张惠/王亚周/武胜昔合作揭示褪黑素在全麻药物神经发育毒性中的保护作用及其机制

这项研究以小儿麻醉常用的吸入麻醉药物-七氟醚（Sev）重复暴露这一国际公认的模型为基础，探索了褪黑素通过海马神经元和少突胶质细胞的MT1受体发挥对（多次）七氟醚暴露所致认知损伤的保护作用。

　　

近年来，全身麻醉是否会对婴幼儿中枢神经系统发育产生影响是国际关注的热点话题。大量的回顾性临床研究和动物研究均提示发育期全麻药物暴露可能引起远期学习、记忆能力损伤。部分前瞻性临床研究如GAS、PANDA以及MASK等均提示单次短暂全麻药物暴露并不会影响儿童大脑发育。

不过随着研究的逐步深入，不少结果提示长时程或反复多次麻醉暴露将影响儿童神经系统发育。2016年底，美国食品药品管理局 （Food and Drug Administration， FDA）发布了“药物安全通告”，称“对于年龄在3岁以下的儿童和妊娠晚期的孕妇需谨慎使用全身麻醉和镇静药物”，引发国际性大讨论。然而，全身麻醉药物致中枢神经系统发育异常的分子机制及防治措施尚不明确。     

2021年9月，空军军医大学第三附属医院麻醉科张惠团队与空军军医大学神经生物学教研室武胜昔/王亚周团队在Journal of Pineal Research发表了题为“Melatonin pretreatment alleviates the long term synaptic toxicity and dysmyelination induced by neonatal Sevoflurane exposure via MT1 receptor mediated Wnt signaling modulation”的封面文章。

空军军医大学第三附属医院麻醉科张惠教授以及空军军医大学神经生物学教研室王亚周副教授和武胜昔教授为该论文的共同通信作者。空军军医大学第三附属医院麻醉科主治医师梁丽荣与博士研究生曾甜、赵又谊为该论文的共同第一作者。空军军医大学神经生物教研室为该研究提供了技术和平台支持。

该研究以小儿麻醉常用的吸入麻醉药物-七氟醚（Sev）重复暴露这一国际公认的模型为基础，探索了褪黑素通过海马神经元和少突胶质细胞的MT1受体发挥对（多次）七氟醚暴露所致认知损伤的保护作用。

褪黑素（melatonin）是脊椎动物松果体产生的一种天然激素，其主要作用是维持昼夜节律，也就是我们常说的“生物钟”。基础研究发现，外源性褪黑素在多种病理条件中均发挥神经保护作用。临床麻醉实践中，褪黑素常用于术前镇静，以降低患儿的焦虑。临床实践给该研究提供了新思路，褪黑素是否可以逆转长期、反复七氟醚暴露所致的神经毒性作用呢？

重复多次七氟醚暴露对褪黑素信号的影响

该研究首先利用WB结合免疫荧光技术，发现幼鼠七氟醚暴露后海马神经元和少突胶质细胞中MT1受体信号明显改变。

图1. 重复多次七氟醚暴露对褪黑素信号的急性效应

褪黑素的神经保护作用是否由MT1受体介导呢？将表达MT1-shRNA的慢病毒注射到新生小鼠的双侧海马体中，发现MT1-shRNA显著阻断了褪黑素对突触发育和髓鞘形成的保护作用。之后，采用MT1受体敲除小鼠（MT1-KO，由赛业生物提供）进一步验证分析。结果同样表明，褪黑素对突触发育、髓鞘形成和行为表现的保护作用是由MT1受体介导的。

七氟醚暴露抑制Wnt信号传导

为了探索该现象背后的潜在机制，该研究分析了细胞内信号传导的长期变化。通过RNA-seq分析，发现新生小鼠暴露于七氟醚后，SFRP1（Wnt信号抑制肽）的表达显著上调。β-catenin蛋白作为经典Wnt信号通路中的核心成分，表达水平在暴露后显著降低（图2）。因此，七氟醚暴露导致海马神经元和少突胶质细胞中Wnt/β-catenin信号被长期抑制可能受褪黑素调节。

图2. 新生儿暴露于七氟醚对MT1和Wnt信号通路的长期影响

MT1受体与β-catenin存在相互作用

那么，褪黑素与Wnt/β-catenin信号通路之间是否存在相互作用呢？通过研究发现MT1受体与海马体中的β-catenin和Axin2存在共表达。免疫共沉淀分析表明，MT1与β-catenin之间存在很强的相互作用，而七氟醚处理显著降低了这种相互作用。

更重要的是，体内实验进一步证明，褪黑素预处理促进了MT1与β-catenin的相互作用。与七氟醚处理的小鼠相比，在七氟醚-褪黑素处理的小鼠中检测到更高水平的β-catenin，而且SFRP1水平显著降低。这些数据表明，褪黑素预处理可恢复七氟醚处理小鼠中的Wnt信号传导。

结语

图3. 作用机制示意图

这项研究表明，在正常情况下，海马神经元和少突胶质细胞表达MT1受体。MT1与β-catenin共定位且相互作用。七氟醚暴露扰乱了β-catenin与MT1之间的相互作用，导致Wnt信号受抑制并使SFRP1上调。在褪黑素存在时，MT1/β-catenin相互作用增强（图3）。

该研究深入挖掘了褪黑素介导七氟醚暴露所致认知损伤保护作用的分子机制，首次发现褪黑素通过增强mt1受体与β-catenin的相互作用改善了七氟醚暴露对发育期海马神经元和少突胶质细胞的毒性效应机制，为相关临床应用提供理论支撑。

原文检索：

Liang L, Zeng T, Zhao Y, Lu R, Guo B, Xie R, Tang W, Zhang L, Mao Z, Yang X, Wu S, Wang Y, Zhang H. Melatonin pretreatment alleviates the long-term synaptic toxicity and dysmyelination induced by neonatal Sevoflurane exposure via MT1 receptor-mediated Wnt signaling modulation. J Pineal Res. 2021 Sep 29:e12771. doi: 10.1111/jpi.12771.