Adv Sci丨胡志安/李洪/何超团队合作揭示新睡眠核团是七氟烷全身麻醉的靶点

自19世纪40年代以来，吸入麻醉剂就被广泛用于临床麻醉。神奇的麻醉剂是如何发挥作用的呢？目前主流观点认为，麻醉剂通过激活抑制性γ-氨基丁酸（GABA）受体和抑制兴奋性谷氨酸受体等方式降低大脑功能活动，使机体进入无意识麻醉状态。然而，上述受体分子广泛表达于大脑几乎所有脑区，如果麻醉剂真作用于上述受体分子的话，所有脑区均会暂时失能，而实际情况是部分脑区仍能正常工作，这些表明对麻醉剂神经药理机制的认识仍有待深入探索。 在生理条件下，大脑存在有意识的觉醒以及无意识的睡眠等不同功能状态。近几十年来，科学家逐渐认识到，大脑觉醒睡眠不同状态的切换是由脑内皮层下特定促觉醒和促睡眠核团所控制的。促觉醒核团的兴奋就使大脑处在有意识的觉醒状态；相反，促睡眠核团通过抑制促觉醒核团，促使大脑进入无意识的睡眠状态。基于对觉醒睡眠理论的突破，科学家逐渐意识到麻醉剂选择性抑制促觉醒核团或激活促睡眠核团，可能才是其实现全身麻醉的关键。有鉴于此，鉴定麻醉剂作用的新型促觉醒或促睡眠核团成为了近年广泛关注的焦点。 2023年3月24日，陆军军医大学生理教研室胡志安/何超教授团队与陆军军医大学新桥医院李洪教授团队合作在Advanced Science发表题为 A Sleep-Specific Midbrain Target for Sevoflurane Anesthesia的研究论著，揭示了新睡眠核团是七氟烷全身麻醉的靶点。 研究团队首先通过在全脑范围检测c-Fos表达筛选七氟烷全身麻醉过程中所激活的脑区，发现七氟烷显著提高中脑Edinger-Westpha（EW）核c-Fos表达水平。进一步采用在体多通道记录以及光纤记录技术，发现七氟烷所激活的EW内该群细胞在麻醉诱导过程中活性逐渐增加，在麻醉维持中活性达到高峰。有意思的是，在生理条件下由觉醒转睡眠时，七氟烷所激活的该群细胞活性也逐渐增加，在进入睡眠状态后其活性达到最高，提示七氟烷所激活的该群细胞与睡眠发生高度相关。 七氟烷所激活的该群细胞是什么类型呢？它是否参与生理条件下睡眠的发生呢？采用原位杂交和免疫组化技术，该团队发现七氟烷所激活的EW内细胞并非谷氨酸能和GABA能神经元，也不是胆碱能和单胺能神经元。该群神经元主要为可卡因安非他明调节转录肽 (Cocaine and amphetamine-regulated transcript protein, CART) 与尿皮素1 (Urocortin 1, UCN1) 阳性的肽能神经元。有意思的是，这群细胞还高丰度的表达生长激素促分泌素受体（Growth hormone secretagogue receptor, GHSR）。

七氟烷所激活的CART+/UCN1+肽能神经元高表达GHSR 采用膜片钳记录技术，发现给予GHSR激动剂使CART+/UCN1+肽能神经元发生去极化，并导致该群细胞放电频率增加。采用在体脑内微量注射技术结合脑/肌电检测技术，发现在EW区给予GHSR激动剂可显著促进觉醒向非快速眼动睡眠转换，增加非快速眼动睡眠时长。相反，阻断EW区内GHSR受体则可抑制非快速眼动睡眠的发生。这些结果提示，GHSR激活导致CART+/UCN1+肽能神经元活性增加，是生理条件下睡眠发生的重要新机制。 GHSR和CART+/UCN1+肽能神经元是否参与七氟烷所诱导的全身麻醉呢？采用膜片钳记录技术，发现七氟烷可浓度依赖性地兴奋CART+/UCN1+肽能神经元，这种兴奋效应能被GHSR受体阻断剂所阻断。采用分子建模技术，发现GHSR上存在七氟烷结合的高亲和力的作用位点。该团队进一步发现阻断EW区内GHSR受体，或采用Fos-TRAP (Targeted recombination in active populations, TRAP) 联合化学遗传学技术特异性抑制以及特异性杀死CART+/UCN1+肽能神经元后，七氟烷诱导全身麻醉效应明显减弱，表现为进入深麻醉时间显著延迟，麻醉复苏时间明显缩短。相反，激活EW区内GHSR受体后则可促进七氟烷诱导全身麻醉，表现为进入深麻醉时间缩短，麻醉复苏时间显著延长。这些结果表明，七氟烷通过作用于GHSR激活CART+/UCN1+肽能神经元，进而促进全身麻醉的发生。

工作模式图

综上所述，该研究综合运用神经电生理记录、光纤记录、原位杂交、Fos-TRAP、化学遗传学和行为学等多种技术手段，发现中脑EW内GHSR激活导致CART+/UCN1+肽能神经元活性增加是启动睡眠新的重要途径，促睡眠的GHSR和CART+/UCN1+神经元也是七氟烷发挥全身麻醉作用的重要靶点（见工作模式图）。这些发现进一步拓展了人们对睡眠发生以及全身麻醉药物作用机制的认识，也为改良或研发新型麻醉剂提供了新的细胞与分子靶点。

陆军军医大学胡志安教授、李洪教授、何超教授为论文通讯作者。陆军军医大学易婷婷、黄静以及王娜在读博士生为论文共同第一作者。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202300189