伏清堯，宋春雨

0 引言

右美托咪定(Dexmedetomidine，DEX)是一種高選擇性、高特異性的α2腎上腺素受體激動(dòng)劑[1]，其選擇性強(qiáng)，半衰期短，具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、催眠、抗焦慮、抑制交感神經(jīng)活性、減少麻醉劑用量、穩(wěn)定血流動(dòng)力學(xué)、呼吸抑制輕等作用。右美托咪定在1999 年就被美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于通氣時(shí)間短于24 h的機(jī)械通氣患者的鎮(zhèn)靜，于2009年被批準(zhǔn)用于手術(shù)患者全身麻醉時(shí)的輔助用藥。隨著對(duì)右美托咪定作用機(jī)制的臨床及動(dòng)物研究愈發(fā)深入，右美托咪定現(xiàn)已不僅僅局限于手術(shù)室及重癥監(jiān)護(hù)室，還廣泛應(yīng)用于功能神經(jīng)外科、小兒外科、心血管外科等[2-4]科室?，F(xiàn)就其藥理特性及神經(jīng)保護(hù)作用的相關(guān)信號(hào)通路展開(kāi)敘述。

1 藥理特性

右美托咪定是與可樂(lè)定相似的咪唑類(lèi)衍生物，主要經(jīng)肝臟代謝，腎臟及消化道排泄。右美托咪定與α2腎上腺素受體呈高度特異性結(jié)合(α2∶α1=1 620∶1)，結(jié)合率高于可樂(lè)定(α2∶α1=200∶1)。α2腎上腺素能受體有3種亞型：α2A、α2B、α2C。右美托咪定作用于分布在大腦內(nèi)的α2A受體，起到鎮(zhèn)靜催眠、抑制交感活性、對(duì)抗傷害性刺激等生理功能；作用于分布在血管平滑肌的α2B受體，起到收縮血管、升高血壓及利尿作用；作用于α2C受體，可調(diào)節(jié)認(rèn)知功能來(lái)處理感覺(jué)和情緒刺激引起的自發(fā)活動(dòng)并誘導(dǎo)低溫。右美托咪定產(chǎn)生的藥理作用與上述受體有關(guān)：在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)為鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗焦慮作用；在呼吸系統(tǒng)表現(xiàn)為減少通氣量、擴(kuò)張支氣管等作用；在心血管系統(tǒng)表現(xiàn)為血管收縮(α2B)、血管擴(kuò)張(α2A)及心動(dòng)過(guò)緩等作用；在泌尿系統(tǒng)表現(xiàn)為利尿作用；在內(nèi)分泌系統(tǒng)表現(xiàn)為去甲腎上腺素、胰島素、皮質(zhì)醇釋放減少及生長(zhǎng)激素釋放增加等作用；在消化系統(tǒng)表現(xiàn)為減弱腸道運(yùn)動(dòng)作用。此外，右美托咪定作用于藍(lán)斑核的α2腎上腺素受體所介導(dǎo)的催眠類(lèi)似于生理睡眠。而自然睡眠對(duì)維持生理穩(wěn)態(tài)很重要，包括保護(hù)免疫功能、恢復(fù)身體能量和修復(fù)潛在的內(nèi)在損傷[5]。

