七氟烷對(duì)離子通道作用的研究進(jìn)展

耿鶴，陳芳

1 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)，沈陽(yáng)110001；2深圳市兒童醫(yī)院

七氟烷是臨床上廣泛應(yīng)用的一種吸入性麻醉藥物，吸收快，消除快，蘇醒時(shí)間短［1］，具有良好的腦保護(hù)和心肌保護(hù)［2-3］作用。自七氟烷問(wèn)世以來(lái)，其作用機(jī)制一直是麻醉學(xué)科的研究重點(diǎn)。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，七氟烷能夠使大鼠海馬、豚鼠丘腦和人大腦皮層的神經(jīng)元發(fā)生超極化，認(rèn)為七氟烷可能作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的某種或某些特定的離子通道，后來(lái)在1999年的一項(xiàng)研究中得到證實(shí)［4-6］。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為七氟烷的作用機(jī)制主要是調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞膜上的離子通道，從而抑制或激活神經(jīng)功能，產(chǎn)生不同的生理作用。這些特殊的離子通道主要包括雙孔鉀離子通道、電壓門(mén)控鉀離子通道、電壓門(mén)控鈉離子通道、鈣離子通道、氨基丁酸（GABA）受體通道等［7-8］。此外，七氟烷也可作用于外周神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)的痛覺(jué)性和熱敏性的瞬時(shí)受體電位離子通道［9］，但相關(guān)研究極少?，F(xiàn)就七氟烷對(duì)離子通道的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 七氟烷對(duì)鉀離子通道的作用

1.1 雙孔鉀離子通道

1.1.1 作用性質(zhì) 雙孔鉀離子通道主要分布于大腦，能被細(xì)胞外氫離子、缺氧、機(jī)械牽張、多聚不飽和脂肪酸及一些揮發(fā)性麻醉藥激活，可穩(wěn)定靜息膜負(fù)電位，平衡去極化［10-14］。該通道具有獨(dú)特的雙聚體結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)亞單位組成。人雙孔鉀離子通道根據(jù)氨基酸序列的不同大致可分為6 個(gè)亞族，分別為T(mén)ALK、TWIK、THIK、TASK、TREK 和TRESK。研究表明，七氟烷主要作用靶點(diǎn)為雙孔鉀離子通道中的TASK、TREK 兩種亞家族。兩種亞家族在七氟烷的作用下均呈現(xiàn)激活狀態(tài)，有研究顯示，缺乏TASK-1亞族通道表達(dá)的小鼠在使用七氟烷誘導(dǎo)時(shí)出現(xiàn)抵抗力，初步推測(cè)TASK-1離子通道可能是七氟烷發(fā)揮作用的靶點(diǎn)之一；還有實(shí)驗(yàn)表明，七氟烷及其異構(gòu)體異氟烷可以激活人類(lèi)TASK-1 通道［15］。七氟烷激活雙孔鉀離子通道后主要產(chǎn)生兩種作用。其一為麻醉效應(yīng)，七氟烷在增加TASK-3活性的同時(shí)會(huì)破壞細(xì)胞中一種活性G-α（Q）蛋白，這種活性G 蛋白是中樞神經(jīng)系統(tǒng)喚醒和意識(shí)產(chǎn)生的決定因素［16］，這可能是七氟烷產(chǎn)生臨床麻醉效應(yīng)的理論機(jī)制之一。其二表現(xiàn)為腦保護(hù)作用，七氟烷作用于雙孔鉀離子通道后會(huì)引起細(xì)胞的超極化，同時(shí)介導(dǎo)一種內(nèi)皮依賴(lài)性血管舒張劑，進(jìn)而增加腦血流量，降低腦氧耗［17］。這使得七氟烷應(yīng)用于腦缺血再灌注損傷可發(fā)揮良好的腦保護(hù)作用［18］。同時(shí)，一些雙孔鉀離子通道表達(dá)即與腦氧合相關(guān)，如TREK 雙孔鉀離子通道亞族。當(dāng)腦發(fā)生缺氧時(shí)，腦中星形膠質(zhì)細(xì)胞上的TREK 離子通道出現(xiàn)先上升后逐漸下降的動(dòng)態(tài)表達(dá)變化［11］。因此，當(dāng)七氟烷激活TREK 雙孔鉀離子通道亞族時(shí)可能會(huì)使腦氧儲(chǔ)備發(fā)生變化，進(jìn)而影響腦功能。袁建清等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)七氟烷預(yù)處理后，TREK 基因敲除的小鼠腦梗死面積、神經(jīng)功能缺損程度均高于TREK 基因健全的小鼠。有學(xué)者也發(fā)現(xiàn)，七氟烷可增加腦氧的可用性，保證腦血流量和氧供［19］。七氟烷對(duì)雙孔鉀離子通道的激活作用呈劑量依賴(lài)性［20］。但也有研究顯示七氟烷會(huì)產(chǎn)生發(fā)育神經(jīng)毒性，引起認(rèn)知功能障礙［21］，這種發(fā)育神經(jīng)毒性主要與腦本身所處的發(fā)育時(shí)期及七氟烷對(duì)鈣離子通道、GABA 受體通道的作用有關(guān)。

