全麻药诱导新生动物神经细胞选择性凋亡的机制及对婴幼儿认知功能影响的临床多中心研究

In recent years, the adverse effects of general anesthetics on neural development has being a topic issue for both human and animal studies. Although it is still controversial whether general anesthetics is harmful to the cognitive functions of infants, it has been well documented from animal studies that general anesthetics induces a widespread neuronal apoptosis and a long-term cognitive dysfunction in neonates. Gathering the results of latest studies, we found that the apoptotic effect of general anesthetics depends on the age of neuron, the region of brain, and the dose of anesthetics. In this project, we will study the selective mechanism of general anesthetics, which activate GABA receptors, on neonatal apoptosis and delve whether the GABA release from interneuron contributed to the neuronal apoptosis. We will also perform a multicenter prospective cohort study to investigate the effect of long-term general anesthesia (more than 3 hours) on cognitive function of infants (less than 2 years old) in a short time (less than 1 year) after surgery. We hope that the results of current project would provide more solid evidences to answer the question of whether general anesthesia affects the cognitive function in children.

近年来，无论是全身麻醉对婴幼儿认知功能的影响还是全麻药对新生动物神经发育的影响一直是麻醉学专业领域最为关注的课题之一。目前，虽然临床上关于全麻药是否对婴幼儿的认知功能造成不利影响尚无明确定论，但是大量的实验室数据表明，全麻药可以诱导幼年动物神经细胞的大量凋亡，并引起远期的认知功能障碍。我们总结发现，全麻药对发育期神经细胞的凋亡作用具有神经细胞年龄、脑区以及麻醉药剂量的选择性特征。因此，我们拟通过动物实验手段，研究作用于GABA受体的全麻药诱导新生神经细胞选择性凋亡的机制，并探究中间神经元释放的神经递质GABA在选择性凋亡中的作用；通过多中心、前瞻性、队列研究，评估长时间麻醉（大于3h）对婴幼儿(小于2岁)术后短期（麻醉后1年内）认知功能的影响。期望本课题研究，为更为准确地回答全麻是否对小儿智力影响这一普遍被关注的问题提供坚实的基础和临床科研证据。

全身麻醉对婴幼儿认知功能和新生动物神经发育的影响一直是麻醉学领域最为关注的科学问题之一。大量研究数据表明全麻药可诱导幼年动物神经细胞大量凋亡，引起远期认知功能障碍。我们总结发现全麻药诱导神经元凋亡具有细胞年龄、脑区及剂量的选择性特征。因此，课题组拟通过动物实验研究全麻药诱导新生神经细胞选择性凋亡机制，开展多中心、前瞻性队列研究，评估长时间和短时间麻醉对婴幼儿术后1年内认知功能的影响。我们发现异氟烷和丙泊酚选择性诱导小鼠海马DG区神经细胞凋亡在P21达到高峰，而麻醉前给予GABAA受体阻断剂Bicuculine，能够抑制这种细胞凋亡，揭示全麻药通过兴奋GABA受体介导DG区神经细胞凋亡，并对动物成年后认知功能产生一定影响。我们发现全麻药主要诱导晚期神经祖细胞、不成熟颗粒神经元凋亡。同时，我们研究发现氯胺酮虽可诱导皮层神经元发生大量凋亡，但24h后发生自身代偿性修复，且与S1脑区小电导钙激活钾通道亚型2（SK2）表达下调，神经元兴奋性增强有关；而泛素化调节蛋白滑膜细胞凋亡抑制物1（SYVN1），在GABAA介导的神经细胞极化状态转换中可能发挥关键作用。通过上述研究验证了我们科研假说，也发现除GABAA受体外，全麻药可通过NMDA受体及调节泛素化水平，共同介导不成熟神经元兴奋，诱导神经细胞特异性凋亡。此外，为观察全麻药对活体单个神经元兴奋性的影响，我们首次发现不同分子靶点的全麻药，对腹外侧视前区GABA能和谷氨酸能神经元兴奋性具有抑制、激活、无影响三种作用，总体以抑制为主，并揭示了丘脑背内侧核T型钙离子通道在新生大鼠苏醒后产生行为学异常中的作用。临床部分通过联合六所单位开展多中心大样本前瞻性队列研究，发现接受长时间麻醉并不影响小儿术后6个月、1年的认知功能。本项目研究结果有助于全面理解全麻药对发育期中枢神经系统中的作用，为小儿临床安全合理使用全麻药提供可靠的基础与实践依据。