2 右美托咪定的神經(jīng)保護(hù)作用的相關(guān)信號(hào)通路

2.1 PI3k/Akt信號(hào)通路 PI3k(磷脂酰肌醇激酶)是由調(diào)節(jié)亞基p85和催化亞基p110構(gòu)成的二聚體，通過(guò)招募下游分子來(lái)激活A(yù)kt，Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，在正常生理?xiàng)l件下被磷酸化激活。PI3k/Akt信號(hào)通路激活后，可以通過(guò)激活不同的下游分子而產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用。Peng等[6]探討影響右美托咪定神經(jīng)保護(hù)作用的谷氨酸相關(guān)機(jī)制，以大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)作為缺血性腦卒中的模型。在缺血的環(huán)境下，細(xì)胞外谷氨酸積累所產(chǎn)生的興奮性毒性可以導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙，而90%的谷氨酸清除依賴(lài)于表達(dá)于星型膠質(zhì)細(xì)胞的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-1(Glutamate transportre-1，GLT-1)。結(jié)果顯示，右美托咪定預(yù)處理可上調(diào)GLT-1表達(dá)，降低梗死體積，改善神經(jīng)功能缺損評(píng)分(NDS)。Wang等[7]研究右美托咪定對(duì)大鼠七氟醚麻醉誘導(dǎo)所產(chǎn)生的神經(jīng)炎癥的影響，結(jié)果表明，七氟醚麻醉誘導(dǎo)大鼠皮質(zhì)和海馬促炎細(xì)胞因子水平升高，同時(shí)降低PI3K/Akt/mTOR通路的激活。右美托咪定可抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，并防止PI3K/Akt/mTOR通路失活。Wang等[8]研究右美托咪定對(duì)新生兒異丙酚誘導(dǎo)的神經(jīng)凋亡和青少年空間學(xué)習(xí)/記憶缺陷的影響，結(jié)果表明，在反復(fù)接觸異丙酚后，觀察到CA1海馬亞區(qū)Akt和GSK3β磷酸化降低，裂解的caspase3表達(dá)水平增加，Bax/Bcl2比值增加，末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標(biāo)記陽(yáng)性細(xì)胞增加。與對(duì)照組相比，產(chǎn)后29 d的Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)也顯示異丙酚治療后的空間學(xué)習(xí)和記憶缺陷。右美托咪定通過(guò)抗凋亡及使中斷的PI3K/Akt/GSK-3β信號(hào)通路正常化，改善了新生兒異丙酚接觸引起的神經(jīng)認(rèn)知障礙。Li等[9]在成年雄性SD大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)模型中，觀察在MCAO前30 min給予右美托咪定后神經(jīng)功能缺損評(píng)分、腦梗死面積及神經(jīng)元存活情況。結(jié)果顯示，右美托咪定治療缺血再灌注(I/R)大鼠，不僅降低了神經(jīng)功能缺損評(píng)分和腦死面積，而且改善了缺血半暗帶神經(jīng)元的存活率。

右美托咪定通過(guò)激活α2腎上腺素能受體，進(jìn)而激活PI3k/Akt通路。激活的PI3k/Akt通路能激活不同的下游分子：①該通路的激活能直接增加星形膠質(zhì)細(xì)胞中GLT-1的水平，清除細(xì)胞外積累的谷氨酸，從而減少神經(jīng)元的死亡。②該通路能激活mTOR(哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白)，mTOR能引發(fā)兩個(gè)生理效應(yīng)，不僅能磷酸化下游效應(yīng)器(核糖體蛋白s6激酶1、eIF4E結(jié)合蛋白)來(lái)促進(jìn)翻譯的起始和延伸，還能調(diào)節(jié)泛素-蛋白酶體系來(lái)抑制NF-κB信號(hào)，從而抑制促炎細(xì)胞因子(IL-6、IL-8、TNF-6)的表達(dá)，減少神經(jīng)炎癥。③活化的Akt(p-Akt，Ser)能使糖原合成酶激酶-3β(GSK3β)在Ser處磷酸化，降低GSK3β的活性。GSK3β在Ser處的磷酸化可負(fù)性調(diào)節(jié)促凋亡活性，減少凋亡標(biāo)記物(Bax)的產(chǎn)生，從而減輕海馬細(xì)胞凋亡，改善海馬相關(guān)任務(wù)的長(zhǎng)期記憶；除此之外，GSK3β還參與多種信號(hào)通路，Wnt信號(hào)是其中之一。Wnt/β-catenin是經(jīng)典的途徑，β-catenin作為GSK3β的下游效應(yīng)分子發(fā)揮作用。GSK3β能磷酸化β-catenin并在細(xì)胞質(zhì)中降解。因此，抑制GSK3β活性可使β-catenin在胞漿中穩(wěn)定和積累，并且β-catenin能穿梭于細(xì)胞核，與轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，激活或抑制重要的靶基因。非經(jīng)典Wnt/Ryk信號(hào)通路可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性和脊髓突觸可塑性[10]。

