12月3日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）研究員徐敏團(tuán)隊與復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院麻醉科教授王英偉團(tuán)隊合作在Advanced Science上在線發(fā)表題為Divergent Neural Activity in the VLPO during Anesthesia and Sleep的研究論文。該研究采用微型熒光顯微成像和藥理遺傳等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)全身麻醉對睡眠控制關(guān)鍵核團(tuán)vLPO（ventrolateral preoptic nucleus）的促睡眠神經(jīng)元和促覺醒神經(jīng)元均主要發(fā)揮抑制作用。該研究揭示了全身麻醉與睡眠過程中vLPO神經(jīng)元活動的異質(zhì)性，為理解全身麻醉與睡眠是否共享相似神經(jīng)環(huán)路提供了新的線索。

全身麻醉的發(fā)明促進(jìn)了人類醫(yī)學(xué)實(shí)踐的發(fā)展與進(jìn)步。每天有成千上萬人因檢查或手術(shù)治療接受全身麻醉，但全麻藥物的作用機(jī)制卻尚未明確。以往研究認(rèn)為，全麻藥物通過作用于促睡眠核團(tuán)發(fā)揮麻醉作用，但該觀點(diǎn)一直存有爭議，因此，全麻藥物作用于睡眠-覺醒調(diào)控環(huán)路的具體機(jī)制有待進(jìn)一步揭示。

為探究上述問題，研究人員采用光纖記錄與顯微熒光成像等技術(shù)，分別研究了作用于不同分子靶點(diǎn)的四種常用全麻和鎮(zhèn)靜藥物對睡眠調(diào)控核心腦區(qū)vLPO抑制性神經(jīng)元（GABAergic）、興奮性神經(jīng)元（Glutamatergic）以及促睡眠甘丙肽能神經(jīng)元（Galaninergic）的調(diào)控作用（圖1）。

該研究發(fā)現(xiàn)作用于不同分子靶點(diǎn)的四種全麻藥物對vLPO抑制性和興奮性神經(jīng)元的鈣活動均有顯著抑制作用，僅有少部分vLPO神經(jīng)元被全麻藥物激活（圖2）。

按照經(jīng)典麻醉理論，這部分被激活的神經(jīng)元極有可能是睡眠活躍神經(jīng)元，而全麻藥物是通過激活這些促睡眠神經(jīng)元而發(fā)揮作用。為驗(yàn)證上述假說，研究人員采用光學(xué)成像技術(shù)追蹤同一群vLPO神經(jīng)元在麻醉和睡眠-覺醒過程中的活動模式。出乎預(yù)料的是，這些被全麻藥物激活的神經(jīng)元大多數(shù)并非睡眠活躍神經(jīng)元；全麻藥物對睡眠活躍神經(jīng)元和覺醒活躍神經(jīng)元都主要表現(xiàn)為抑制作用（圖3）。

進(jìn)一步量化分析也揭示了麻醉和睡眠期vLPO神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出截然不同的狀態(tài)（圖4）。上述結(jié)果并不支持全麻藥物通過激活促睡眠神經(jīng)元而發(fā)揮作用這一經(jīng)典觀點(diǎn)，對已有麻醉理論提出了質(zhì)疑。

以往研究通常采用基于早期即刻基因（cFos）的研究手段，這些基于cFos的技術(shù)缺乏對神經(jīng)活動在精細(xì)時間尺度上的刻畫，僅能粗略地反映一段時間內(nèi)的神經(jīng)活動，這可能是導(dǎo)致前人研究得出與當(dāng)前工作不一致結(jié)論的原因。為進(jìn)一步探討這一問題，研究人員采用基于cFos的TRAP工具小鼠，分別重激活覺醒TRAP神經(jīng)元和睡眠TRAP神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)二者對異氟烷介導(dǎo)的麻醉具有類似調(diào)制作用。這一結(jié)果進(jìn)一步指出了前人研究的局限性，即激活vLPO神經(jīng)元對麻醉的調(diào)制作用可能并不依賴于被激活神經(jīng)元是否在睡眠或覺醒期活躍。

目前學(xué)界對vLPO是否參與調(diào)控全麻機(jī)制的結(jié)論并不一致，該研究首次揭示不同分子靶點(diǎn)的全麻藥物傾向于招募同一群vLPO的GABA神經(jīng)元發(fā)揮麻醉作用。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)全身麻醉對vLPO各類神經(jīng)元均發(fā)揮著抑制為主部分激活的雙向調(diào)控作用，而與其在睡眠覺醒周期中所發(fā)揮的促睡眠與促覺醒作用無關(guān)，表明全身麻醉與睡眠并不像傳統(tǒng)所認(rèn)為的那樣共享神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，為深入解析vLPO調(diào)控全麻作用機(jī)理提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

相關(guān)研究工作獲得國家自然科學(xué)基金委員會、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海市和中科院等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接

圖1?全麻\鎮(zhèn)靜藥物對睡眠環(huán)路的調(diào)控作用

圖2 全麻\鎮(zhèn)靜藥物對vLPO神經(jīng)元主要為抑制作用

圖3?全麻\鎮(zhèn)靜藥物對睡眠和覺醒神經(jīng)元均主要表現(xiàn)為抑制作用

圖4 PCA揭示vLPO網(wǎng)絡(luò)在睡眠和麻醉中處于不同狀態(tài)

圖5?麻醉和睡眠-覺醒狀態(tài)下的vLPO網(wǎng)絡(luò)

來源：中科院