一、小膠質細胞在全身麻醉過程中的身份尚不明確

Science雜志在創刊125周年之際，主編唐納德團隊提出未來25年亟待解決的125個前沿科學問題，其中就包括探索全麻藥的作用機制這一重要問題1。由于臨床常用麻醉劑的靶點集中表達在神經元上，如丙泊酚作用的GABAA受體、ketamine作用的NMDA受體、右美托咪定作用的α2腎上腺素受體等等，因此目前全麻藥的機制研究主要聚焦在神經元和神經環路水平2-4。

小膠質細胞是中樞神經系統常駐的免疫細胞，在CNS發育、穩態維持和神經退行性病變等多個生理和病理進程中起關鍵作用5-7。既往研究表明，小膠質細胞在癲癇8、高血壓9等多種病理模型中，對神經網絡穩態的維持至關重要。而在麻醉過程中，小膠質細胞的形態發生明顯改變，并伴隨鈣活動增強10,11。但是，這種中樞神經系統的免疫細胞是否會主動參與麻醉覺醒過程的調控鮮有報道。本團隊報道了小膠質細胞對麻醉狀態的調控及其機制，以Microglia facilitate and stabilize the response to general anesthesia via modulating the neuronal network in a brain region-specific manner為題發表在生命醫學類著名期刊eLife上（圖1）12。

圖1本研究的論文封面截圖。

二、小膠質細胞依賴P2Y12受體調控麻醉覺醒過程

作者研究團隊前期研究成果表明，使用CSF1R抑制劑PLX5622可以清除腦內99%的小膠質細胞，而在停藥21天后小膠質細胞的密度和轉錄表達譜都會恢復到基礎水平13。因此，作者利用PLX5622構建小膠質細胞清除模型，探索小膠質細胞對于麻醉覺醒過程的影響。翻正反射行為檢測和腦電/肌電記錄結果均表明，相較于對照組，PLX5622處理后小鼠進入麻醉狀態的時間延長（不易麻醉），恢復覺醒狀態的時間縮短（容易覺醒）。這一現象在GABA受體激動劑（戊巴比妥鈉、丙泊酚）和NMDA受體激動劑（ketamine）誘導的麻醉過程中均有體現，并且不受外周髓系細胞清除的影響。神經元中c-Fos的表達常常與神經元的興奮性放電活動有關，被認為是神經元激活的標志。由于 Fos?mRNA 響應速度遠快于c-Fos蛋白表達14，作者用 Fos?mRNA標記麻醉狀態下激活的神經元，用c-Fos蛋白標記麻醉前清醒狀態下激活的神經元。免疫熒光結果表明，清除小膠質細胞后，無論麻醉狀態還是清醒狀態，促進麻醉的核團（AABR，Aesthesia Active Brain Region）中神經元活動都會出現不同程度降低，而促進覺醒的核團（EABR，Emergence Active Brain Region）中神經元活動則會出現不同程度增強。電生理記錄的結果進一步證實了小膠質細胞對于神經元興奮抑制平衡的重要調控作用。在清除小膠質細胞后，促進麻醉的下丘腦視上核（SON，supraoptic nucleus）E/I平衡偏向抑制，促進覺醒的藍斑（LC，locus coeruleus）E/I平衡偏向興奮。在分子機制方面，作者利用轉基因小鼠和藥理學調控等多種手段，證明小膠質細胞對于麻醉覺醒過程的調控依賴于它特有的P2Y12受體及下游胞內鈣離子水平，而不依賴于C1q介導的突觸吞噬作用。該研究證明小膠質細胞是麻醉過程的重要參與者，小膠質細胞的穩態是維持麻醉狀態的必要條件，從免疫系統調控神經系統的獨特角度揭示了全身麻醉的神經膠質機制（圖2）。

除此之外，該論文在Discussion部分詳細闡述通過光遺傳學和化學遺傳學對神經元細胞和非神經元細胞（如膠質細胞）的操控，指出了領域內存在的對非神經元細胞進行光遺傳學和化學遺傳學操控的概念性誤區。光遺傳學和化學遺傳學對非神經元細胞的操控并非簡單對應于其對神經元細胞的“激活”或“抑制”。相反，光遺傳學和化學遺傳學在非神經元細胞中的應用是通過調控這類細胞的胞內信號（如離子或G蛋白等）來改變非神經元細胞的狀態和功能。這對幫助領域厘清光遺傳學和化學遺傳學對膠質細胞的操控意義有重要價值。

復旦大學彭勃和舒友生教授是本論文的通訊作者，何旸（博士生）、劉陶慧（博士后）和何全勝（博士后）為共同第一作者，團隊成員柯蔚、李小鈺、杜金金、鄧穗馨、舒鎮峰、吳佳霖、楊寶智、王雨晴共同參與了這項研究。本研究得到了華山醫院毛穎教授和復旦大學饒艷霞教授的幫助，以及上海市第四人民醫院熊利澤教授、仁濟醫院俞衛鋒教授、陸軍軍醫大學胡志安教授、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心張哲教授、南昌大學彭吉云教授等學者的指導和支持。該研究在腦科學與類腦研究（中國腦計劃）重大研究計劃、國家自然科學基金、教育部科技領軍人才團隊、上海市基礎研究學術特區、上海市曙光計劃、上海市優秀學術帶頭人等項目的資助下完成。論文全文鏈接https://doi.org/10.7554/eLife.92252。

圖2 小膠質細胞調控麻醉覺醒過程的模式圖。

參考文獻

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