2.2 Drp1-Bax信號(hào)通路 作為GTPase家族的成員，Drp1與線粒體的形態(tài)、分布、重塑以及神經(jīng)元損傷和突觸變性的激活有關(guān)。激活的Drp1通過(guò)誘導(dǎo)Bax的線粒體易位，增加細(xì)胞色素C的釋放并激活caspase-3/-9信號(hào)通路，進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)胞凋亡作用；此外，Drp1還能介導(dǎo)細(xì)胞的代謝紊亂并抑制線粒體內(nèi)谷胱甘肽的水平以削弱自由基清除能力，進(jìn)一步增加線粒體活性氧(ROS)的產(chǎn)生，加重線粒體功能障礙，由此形成惡性循環(huán)[11]。Shan等[12]將孕20 d的大鼠暴露于3%七氟醚中4 h，在暴露于七氟醚或?qū)φ諝怏w前15 min，分別腹腔注射生理鹽水和右美托咪定。研究結(jié)果表明，孕晚期七氟醚麻醉可引起仔鼠海馬神經(jīng)元損傷，且隨著Drp1和Bax表達(dá)增加，Bcl2表達(dá)下降。右美托咪定可以通過(guò)抑制Drp1和Bax的激活來(lái)顯著抑制Drp1相關(guān)的線粒體動(dòng)力學(xué)異常，從而減輕神經(jīng)損傷實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用。

2.3 PGC-1α信號(hào)通路 過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α(PGC-1α)是一種多功能蛋白，在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著重要作用。它能促進(jìn)炎癥因子的表達(dá)及招募炎癥細(xì)胞，并誘導(dǎo)新生血管的生成，形成抗炎環(huán)境來(lái)發(fā)揮抗炎作用，進(jìn)而減輕細(xì)胞損害。Li等[13]在腦外傷模型中評(píng)估了右美托咪定的神經(jīng)保護(hù)作用及其可能機(jī)制，研究表明，右美托咪定減輕了腦水腫和神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，提高了行為功能。創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)后，PGC-1α蛋白從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核移動(dòng)，使核PGC-1α水平顯著升高，DEX促進(jìn)了這種轉(zhuǎn)運(yùn)。與對(duì)照組相比，TBI組PGC-1α信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá)增加，提示創(chuàng)傷性腦損傷抑制PGC-1α信號(hào)通路的激活。TBI+DEX組PGC-1α高表達(dá)，提示右美托咪定激活了PGC-1α信號(hào)通路的活性，從而發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用。

2.4 Nrf2/HO-1信號(hào)通路 Nrf2是一種重要的保護(hù)性蛋白，在細(xì)胞適應(yīng)氧化應(yīng)激的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，它能提高a相酶的活性，如醌氧化還原酶1(NQO1)與血紅素加氧酶-1(HO-1)。血紅素加氧酶(HO)是血紅素分解代謝中的限速酶,有3種同工酶：HO-1、HO-2和HO-3，其中HO-1為誘導(dǎo)型，又稱(chēng)熱休克蛋白32 (HSP32)，主要分布于肝、脾、骨髓等組織[14]。HO-1作為體內(nèi)重要的抗氧化酶，通過(guò)酶解產(chǎn)物(膽紅素、CO)發(fā)揮抗氧化、抑制細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)炎癥、促進(jìn)血管生成、改善微循環(huán)等保護(hù)作用。Li等[15]探討了右美托咪定應(yīng)用于創(chuàng)傷性腦外傷TBI是否能減輕神經(jīng)炎癥誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，結(jié)果表明，創(chuàng)傷性腦外傷刺激大鼠出現(xiàn)明顯的神經(jīng)細(xì)胞凋亡，而創(chuàng)傷性腦外傷+DEX組神經(jīng)細(xì)胞凋亡較少。正是由于右美托咪定促進(jìn)了Nrf2從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核的遷移并與細(xì)胞核中抗氧化反應(yīng)元件序列結(jié)合，上調(diào)Nrf2下游因子HO-1和NQO-1的表達(dá)，顯著抑制炎癥反應(yīng)因子TNF-α、IL-1b、NF-jB和IL-6的表達(dá)，從而減少神經(jīng)元凋亡實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用[16]。

