七氟烷對離子通道作用的研究進展

耿鶴，陳芳

1 中國醫科大學，沈陽110001；2深圳市兒童醫院

七氟烷是臨床上廣泛應用的一種吸入性麻醉藥物，吸收快，消除快，蘇醒時間短［1］，具有良好的腦保護和心肌保護［2-3］作用。自七氟烷問世以來，其作用機制一直是麻醉學科的研究重點。學者們發現，七氟烷能夠使大鼠海馬、豚鼠丘腦和人大腦皮層的神經元發生超極化，認為七氟烷可能作用于中樞神經系統中的某種或某些特定的離子通道，后來在1999年的一項研究中得到證實［4-6］。目前多數學者認為七氟烷的作用機制主要是調節神經細胞膜上的離子通道，從而抑制或激活神經功能，產生不同的生理作用。這些特殊的離子通道主要包括雙孔鉀離子通道、電壓門控鉀離子通道、電壓門控鈉離子通道、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系統表達的痛覺性和熱敏性的瞬時受體電位離子通道［9］，但相關研究極少。現就七氟烷對離子通道的作用研究進展進行綜述。

1 七氟烷對鉀離子通道的作用

1.1 雙孔鉀離子通道

1.1.1 作用性質 雙孔鉀離子通道主要分布于大腦，能被細胞外氫離子、缺氧、機械牽張、多聚不飽和脂肪酸及一些揮發性麻醉藥激活，可穩定靜息膜負電位，平衡去極化［10-14］。該通道具有獨特的雙聚體結構，由兩個亞單位組成。人雙孔鉀離子通道根據氨基酸序列的不同大致可分為6 個亞族，分別為TALK、TWIK、THIK、TASK、TREK 和TRESK。研究表明，七氟烷主要作用靶點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激活狀態，有研究顯示，缺乏TASK-1亞族通道表達的小鼠在使用七氟烷誘導時出現抵抗力，初步推測TASK-1離子通道可能是七氟烷發揮作用的靶點之一；還有實驗表明，七氟烷及其異構體異氟烷可以激活人類TASK-1 通道［15］。七氟烷激活雙孔鉀離子通道后主要產生兩種作用。其一為麻醉效應，七氟烷在增加TASK-3活性的同時會破壞細胞中一種活性G-α（Q）蛋白，這種活性G 蛋白是中樞神經系統喚醒和意識產生的決定因素［16］，這可能是七氟烷產生臨床麻醉效應的理論機制之一。其二表現為腦保護作用，七氟烷作用于雙孔鉀離子通道后會引起細胞的超極化，同時介導一種內皮依賴性血管舒張劑，進而增加腦血流量，降低腦氧耗［17］。這使得七氟烷應用于腦缺血再灌注損傷可發揮良好的腦保護作用［18］。同時，一些雙孔鉀離子通道表達即與腦氧合相關，如TREK 雙孔鉀離子通道亞族。當腦發生缺氧時，腦中星形膠質細胞上的TREK 離子通道出現先上升后逐漸下降的動態表達變化［11］。因此，當七氟烷激活TREK 雙孔鉀離子通道亞族時可能會使腦氧儲備發生變化，進而影響腦功能。袁建清等［12］的研究發現，經過七氟烷預處理后，TREK 基因敲除的小鼠腦梗死面積、神經功能缺損程度均高于TREK 基因健全的小鼠。有學者也發現，七氟烷可增加腦氧的可用性，保證腦血流量和氧供［19］。七氟烷對雙孔鉀離子通道的激活作用呈劑量依賴性［20］。但也有研究顯示七氟烷會產生發育神經毒性，引起認知功能障礙［21］，這種發育神經毒性主要與腦本身所處的發育時期及七氟烷對鈣離子通道、GABA 受體通道的作用有關。

1.1.2 作用方式 七氟烷對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構及其分子中的特定氨基酸相關［22］。雙孔鉀離子通道的雙孔道結構為七氟烷提供了特定氨基酸結合位點。七氟烷除了直接作用于雙孔通道或特定氨基酸，還可通過破壞細胞中的G-α（Q）蛋白起到麻醉作用。