1.1.2 作用方式 七氟烷對(duì)雙孔鉀離子通道的激活作用主要與雙孔鉀離子通道的特殊結(jié)構(gòu)及其分子中的特定氨基酸相關(guān)［22］。雙孔鉀離子通道的雙孔道結(jié)構(gòu)為七氟烷提供了特定氨基酸結(jié)合位點(diǎn)。七氟烷除了直接作用于雙孔通道或特定氨基酸，還可通過(guò)破壞細(xì)胞中的G-α（Q）蛋白起到麻醉作用。

1.2 電壓門(mén)控鉀離子通道

1.2.1 作用性質(zhì) 與雙孔鉀離子通道相同，七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鉀離子通道同樣呈現(xiàn)激活作用。電壓門(mén)控鉀離子通道的開(kāi)放與關(guān)閉主要由膜電位變化來(lái)調(diào)節(jié)。該通道共包括12 個(gè)亞族（Kv1-12）。七氟烷是Kv1.x 家族的正向激活劑，而且這一家族僅會(huì)被一定濃度的七氟烷激活，其他吸入性麻醉劑在相關(guān)濃度下對(duì)通道無(wú)明顯影響［23］。有研究顯示，七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鉀離子通道的激活作用具有劑量依賴(lài)性，當(dāng)七氟烷的濃度為0.05～1 mmol/L 時(shí)，可以快速并可逆激活Kv3 通道電流，當(dāng)濃度超過(guò)1 mmol/L 后通道激活電流曲線(xiàn)明顯減緩，同樣的情況也出現(xiàn)在Kv1.2 和Kv1.5 通道上［24］。這可能與離子通道作用靶點(diǎn)的飽和性有關(guān)。同時(shí)，七氟烷對(duì)Kv1.5 通道具有雙向作用，這種雙向作用與膜本身所處的電位相關(guān)。在膜電位輕度去極化時(shí)，七氟烷可以使Kv1.5通道電流增強(qiáng)；而在膜電位處于強(qiáng)去極化時(shí)，七氟烷則對(duì)Kv1.5 離子通道產(chǎn)生抑制作用，使通道電流減?。?］。