2.5 TSC2/mToR信號(hào)通路 結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物2 (Tuberous sclerosis complex 2，TSC2)的基因產(chǎn)物被認(rèn)為是一種腫瘤抑制因子，能夠刺激特定的GTP酶。雷帕霉素的哺乳動(dòng)物靶點(diǎn)(mTOR)對(duì)自噬有負(fù)性調(diào)節(jié)，TSC2通過(guò)負(fù)調(diào)控mTOR通路增強(qiáng)自噬，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用。自噬是真核細(xì)胞的Ⅱ型程序性死亡，它與凋亡不同，能使細(xì)胞在饑餓時(shí)補(bǔ)充能量并產(chǎn)生合成代謝反應(yīng)的底物。Zhu等[17]探討了右美托咪定對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的保護(hù)作用與自噬密切相關(guān)TSC2/mTOR信號(hào)通路的關(guān)系，研究結(jié)果表明，右美托咪定可通過(guò)TSC2/mTOR途徑促進(jìn)或增強(qiáng)氧葡萄糖剝奪(Oxygen-glucose deprivation，OGD)后星形膠質(zhì)細(xì)胞的自噬，提高OGD后3 h星形膠質(zhì)細(xì)胞的存活率和凋亡率。右美托咪定能夠激活TSC2，后者能抑制mTOR磷酸化，從而誘導(dǎo)和增強(qiáng)自噬來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)星狀神經(jīng)節(jié)的保護(hù)效應(yīng)。

既往研究表明，DEX通過(guò)促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)的表達(dá)來(lái)抑制神經(jīng)元自噬，從而保護(hù)局灶性腦缺血。而Zhu等[17]研究認(rèn)為，DEX的神經(jīng)保護(hù)作用也可能與通過(guò)TSC2/mTOR途徑增強(qiáng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞自噬有關(guān)。當(dāng)腦缺血再灌注時(shí)，自噬可能在不同的神經(jīng)細(xì)胞(如神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞)中發(fā)揮不同的作用。由于自噬不僅出現(xiàn)在生理過(guò)程中，還能出現(xiàn)在病理過(guò)程中，因此，它對(duì)缺血大腦的作用尚不清楚，需進(jìn)一步研究闡明。

2.6 TLR4/ NF-βB信號(hào)通路 Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)是參與非特異性免疫(天然免疫)的一類(lèi)重要蛋白質(zhì)分子，也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。其中，TLR4是介導(dǎo)內(nèi)毒素/脂多糖應(yīng)答最主要的受體。TLR4可識(shí)別細(xì)菌脂多糖，并感知內(nèi)源性配體，包括透明質(zhì)酸、氧化低密度脂蛋白和熱休克蛋白。TLR4與配體的接觸通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)域觸發(fā)細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)，激活核因子-βB (Nuclear factor-kappa B，NF-βB )和絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)炎癥基因的表達(dá)。Cheng等[18]研究了在大鼠缺血再灌注模型中，TLR4受體激動(dòng)劑脂多糖是否能阻斷右美托咪定的神經(jīng)保護(hù)作用，結(jié)果表明，右美托咪定預(yù)處理可減少缺血引起的海馬CA3區(qū)形態(tài)學(xué)改變和TLR4表達(dá)下調(diào)，但與TLR4激動(dòng)劑脂多糖共同治療可部分阻斷這些神經(jīng)保護(hù)作用。因此，右美托咪定通過(guò)抑制TLR4在缺血再灌注損傷中的表達(dá)，從而抑制各種炎癥細(xì)胞因子的激活來(lái)發(fā)揮多器官保護(hù)作用。

