异丙酚对学习记忆功能影响的实验研究

【摘要】 随着对全麻原理的深入认识，全身物对学习记忆功能的影响日益受到重视。异丙酚作为目前最常用的静脉全麻药，除了具有镇静、催眠的作用外，还具有遗忘作用，这可能是导致术后认知功能障碍的重要原因之一。本文综述近年来异丙酚对学习记忆功能影响的研究成果及可能的相关机制，以期获得详细全面的认识。

【关键词】 异丙酚；；学习；记忆

作者单位：350001 福州，福建医科大学附属协和医院麻醉科1 异丙酚对学习记忆功能的影响

杏仁复合体是边缘系统的重要结构之一，是参与学习记忆活动的重要脑区，研究发现，毁损基侧杏仁复合体组应用异丙酚后其记忆能力与单纯毁损大鼠差异无显著意义，假手术组大鼠应用异丙酚后记忆能力受损，这说明基侧杏仁复合体可能是异丙酚产生遗忘作用的靶位[1]。Pain等[2]发现，实验前15 min应用9 mg/kg异丙酚给大鼠腹腔注射，其记忆能力仍受到损伤，说明小剂量的异丙酚就可以影响新的信息转变为稳固记忆的过程。Ishitobi等[3]也发现小剂量异丙酚就能够损伤大鼠对有害性和非有害性经验的记忆功能，抑制大鼠对有害性味觉调节刺激的记忆和巩固能力。

然而临床上的一些研究表明患者仅在异丙酚麻醉后的最初24 h内存在记忆障碍[4]。Lee等[5]应用平均输注速度06±01 mg/（kg·min）的异丙酚对18月龄老年大鼠行全静脉麻醉2 h，并观察此后14 d内老年大鼠的空间记忆能力时也发现，异丙酚静脉麻醉组和脂肪乳剂输注对照组大鼠的空间记忆能力没有显著性差异，认为异丙酚不会损害老年大鼠的空间记忆能力。

2 异丙酚对神经递质及受体的影响

21 异丙酚与脑内受体的关系 中枢抑制性氨基酸受体主要分两种：γ氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）受体和甘氨酸受体（GlyR），研究证实，异丙酚的中枢作用主要是通过促进或者直接激活突触后膜的GABAA型受体，使Cl内流，产生超极化，兴奋性突触活动降低，甘氨酸受体（GlyR）在其中起到协同和调节作用。异丙酚对GABAA受体的影响主要有三种：低浓度（2～100μmol/L）异丙酚增强GABA诱发的全细胞电流；中间浓度（100～2000μmol/L）能够直接激活GABAA受体；极高浓度（>2000μmol/L）对GABAA受体起非竞争性抑制作用。甘氨酸受体介导的抑制性神经传递在哺乳动物的中枢神经系统反射活动、随意运动调节和感觉信号的处理中具有重要作用。

N甲基D天冬氨酸（（NmethylDaspartic acid， NMDA）受体是中枢兴奋性谷氨酸受体，有研究表明[6]，异丙酚可呈剂量依赖性地抑制谷氨酸受体，但所用异丙酚剂量较大（500 μmol/L），远远超出了临床浓度范围（约35μmol/L），在临床浓度范围内（如20μmol/L）仅轻度抑制了NMDA受体。

22 异丙酚与中枢神经递质的关系 谷氨酸、γ氨基丁酸、儿茶酚胺、乙酰胆碱等是中枢神经系统内重要的神经递质，参与了意识活动、学习记忆等大脑高级功能，这些神经递质在中枢的传递亦是异丙酚重要作用靶位之一。异丙酚抑制兴奋性神经递质的释放， 主要通过抑制Na+内流从而抑制突触前膜去极化引发的谷氨酸（Glu）释放[7]；对于去甲肾上腺素（NA），异丙酚非竞争性抑制K+引起的Ca2+内流， 抑制K+诱发的NA释放；异丙酚还可通过抑制中枢乙酰胆碱的释放而降低胆碱能神经系统的活性。对于抑制性神经递质， 异丙酚浓度依赖性增强K+引起的γ氨基丁酸（GABA） 的释放， 也能增强甘氨酸（Gly）的释放。