1.2.2 作用方式 七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鉀離子通道的激活與離子通道的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鉀離子通道的作用方式主要是通過(guò)離子通道分子結(jié)構(gòu)中的S4-S5 接頭實(shí)現(xiàn)。BU等［25］的研究說(shuō)明了S4-S5接頭在吸入性麻醉調(diào)節(jié)機(jī)制中的重要意義。當(dāng)然，七氟烷的整體作用效果并非單純依靠某種或某個(gè)特殊的分子結(jié)構(gòu)。LIANG等［26］指出，七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鉀離子通道的正向激活作用是分步進(jìn)行的，涉及到與通道門(mén)控密切相關(guān)的分子區(qū)域內(nèi)的多個(gè)位點(diǎn)，這些位點(diǎn)共同作用使七氟烷產(chǎn)生最終的麻醉效應(yīng)。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鉀離子通道的正向激活作用得益于電壓門(mén)控鉀離子通道的特定氨基酸，如前文所述的七氟烷對(duì)Kv1.5 的雙重調(diào)節(jié)，即是七氟烷作用于分子中特定的氨基酸所致。然而，目前還沒(méi)有進(jìn)一步的研究表明具有同種氨基酸的其他離子通道是否也能成為七氟烷的作用靶點(diǎn)。

2 七氟烷對(duì)鈉離子通道的作用

2.1 作用性質(zhì) 與鉀離子通道相反，多數(shù)研究顯示，七氟烷對(duì)鈉離子通道呈現(xiàn)抑制作用。電壓門(mén)控鈉離子通道由特殊的蛋白質(zhì)構(gòu)成，這種蛋白質(zhì)主要由細(xì)胞產(chǎn)生，鑲嵌在細(xì)胞膜上，中間形成的孔隙可供水溶性物質(zhì)自由進(jìn)出，其開(kāi)放和關(guān)閉同樣受膜電位的影響，與動(dòng)作電位的產(chǎn)生密切相關(guān)。七氟烷作用于鈉離子通道主要表現(xiàn)為抑制作用，這可能與鈉離子通道和鉀離子通道在動(dòng)作電位上所起的作用和出現(xiàn)的時(shí)相不同有關(guān)。七氟烷對(duì)鈉離子通道的抑制作用與麻醉效應(yīng)無(wú)關(guān)，但所引起的具體生理作用還不得而知。這種抑制作用呈劑量依賴(lài)性，0.5 mmol/L的七氟烷對(duì)鈉通道的抑制效果并不明顯，當(dāng)七氟烷濃度達(dá)到1.0 mmol/L 時(shí)其對(duì)多種鈉通道（Nav1.8、Nav1.4、Nav1.7）顯示出明顯的抑制作用［27］。

2.2 作用方式 七氟烷對(duì)鈉離子通道的作用方式與鈉離子通道本身的結(jié)構(gòu)密不可分。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，七氟烷對(duì)鈉離子通道的抑制作用是通過(guò)PKC 途徑實(shí)現(xiàn)的，如一項(xiàng)關(guān)于爪蟾卵母細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷可以通過(guò)PKC 途徑抑制鈉離子通道的開(kāi)放，進(jìn)而抑制神經(jīng)電活動(dòng)的傳導(dǎo)［27］。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為七氟烷對(duì)鈉離子通道的作用與鈉離子通道分子本身的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)有關(guān)。有學(xué)者［28］指出，七氟烷對(duì)鈉離子通道分子中不同的結(jié)合位點(diǎn)呈現(xiàn)出不同的親和力，這些位點(diǎn)同時(shí)作用使得七氟烷對(duì)鈉離子通道產(chǎn)生最終的負(fù)向調(diào)節(jié)。七氟烷對(duì)鈉離子通道的作用方式可能涉及到多種途徑和機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。

