激活神經(jīng)元細(xì)胞EGFR，誘導(dǎo)ERK1/2磷酸化。突觸后α2A/D-AR主要存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞上。Dex作用特點在于能促進(jìn)其作用部位EGFR配體在幾分鐘內(nèi)迅速釋放，并作用于周圍細(xì)胞，從而避免外源性生長因子到達(dá)腦內(nèi)作用靶點的一系列復(fù)雜過程。

6 增加星形膠質(zhì)細(xì)胞腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)在圍生期腦損傷的神經(jīng)保護中發(fā)揮重要作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，星形膠質(zhì)細(xì)胞是占腦體積最大、數(shù)量最多的一種膠質(zhì)細(xì)胞，對腦損傷、修復(fù)再生及對神經(jīng)元微環(huán)境調(diào)控具有重要作用。Degos等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Dex不影響體外培養(yǎng)的神經(jīng)元細(xì)胞BDNF表達(dá)量，但能增加體內(nèi)及體外的星形膠質(zhì)細(xì)胞BDNF的表達(dá)而起到抗谷氨酸誘導(dǎo)損傷，該神經(jīng)保護作用與細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶途徑有關(guān)。

7 展 望

基礎(chǔ)及臨床研究提示吸入全麻藥對嬰幼兒及老年人可能具有腦神經(jīng)毒性[19]。在臨床麻醉過程中，Dex常和吸入麻醉藥一起使用。進(jìn)一步研究Dex抑制異氟烷或七氟烷所誘導(dǎo)神經(jīng)毒性及其機制，有望為確立Dex成為防治吸入麻醉藥神經(jīng)毒性作用的地位提供科學(xué)依據(jù)，為臨床特殊患者安全使用吸入麻醉藥及麻醉方案提供指導(dǎo)。

上述研究提示ERK1/2和神經(jīng)生長因子及BDNF受體有關(guān)，調(diào)節(jié)N-甲基-D-天冬氨酸受體，降低谷氨酸的興奮毒性等發(fā)揮神經(jīng)保護作用。而ERK1/2的下游信號如何產(chǎn)生保護作用尚未明確，絲氨酸激活蛋白激酶家族中的p38、c-Jun氨基端激酶與Dex神經(jīng)保護作用的關(guān)系如何還有待進(jìn)一步研究。另外，Dex是否可以通過激活星形膠質(zhì)細(xì)胞ERK1/2信號途徑調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞功能狀態(tài)，減少細(xì)胞因子和細(xì)胞毒性物質(zhì)的產(chǎn)生，從而抑制吸入麻醉藥的神經(jīng)毒性作用，還有待深入研究。

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