此外，异丙酚对于学习记忆的损害还可能通过其对5羟色胺（5HT）的影响而发挥作用。利用微透析技术进行研究发现，异丙酚能促进5HT的释放，在对大鼠进行逃避反射训练后应用异丙酚，其24 h后进入暗箱的潜伏期较对照组明显缩短，而在进行训练前应用5HTlA受体阻断药螺沙群可以完全拮抗异丙酚的这一作用[8]。

3 异丙酚与突触可塑性

突触可塑性主要指突触连接在形态上和功能上的修饰，是突触在内外环境因素的影响下，传递效能发生适应性变化的能力，其中长时程增强（longterm potentiation，LTP）和长时程抑制（longterm depression，LTD）最为重要，而LTP更是学习记忆形成、神经细胞及其相关结构生长发育的神经学基础[9]。

31 异丙酚与LTP 异丙酚麻醉的中枢机制主要是抑制GABAA受体，研究发现， 异丙酚对海马CA1区的LTP的抑制也是通过GABAA受体实现的，这可能是导致异丙酚麻醉相关的记忆缺失的机制之一[10]。 异丙酚对海马LTP的抑制作用还呈现剂量依赖性，冯春生等[11]的研究发现，浓度为1～5μmol/L的异丙酚对大鼠海马脑片CA1区锥体神经元正常的突触传递活动和海马脑片LTP的形成都没有影响；浓度为10μmol/L的异丙酚对海马脑片的正常突触传递活动没有影响，但能抑制海马脑片LTP的形成；浓度为30～100μmol/L的异丙酚不仅对海马脑片的正常突触传递活动有明显的抑制作用，还能显著抑制海马脑片LTP的形成。这些结果可能是异丙酚影响记忆认知功能的作用机制之一。

32 异丙酚与LTD LTD是持久的、活动依赖性的突触传递效能的降低，是记忆贮存机制LTP的补充，是学习与记忆的理论基础之一。Wei等[12]研究发现异丙酚能够破坏突触传递的协调性，在易化海马LTD表达的同时，也损害LTP的维持，这可能是其产生遗忘作用的神经生理基础。Nagashima 等[13]研究也报道，异丙酚（浓度为30μmol/L）能抑制大鼠海马脑片LTP的形成，但不能抑制LTD的形成。此外，LTD在海马的诱发具有年龄依赖性，尤其对年轻小鼠的研究更为可靠，Sun等[14]研究也发现，异丙酚对7 d龄鼠和21 d龄鼠的LTD都具有促进作用，且21 d龄鼠的所需浓度更低。这表明LTD诱发的阈值随年龄增大而下降，主要是由于GABA受体中的GABAA受体抑制作用的增加所致，这也解释了临床上年轻人较年长者需要更大异丙酚剂量的原因所在。

4 异丙酚对细胞外信号调节激酶（ERK）及其信号转导通路的影响

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）介导的细胞信号传导系统可调控突触可塑性和记忆。MAPKS共有ERK、JNK、p38三条信号转导通路，其中最具突触可塑性和记忆特征的是ERK途径。

41 异丙酚与ERK磷酸化 细胞外信号调节激酶（ERK） 是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括ERK1 和ERK2，脑组织内ERKl/2蛋白激酶磷酸化参与调节突触可塑性、长时程增强进而影响记忆的形成。在异丙酚对NMDA受体介导的ERK磷酸化影响的研究中，Kozinn等[15]研究发现异丙酚可以调控NMDA受体依赖的ERK磷酸化，临床浓度的异丙酚可减少NMDA介导的ERK磷酸化，进而降低NMDA受体NR1亚基的磷酸化和NMDA受体介导的钙离子内流，从而对NMDA受体产生抑制。同时，国内高海鹰等[16]也研究发现，异丙酚能显著地抑制小鼠海马脑片细胞外信号调节激酶ERKl/2磷酸化水平，并具有明显的时效性和量效性，即随着异丙酚作用时间的延长或作用浓度的升高，抑制程度增加，这与全身对学习与记忆功能影响的量效关系一致。