3 七氟烷對(duì)鈣離子通道的作用

3.1 電壓門(mén)控鈣離子通道

3.1.1 作用性質(zhì) 七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鈣離子通道總體上呈抑制作用。電壓門(mén)控鈣離子通道是一種跨膜蛋白復(fù)合體，由多種亞基構(gòu)成，在神經(jīng)元興奮中起主要作用，對(duì)正常腦的發(fā)育至關(guān)重要［29］。目前關(guān)于七氟烷作用于電壓門(mén)控鈣離子通道的研究甚少。LIU 等［30］研究表明，七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鈣離子通道表現(xiàn)為抑制作用，這種抑制作用可能與七氟烷早期暴露引起的腦發(fā)育損傷有關(guān)。前文曾提及七氟烷的發(fā)育神經(jīng)毒性，這種神經(jīng)毒性與七氟烷作用于鈣離子通道有關(guān)。通常情況下，鈣離子通道的開(kāi)放會(huì)使鈣離子內(nèi)流，激活鈣離子依賴(lài)性神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙，引起神經(jīng)動(dòng)作電位傳導(dǎo)；而七氟烷作用下，電壓門(mén)控鈣離子通道被很大程度抑制，神經(jīng)傳導(dǎo)亦隨之減弱。有研究顯示，3%濃度的七氟烷抑制作用要明顯大于2.1%的七氟烷［30］。

3.1.2 作用方式 目前尚無(wú)七氟烷對(duì)電壓門(mén)控鈣離子通道作用方式的相關(guān)研究。依據(jù)七氟烷對(duì)鉀離子通道及鈉離子通道的有關(guān)作用方式，可以推測(cè)，七氟烷對(duì)鈣離子通道的抑制作用很大可能與分子結(jié)構(gòu)的亞基或特殊氨基酸有關(guān)，這一觀點(diǎn)有待進(jìn)一步證實(shí)。

3.2 L型鈣離子通道

3.2.1 作用性質(zhì) L 型鈣離子通道主要分布在肌漿網(wǎng)。七氟烷作用于L型鈣離子通道主要表現(xiàn)為抑制作用［31］，這種抑制作用呈現(xiàn)出兩種生理效應(yīng)，其一是與電壓門(mén)控鈣離子通道相仿的腦發(fā)育受損［31］，其二是心肌保護(hù)［32］。L 型鈣離子通道作用性質(zhì)與電壓門(mén)控鈣離子通道不全相同，可能是由于L 型鈣離子通道大多分布于心房、心室，并主要出現(xiàn)在心肌動(dòng)作電位的第Ⅱ時(shí)相有關(guān)。亦有研究表明，使用拮抗劑阻斷L 型鈣通道時(shí)，會(huì)降低神經(jīng)元胞體自發(fā)鈣震蕩的幅度與頻率［33］。神經(jīng)元生長(zhǎng)和突觸形成過(guò)程中的一個(gè)重要生理反應(yīng)為自動(dòng)鈣震蕩，鈣震蕩的振幅和頻率與神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育呈負(fù)相關(guān)。借此角度分析，七氟烷作為可以抑制L 型鈣離子通道的藥物，可能也具有促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育、相關(guān)突觸形成的功能，然而目前并無(wú)相關(guān)研究證實(shí)。

3.2.2 作用方式 目前關(guān)于七氟烷對(duì)L 型鈣離子通道的作用方式尚不得知，初步推測(cè)可能與L 型鈣離子通道獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)相關(guān)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為α1亞基是決定L 型鈣離子主要性質(zhì)的部分，故以此推測(cè)七氟烷可能是通過(guò)α1 亞基起到抑制L 型鈣離子通道電流的作用。

3.3 鈣離子依賴(lài)性通道 七氟烷對(duì)鈣離子依賴(lài)性通道的作用與七氟烷本身的麻醉效應(yīng)無(wú)關(guān)，與腦損害、心肌保護(hù)也不相關(guān)，而與抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移相關(guān)。研究表明，七氟烷可以調(diào)節(jié)鈣離子依賴(lài)性的CAMKII/JNK 通道，從而降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞中與增殖、侵襲相關(guān)的蛋白的表達(dá)水平，抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲［34］。該結(jié)論為顱內(nèi)腫瘤的藥物治療提供了新的作用靶點(diǎn)。

