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血清素细胞推快麻醉恢复,诱导时间却基本不变

CNS neuroscience & therapeutics · 2021-05-11

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CNS neuroscience & therapeutics · 研究前沿

血清素细胞推快麻醉恢复,诱导时间却基本不变

DRN血清素细胞在异氟烷麻醉时活动下降,停药后回升。增强或抑制其活动,可双向改变脑电爆发抑制和翻身反射恢复;受体药理结果提供了另一层线索。

AI概念图:暖色神经元与周围蓝色网络的活动差异,示意促觉醒系统参与状态转换,不代表实验数据或精确解剖

麻醉结束,动物重新翻正身体,看上去只是一次动作恢复,背后却可能有促觉醒系统重新参与。2021年5月11日发表于 CNS Neuroscience & Therapeutics 的研究,将目光放到背侧中缝核(DRN)的血清素细胞。小鼠实验显示,这群细胞在异氟烷麻醉时活动降低,麻醉减退时重新活跃;改变其活动,会影响麻醉维持期脑电和翻身反射恢复,却没有显著改变失去翻身反射所需时间。进入与退出同一种状态,呈现出并不对称的调节。

关键发现

DRN血清素细胞激活降低爆发抑制比例、缩短翻身反射恢复时间,抑制则相反;两者均未显著改变诱导时间。大鼠药理实验支持血清素及5-HT1A、5-HT2C信号参与,但具体下游仍未确定。

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麻醉时安静下来,恢复前先回升

DRN是脑内重要的血清素来源,参与睡眠、清醒和多种状态调节。研究首先看到,异氟烷麻醉后,DRN血清素细胞中带有活动相关标记Fos的比例减少。这个终点观察,提示细胞群在麻醉中处于不同的活动状态。

连续钙记录补上了时间轴:麻醉开始后,群体信号逐渐降低;停止麻醉药吸入后,信号重新上升,而且早于翻身反射恢复。它并不只是记录到动物重新活动后的响应,而是捕捉到行为恢复之前的活动回归。钙信号与Fos分别提供动态和终点证据,方向彼此一致。

原论文图 1麻醉时安静下来,恢复前先回升
麻醉时安静下来,恢复前先回升
Figure 1:DRN血清素细胞的Fos共标记和群体钙信号。麻醉期间活动降低,停药后钙信号在翻身反射恢复前回升。
来源:Li A et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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脑电中的静默片段,也随细胞活动改变

在麻醉维持期,脑电可出现较活跃的爆发与低活动的抑制片段交替。爆发抑制比例(BSR)描述记录中抑制片段所占的比例,是观察麻醉相关脑活动的一项指标。它与行为反射共同描述脑状态的不同侧面,让两类证据彼此补充。

增强DRN血清素细胞活动,BSR降低;抑制这群细胞,BSR上升。双向变化说明,这群细胞不仅随麻醉状态一起改变,也能反过来调节维持期的脑电表现。这一步证据落在麻醉维持期的电活动模式,后续行为检验再转向反射恢复。

原论文图 2脑电中的静默片段,也随细胞活动改变
脑电中的静默片段,也随细胞活动改变
Figure 2:增强或抑制DRN血清素细胞后,麻醉维持期脑电及爆发抑制比例向相反方向变化。
来源:Li A et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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影响恢复,却不显著改变进入麻醉的速度

行为检验进一步区分两个阶段:失去翻身反射用于描述诱导,重新获得翻身反射用于描述恢复。增强DRN血清素细胞活动后,恢复时间缩短,但诱导时间未显著改变;抑制活动则延长恢复,诱导仍未显著改变。

这组不对称结果很关键。它让问题从“这群细胞能否对抗麻醉”变成更具体的“它们怎样参与退出麻醉”。翻身反射是可观察的行为终点,指向运动与觉醒状态的恢复环节,而不等于已经测量了完整的意识内容。

原论文图 3影响恢复,却不显著改变进入麻醉的速度
影响恢复,却不显著改变进入麻醉的速度
Figure 3:DRN血清素细胞增强与抑制对诱导、恢复时间的影响。恢复双向改变,两种干预下诱导时间均未显著变化。
来源:Li A et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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从细胞转向递质,证据来自另一种动物

血清素细胞还可能共同释放其他递质,因此改变细胞活动,并不自动等同于只改变血清素。团队在大鼠中补充递质和受体药理实验,发现外源血清素在部分受测条件下缩短翻身反射恢复时间,较低受测水平没有显著效应。

5-HT1A受体激活与阻断分别使恢复加快与减慢。联合激活5-HT2A/2C的受测结果也偏向加快恢复;随后比较中,5-HT2C阻断延缓恢复,5-HT2A阻断却未见显著改变。几类其他受体的受测药理条件同样没有显著恢复效应。

原论文图 4从细胞转向递质,证据来自另一种动物
从细胞转向递质,证据来自另一种动物
Figure 4:大鼠中的血清素及受体药理结果。效应随受测条件而异,5-HT2A拮抗比较未显著改变恢复时间;该图与小鼠细胞干预实验分开。
来源:Li A et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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受体的细胞效应不同,网络结果却可能相近

5-HT1A与5-HT2C受体并不通过完全相同的细胞过程工作。前者常与抑制性细胞效应相连,后者的调节性质不同,但整张网络最后出现的恢复方向可以相似。抑制一个促睡眠节点,和增强一个促觉醒节点,都可能把状态推向相近方向。

这是作者讨论的可能解释。当前药理结果尚未把受体作用定位到某一类下游细胞,也没有直接连接起“DRN激活—特定靶区受体—反射恢复”的完整链条。不同投射群体怎样分工,仍是机制中需要补上的部分。原文讨论还提到,以往睡眠研究指向5-HT2A的促觉醒效应,而本研究相应拮抗比较未显著改变麻醉恢复。睡眠与麻醉共享部分系统,却未必共享每一层受体分工。

一项研究,拆开三个相互关联的层面

小鼠的细胞活动、维持期脑电和翻身反射,大鼠的受体药理,共同支持DRN血清素系统参与异氟烷麻醉恢复。它们分别回答状态如何变化、活动能否影响状态、哪些递质信号可能参与;相互支持,也保留各自的测量范围。

从这一角度看,恢复并非仅是麻醉作用逐渐消退的被动过程,促觉醒细胞也能改变恢复进程。至于共同释放递质的贡献、各投射靶区的作用,以及其他麻醉状态是否沿用相同组织方式,这项研究尚未逐一检验。

论文信息

Li A, Li R, Ouyang P, Li H, Wang S, Zhang X, Wang D, Ran M, Zhao G, Yang Q, Zhu Z, Dong H, Zhang H.
Dorsal raphe serotonergic neurons promote arousal from isoflurane anesthesia
CNS neuroscience & therapeutics · 2021-05-11
DOI: 10.1111/cns.13656