1.2 電壓門控鉀離子通道

1.2.1 作用性質 與雙孔鉀離子通道相同，七氟烷對電壓門控鉀離子通道同樣呈現激活作用。電壓門控鉀離子通道的開放與關閉主要由膜電位變化來調節。該通道共包括12 個亞族（Kv1-12）。七氟烷是Kv1.x 家族的正向激活劑，而且這一家族僅會被一定濃度的七氟烷激活，其他吸入性麻醉劑在相關濃度下對通道無明顯影響［23］。有研究顯示，七氟烷對電壓門控鉀離子通道的激活作用具有劑量依賴性，當七氟烷的濃度為0.05～1 mmol/L 時，可以快速并可逆激活Kv3 通道電流，當濃度超過1 mmol/L 后通道激活電流曲線明顯減緩，同樣的情況也出現在Kv1.2 和Kv1.5 通道上［24］。這可能與離子通道作用靶點的飽和性有關。同時，七氟烷對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。在膜電位輕度去極化時，七氟烷可以使Kv1.5通道電流增強；而在膜電位處于強去極化時，七氟烷則對Kv1.5 離子通道產生抑制作用，使通道電流減小［8］。

1.2.2 作用方式 七氟烷對電壓門控鉀離子通道的激活與離子通道的分子結構密切相關。有一種觀點認為七氟烷對電壓門控鉀離子通道的作用方式主要是通過離子通道分子結構中的S4-S5 接頭實現。BU等［25］的研究說明了S4-S5接頭在吸入性麻醉調節機制中的重要意義。當然，七氟烷的整體作用效果并非單純依靠某種或某個特殊的分子結構。LIANG等［26］指出，七氟烷對電壓門控鉀離子通道的正向激活作用是分步進行的，涉及到與通道門控密切相關的分子區域內的多個位點，這些位點共同作用使七氟烷產生最終的麻醉效應。另一種觀點則認為，七氟烷對電壓門控鉀離子通道的正向激活作用得益于電壓門控鉀離子通道的特定氨基酸，如前文所述的七氟烷對Kv1.5 的雙重調節，即是七氟烷作用于分子中特定的氨基酸所致。然而，目前還沒有進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。

2 七氟烷對鈉離子通道的作用

2.1 作用性質 與鉀離子通道相反，多數研究顯示，七氟烷對鈉離子通道呈現抑制作用。電壓門控鈉離子通道由特殊的蛋白質構成，這種蛋白質主要由細胞產生，鑲嵌在細胞膜上，中間形成的孔隙可供水溶性物質自由進出，其開放和關閉同樣受膜電位的影響，與動作電位的產生密切相關。七氟烷作用于鈉離子通道主要表現為抑制作用，這可能與鈉離子通道和鉀離子通道在動作電位上所起的作用和出現的時相不同有關。七氟烷對鈉離子通道的抑制作用與麻醉效應無關，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性，0.5 mmol/L的七氟烷對鈉通道的抑制效果并不明顯，當七氟烷濃度達到1.0 mmol/L 時其對多種鈉通道（Nav1.8、Nav1.4、Nav1.7）顯示出明顯的抑制作用［27］。

2.2 作用方式 七氟烷對鈉離子通道的作用方式與鈉離子通道本身的結構密不可分。一種觀點認為，七氟烷對鈉離子通道的抑制作用是通過PKC 途徑實現的，如一項關于爪蟾卵母細胞的研究發現，七氟烷可以通過PKC 途徑抑制鈉離子通道的開放，進而抑制神經電活動的傳導［27］。另一種觀點則認為七氟烷對鈉離子通道的作用與鈉離子通道分子本身的多個結合位點有關。有學者［28］指出，七氟烷對鈉離子通道分子中不同的結合位點呈現出不同的親和力，這些位點同時作用使得七氟烷對鈉離子通道產生最終的負向調節。七氟烷對鈉離子通道的作用方式可能涉及到多種途徑和機制，有待進一步研究。

3 七氟烷對鈣離子通道的作用

3.1 電壓門控鈣離子通道

3.1.1 作用性質 七氟烷對電壓門控鈣離子通道總體上呈抑制作用。電壓門控鈣離子通道是一種跨膜蛋白復合體，由多種亞基構成，在神經元興奮中起主要作用，對正常腦的發育至關重要［29］。目前關于七氟烷作用于電壓門控鈣離子通道的研究甚少。LIU 等［30］研究表明，七氟烷對電壓門控鈣離子通道表現為抑制作用，這種抑制作用可能與七氟烷早期暴露引起的腦發育損傷有關。前文曾提及七氟烷的發育神經毒性，這種神經毒性與七氟烷作用于鈣離子通道有關。通常情況下，鈣離子通道的開放會使鈣離子內流，激活鈣離子依賴性神經遞質釋放到突觸間隙，引起神經動作電位傳導；而七氟烷作用下，電壓門控鈣離子通道被很大程度抑制，神經傳導亦隨之減弱。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 目前尚無七氟烷對電壓門控鈣離子通道作用方式的相關研究。依據七氟烷對鉀離子通道及鈉離子通道的有關作用方式，可以推測，七氟烷對鈣離子通道的抑制作用很大可能與分子結構的亞基或特殊氨基酸有關，這一觀點有待進一步證實。