4 七氟烷對(duì)GABA受體通道的作用

研究表明，七氟烷對(duì)GABA 受體通道主要起到激活作用，進(jìn)而抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)，起到相應(yīng)的生理效應(yīng)。GABA 受體主要由5 種蛋白質(zhì)亞單位組成，共有19 種基因型，表達(dá)最多的為α、β、γ 亞型。與上述幾種離子通道不同，GABA 受體通道是一種配體門(mén)控型通道，主要介導(dǎo)氯離子電流，對(duì)不同發(fā)育時(shí)期的腦組織起完全相反的作用，如興奮未成熟腦組織、抑制成年腦組織［35］。七氟烷激活GABA 受體通道后主要產(chǎn)生兩種生理效應(yīng)。一是引起發(fā)育時(shí)期腦損傷，造成認(rèn)知功能障礙。這一作用可能是通過(guò)激活α-GABA 受體通道實(shí)現(xiàn)的。七氟烷作用于α-GABA 受體通道，使其功能增強(qiáng)，神經(jīng)元氯離子外流，細(xì)胞過(guò)度除極化［36］，進(jìn)而抑制神經(jīng)元生長(zhǎng)及相關(guān)突觸形成，這可能是七氟烷引起新生兒腦發(fā)育損害、認(rèn)識(shí)功能減退的主要原因之一。相關(guān)動(dòng)物模型的研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。NOZOMI 等［37］研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷可以激活紋狀體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的GABA 通道電流，引起小鼠腦發(fā)育遲緩。這與XIE 等［38］的研究結(jié)果一致。二是七氟烷的鎮(zhèn)靜麻醉作用及術(shù)后躁動(dòng)的產(chǎn)生可能與GABA 受體通道的激活相關(guān)，除α-GA?BA 受體通道外，七氟烷對(duì)γ-GABA 受體通道同樣呈現(xiàn)激活作用。γ-GABA 受體被激活后，突觸內(nèi)大量γ-GABA 蓄積，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)起到強(qiáng)力抑制作用［39］，使患者進(jìn)入麻醉狀態(tài)。而在麻醉藥物停用后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大量蓄積的γ-GABA 短時(shí)間內(nèi)被清除，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生快速敏感化，這可能是七氟烷引起術(shù)后躁動(dòng)的原因。

綜上所述，七氟烷是臨床應(yīng)用較為廣泛的吸入性麻醉藥物之一，其具有良好的腦保護(hù)、心肌保護(hù)作用，常用于產(chǎn)科和兒科麻醉，尤其可以應(yīng)用于新生兒和嬰兒手術(shù)。了解吸入性麻醉藥物七氟烷的作用機(jī)制對(duì)于指導(dǎo)臨床麻醉藥物應(yīng)用具有重要意義。目前多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為七氟烷主要作用于神經(jīng)細(xì)胞膜上的各種離子通道，借由離子通道作用抑制動(dòng)作電位傳導(dǎo)或神經(jīng)遞質(zhì)釋放，起到不同的生理效應(yīng)。七氟烷的鎮(zhèn)靜麻醉作用主要通過(guò)對(duì)鉀離子通道及GABA 受體通道的激活實(shí)現(xiàn)。七氟烷對(duì)鈉離子通道和鈣離子通道的作用雖然與麻醉效應(yīng)無(wú)關(guān)，但也不容忽視。目前關(guān)于七氟烷對(duì)離子通道的作用機(jī)制尚無(wú)統(tǒng)一結(jié)論。多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，七氟烷對(duì)離子通道的作用與通道本身的結(jié)構(gòu)及通道分子中特定的氨基酸相關(guān)。七氟烷對(duì)離子通道的整體作用過(guò)程十分復(fù)雜，可能涉及到通道分子中多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。對(duì)于七氟烷作用機(jī)制的進(jìn)一步研究不僅可以指導(dǎo)麻醉應(yīng)用，還可以為多種疾病的藥物靶向治療提供全新的方向。