42 异丙酚与核内转录因子激活及下游基因表达 在LTP的诱导过程中，NMDA受体被激活后可激活ERK1/ERK2信号通路，使其下游的转录因子Ets样蛋白1（Elk1）、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB）被激活，易化其下游的转录翻译，诱导cfos、Egr1等与学习记忆关系密切的即早基因表达，促进长时记忆的形成和维持。可见， ERK1/ ERK2磷酸化水平升高后可易化其下游的转录翻译，调节突触蛋白的分布和功能，在突触可塑性及记忆形成中发挥重要作用[17]。

Fibuch等[18]的研究证实异丙酚通过对ERK途经的抑制，阻断了NMDA受体依赖的两个关键转录因子Elk1和CREB的激活，并抑制了cfos基因的表达，而应用MEK（ERK激酶）阻滞剂则能够对抗异丙酚的这种抑制作用，这成为异丙酚导致失忆的一个可能的转录依赖性机制。此外，Kidambi等[19]研究发现，应用临床相关浓度168 μmol/L的异丙酚处理大鼠海马脑片1 h，cfos转录增加110%，Egr1转录降低90%；而将异丙酚的浓度上调至112μmol/L时则不能增加cfos表达，同时能够彻底抑制Egr1转录。同时，他们还发现异丙酚的这种作用能够被RAS、RAF、MEK及ERK的抑制剂所阻断。此研究表明异丙酚能够通过MAPK/ERK信号转导通路影响即早基因cfos和Egr1的表达，而且这种表达呈明显的剂量相关性。

5 异丙酚对脑发育高峰期及学习记忆的影响

婴幼儿阶段是神经系统发育的敏感期和高峰时期，鉴于临床研究的复杂性，虽然目前还没有关于全身物对婴幼儿学习记忆能力和认知功能发育变化影响的研究报道，但在动物实验中已发现，部分全身物可以促使部分中枢神经元凋亡，对动物成年后的学习记忆功能产生损害[20]。

51 异丙酚与神经元凋亡 实验证实异丙酚能够减少培养神经细胞中的GABA能神经元，长期使用还会促进神经胶质细胞死亡，提示该药对神经系统发育具有不利的影响[21]。Fredriksson等[22]通过对幼龄小鼠神经元结构和神经认知功能的测试发现，在P10（10 d新生小鼠）皮下注射低剂量异丙酚10 mg/kg未见有统计学意义的凋亡反应，而高剂量异丙酚60 mg/kg麻醉或10 mg/kg异丙酚与25 mg/kg氯胺酮合用麻醉时则触发了广泛的凋亡反应和成年后的行为学障碍，证实了异丙酚能够剂量依赖性地增加神经元的凋亡并导致远期学习记忆功能的损害。

52 异丙酚与树棘突发育 Vutskits等[23]在对新生鼠成神经细胞培养以观察不同剂量的异丙酚对γ氨基丁酸能中间神经元树突发育影响的实验中发现，50 μg/ml或更高浓度的异丙酚能够诱发神经元的凋亡，而低至1μg/ml浓度的异丙酚仍可干扰树突的发育，若持续暴露4 h，树突发育受到明显抑制，从而损害神经网络结构。Briner等[24]给5日或10日龄新生鼠腹腔注射异丙酚发现，其内侧前额叶皮层V层锥体神经元树突棘密度显著减少，并持续至成年。Bjornstrom等[25]认为，异丙酚使肌动蛋白酪氨酸磷酸化，是导致神经元肌动蛋白细胞骨架快速重构的可能原因。因此，异丙酚对树突发育的影响可能与发育中的神经元肌动蛋白细胞骨架重构有关。

综上所述，异丙酚作为目前应用最广泛的静脉全麻药，主要通过易化和激活GABAA受体，继而抑制LTP产生、易化LTD形成，以及对ERK1/2 酶磷酸化的抑制，抑制海马区突触可塑性的形成，从而影响学习记忆功能。此外，异丙酚还能通过细胞凋亡途径引起大脑敏感期的神经元凋亡，进一步影响学习记忆能力。

参 考 文 献

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