3.2 L型鈣離子通道

3.2.1 作用性質 L 型鈣離子通道主要分布在肌漿網。七氟烷作用于L型鈣離子通道主要表現為抑制作用［31］，這種抑制作用呈現出兩種生理效應，其一是與電壓門控鈣離子通道相仿的腦發育受損［31］，其二是心肌保護［32］。L 型鈣離子通道作用性質與電壓門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，并主要出現在心肌動作電位的第Ⅱ時相有關。亦有研究表明，使用拮抗劑阻斷L 型鈣通道時，會降低神經元胞體自發鈣震蕩的幅度與頻率［33］。神經元生長和突觸形成過程中的一個重要生理反應為自動鈣震蕩，鈣震蕩的振幅和頻率與神經元生長發育呈負相關。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，可能也具有促進神經元生長發育、相關突觸形成的功能，然而目前并無相關研究證實。

3.2.2 作用方式 目前關于七氟烷對L 型鈣離子通道的作用方式尚不得知，初步推測可能與L 型鈣離子通道獨特的分子結構相關。多數學者認為α1亞基是決定L 型鈣離子主要性質的部分，故以此推測七氟烷可能是通過α1 亞基起到抑制L 型鈣離子通道電流的作用。

3.3 鈣離子依賴性通道 七氟烷對鈣離子依賴性通道的作用與七氟烷本身的麻醉效應無關，與腦損害、心肌保護也不相關，而與抑制膠質瘤細胞增殖、轉移相關。研究表明，七氟烷可以調節鈣離子依賴性的CAMKII/JNK 通道，從而降低膠質瘤細胞中與增殖、侵襲相關的蛋白的表達水平，抑制膠質瘤細胞的增殖和侵襲［34］。該結論為顱內腫瘤的藥物治療提供了新的作用靶點。

4 七氟烷對GABA受體通道的作用

研究表明，七氟烷對GABA 受體通道主要起到激活作用，進而抑制中樞神經系統傳導，起到相應的生理效應。GABA 受體主要由5 種蛋白質亞單位組成，共有19 種基因型，表達最多的為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控型通道，主要介導氯離子電流，對不同發育時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 受體通道后主要產生兩種生理效應。一是引起發育時期腦損傷，造成認知功能障礙。這一作用可能是通過激活α-GABA 受體通道實現的。七氟烷作用于α-GABA 受體通道，使其功能增強，神經元氯離子外流，細胞過度除極化［36］，進而抑制神經元生長及相關突觸形成，這可能是七氟烷引起新生兒腦發育損害、認識功能減退的主要原因之一。相關動物模型的研究也證實了這一觀點。NOZOMI 等［37］研究發現，七氟烷可以激活紋狀體神經網絡中的GABA 通道電流，引起小鼠腦發育遲緩。這與XIE 等［38］的研究結果一致。二是七氟烷的鎮靜麻醉作用及術后躁動的產生可能與GABA 受體通道的激活相關，除α-GA?BA 受體通道外，七氟烷對γ-GABA 受體通道同樣呈現激活作用。γ-GABA 受體被激活后，突觸內大量γ-GABA 蓄積，對中樞神經系統起到強力抑制作用［39］，使患者進入麻醉狀態。而在麻醉藥物停用后，中樞神經系統中大量蓄積的γ-GABA 短時間內被清除，使中樞神經系統產生快速敏感化，這可能是七氟烷引起術后躁動的原因。

綜上所述，七氟烷是臨床應用較為廣泛的吸入性麻醉藥物之一，其具有良好的腦保護、心肌保護作用，常用于產科和兒科麻醉，尤其可以應用于新生兒和嬰兒手術。了解吸入性麻醉藥物七氟烷的作用機制對于指導臨床麻醉藥物應用具有重要意義。目前多數觀點認為七氟烷主要作用于神經細胞膜上的各種離子通道，借由離子通道作用抑制動作電位傳導或神經遞質釋放，起到不同的生理效應。七氟烷的鎮靜麻醉作用主要通過對鉀離子通道及GABA 受體通道的激活實現。七氟烷對鈉離子通道和鈣離子通道的作用雖然與麻醉效應無關，但也不容忽視。目前關于七氟烷對離子通道的作用機制尚無統一結論。多數觀點認為，七氟烷對離子通道的作用與通道本身的結構及通道分子中特定的氨基酸相關。七氟烷對離子通道的整體作用過程十分復雜，可能涉及到通道分子中多個結合位點。對于七氟烷作用機制的進一步研究不僅可以指導麻醉應用，還可以為多種疾病的藥物靶向治療提供全新的方向。