2.7 GSK-3β/CRMP2和CDK5/CRMP2信號(hào)通路 糖原合成酶激酶-3 (Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)是一種在進(jìn)化上非常保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶，能作用于眾多信號(hào)蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化、增殖、存活和凋亡。細(xì)胞周期素依賴(lài)蛋白激酶5(Cycline dependent kinase-5，CDK5)是由脯氨酸引導(dǎo)的絲氨酸/蘇氨酸激酶，作為一種多功能激酶，其主要功能是參與神經(jīng)細(xì)胞遷移、軸突導(dǎo)向、突觸發(fā)生與傳遞。近年的研究發(fā)現(xiàn)，CDK5在多種組織中表達(dá)，通過(guò)磷酸化不同的調(diào)節(jié)底物發(fā)揮多種生物學(xué)作用。膠原反應(yīng)介質(zhì)蛋白2(Collapsin response mediator protein 2，CRMP2)結(jié)合微管蛋白微管和肌動(dòng)蛋白絲在內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)，在軸突引導(dǎo)、樹(shù)突棘及突觸可塑性的發(fā)育中發(fā)揮重要作用，CRMP2磷酸化可以降低與這些細(xì)胞骨架蛋白的親和力。GSK-3β、CDK5、熱激酶(Rho-kinase，RhoA)分別在Thr514、Ser522、Thr555位點(diǎn)磷酸化其下游靶點(diǎn)CRMP2，降低CRMP2與細(xì)胞骨架蛋白的親和力，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元微管、肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)、樹(shù)突棘和突觸的發(fā)育。Li等[19]將7 d齡SD大鼠用異丙酚麻醉6 h，在異丙酚暴露前給予不同濃度的DEX，旨在探討GSK-3β、CDK5和RhoA通路是否參與右美托咪定的神經(jīng)保護(hù)，結(jié)果顯示，右美托咪定通過(guò)抑制新生大鼠海馬GSK-3β/CRMP2和CDK5/CRMP2通路的激活，降低異丙酚引起的神經(jīng)毒性和神經(jīng)認(rèn)知障礙。右美托咪定能夠抑制CRMP2在Thr514和Ser522的磷酸化來(lái)降低GSK-3β/CRMP2和CDK5/CRMP2通路的激活，從而抑制神經(jīng)元凋亡來(lái)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用。

2.8 Erk1/2/CREB/BDNF信號(hào)通路 cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element-binding protein，CREB)是一種在大腦中廣泛表達(dá)的核轉(zhuǎn)錄因子，在腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 (Brain-derived neurotrophic factor，BDNF)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要功能，CREB蛋白的生物學(xué)活性受其磷酸化狀態(tài)的調(diào)控，只有磷酸化的CREB才能激活下游基因的表達(dá)[20]。胞外信號(hào)通過(guò)第二信使的介導(dǎo)激活多種蛋白激酶(如蛋白激酶Erk1/2)，蛋白激酶Erk1/2催化CREB第133位絲氨酸的磷酸化，磷酸化后的CREB活性增強(qiáng)，進(jìn)而與BDNF啟動(dòng)子結(jié)合，CREB能促進(jìn)BDNF基因及抗凋亡蛋白基因Bcl-2的表達(dá)，BDNF通過(guò)調(diào)節(jié)海馬突觸可塑性和促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生來(lái)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用[21-22]。Tu等[23]將原代海馬神經(jīng)元在體外培養(yǎng)8 d，評(píng)估右美托咪定對(duì)建立的異丙酚誘導(dǎo)的體外發(fā)育性腦損傷模型的保護(hù)作用。結(jié)果顯示，異丙酚顯著降低細(xì)胞活力，誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，下調(diào)BDNF mRNA的表達(dá)，下調(diào)磷酸-Erk1/2(p-Erk1/2)、磷酸-CREB(p-CREB)和BDNF蛋白的表達(dá)。右美托咪啶預(yù)處理提高了神經(jīng)元活力，減輕了異丙酚誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡，挽救了異丙酚誘導(dǎo)的BDNF mRNA和p-Erk1/2、p-CREB和BDNF蛋白水平的下調(diào)。

右美托咪定通過(guò)與咪唑啉I1受體結(jié)合并激活蛋白激酶Erk1/2，級(jí)聯(lián)激活 Akt和Erk1/2信號(hào)通路下游的轉(zhuǎn)錄因子CREB，從而使轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物BDNF和抗凋亡因子Bcl-2的表達(dá)增加，以此對(duì)異丙酚誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性提供神經(jīng)保護(hù)作用。

3 結(jié)論

目前的研究顯示，右美托咪定的神經(jīng)保護(hù)作用較為肯定，能調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和自噬，也能抑制神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激，并且能減輕麻醉藥物所導(dǎo)致的神經(jīng)損傷，促進(jìn)神經(jīng)的發(fā)生。其神經(jīng)保護(hù)作用及作用機(jī)制還有待更多的動(dòng)物試驗(yàn)及臨床實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。