6.全身麻醉药致遗忘及记忆抑制作用机制的研究进展

全身麻醉是一种药物诱导的可逆的复杂神经生物状态，包括遗忘（amnesia）、无意识（unconsciousness）、制动（immobility）和无痛（analgesia）。接受全身麻醉的患者对术中事件的遗忘和记忆抑制是全身麻醉的理想终点之一。尽管近10年来在生物物理学、生理学和神经科学方面取得的进步极大地促进了我们在系统水平上对全身麻醉的理解，但是我们对全身麻醉药致遗忘及记忆抑制作用机制仍知之甚少。

大量研究证据表明，全身麻醉药致遗忘及记忆抑制作用取决于全身麻醉药的类型、药物剂量，以及特定的记忆类型。全身麻醉药可通过调控大脑特定区域（例如海马、前额皮质、杏仁核等）的特定分子靶标（例如GABA_A受体，NMDA受体，K2P离子通道等）、突触等，来调控神经元兴奋性和脑区功能连接，进而介导其致遗忘及记忆抑制作用。随着结构生物学和生物物理学研究的进步，研究发现全身麻醉药作用分子靶标的不同亚型组成和空间分布可能有助于介导特定的麻醉行为终点。此外，具有时空维度的功能磁共振成像（functional MRI，fMRI），脑电图（EEG）和局部场电位（local field potentials，LFPs）记录技术的进步，使我们能够更加客观准确地研究全身麻醉药对神经系统的影响，并有望通过研究特定类型的振荡和脑区功能连接状态来探究全身麻醉药剂致遗忘及记忆抑制作用机制，有望评估，甚至预测术中遗忘和记忆抑制的行为终点。

一、全身麻醉与遗忘

遗忘是指记忆的部分或全部丢失。记忆的形成发生在大脑的各个部位，包括海马、杏仁核、前额叶皮质、其他皮质感觉和运动区域。理想的全身麻醉下，患者应该不记得手术过程中发生了什么。在这种情况下，内隐记忆（implicit memory）和外显记忆（explicit memory）的形成的可能性是相关的。外显记忆是指有意识地感知和保留的信息，随后可以报告。在手术麻醉过程中意外醒来的患者通常会遭受不愉快的经历，这种经历的记忆可以保留很长一段时间。内隐记忆指的是无意识地感知的信息，且随后不能报告。假如在手术过程中患者无意识地感知到医师的名字叫罗伯特。那么“罗伯特”一词就开始与痛苦的经历相关联，并带有负面消极的情绪，导致术后患者不喜欢叫“罗伯特”的人。在这种情况下，患者无意识地感知和保留的信息影响了患者行为，但却无法回忆。其中，全身麻醉药诱导的遗忘通常会影响患者对麻醉开始后发生事件的回忆，即顺行性遗忘。

二、全身麻醉药的致遗忘及记忆抑制作用

多数全身麻醉药在低于诱导无意识和制动的浓度/剂量下即可抑制记忆，产生致遗忘作用。在动物实验中，亚麻醉剂量的氟烷（0.14%），异氟烷（0.28%）和一氧化二氮（42%）即可有效抑制Sprague-Dawley大鼠在条件性恐惧行为范式下的记忆表现。在多项针对健康志愿者的研究中，0.23%的异氟烷（≈0.2MAC，约为诱导制动所需异氟烷浓度的20%），或低剂量的静脉麻醉药氯胺酮（0.27mg/kg）均可抑制志愿者对单词的记忆和学习。

不同类型的全身麻醉药诱导遗忘的效能不同。在最低肺泡有效浓度（minimum alveolar concentration，MAC）等效浓度下，吸入麻醉药的致遗忘作用比其他全身麻醉药更为明显。在动物研究中，较低浓度的七氟烷（0.3%）和氟烷（0.15%）以及较高剂量的地氟烷（1%）显著地抑制记忆表现。其中，异氟烷显示出比MAC等效浓度的一氧化二氮更强的记忆抑制能力。此外，相较于丙泊酚，咪达唑仑有着更强的内隐记忆和外显记忆抑制作用。

记忆过程与时间密切相关，全身麻醉药对时间依赖的记忆类型的影响也不同。短期记忆（short-term memory），即工作记忆（working memory），在低剂量全身麻醉药暴露下仍保持完整且不受影响。因此，在麻醉诱导开始后较短时间内仍可以与患者进行简单的对话。然而，短期记忆（简单的对话、交谈）在麻醉苏醒后通常无法回忆。其原因可能是由于从浅麻醉期间发生的短期记忆到长期记忆的转化，即记忆编码，被全身麻醉药所破坏。随着麻醉深度的增加，即使是短期记忆也将被抑制，直至患者无法记住1～2s内信息为止。重要的是，通常认为全身麻醉药不会破坏已经储存并整合在皮质中的长期记忆（long-term memory）。总而言之，全身麻醉药的致遗忘和记忆抑制作用取决于全身麻醉药的类型、药物剂量以及特定的记忆类型。

三、全身麻醉药致遗忘及记忆抑制作用相关的脑区

记忆过程涉及多个脑区，包括海马、皮质、杏仁核、新纹状体和小脑等。全身麻醉药通过作用于分子靶点、突触等，调控神经元兴奋性和脑区功能连接，进而广泛地抑制大脑活动。然而，全身麻醉药作用于中枢神经系统或大脑区域引起遗忘和记忆抑制作用的具体机制目前仍未阐明。

海马是刺激感知、信息记忆和检索过程中的关键脑区之一。像中枢神经系统中的其他脑区一样，神经递质（GABA和NMDA受体等）以及各种代谢型和离子型受体在海马广泛表达。因此，全身麻醉药可通过直接作用于海马的特定分子靶标，调节海马神经元放电来发挥其致遗忘作用。海马锥体细胞中高密度的α5-GABA_A受体可能与学习、记忆和认知有关。多项体外和体内研究表明，低浓度的全身麻醉药可选择性增强海马锥体神经元α5-GABA_A受体的活性，从而调节全身麻醉药的记忆抑制作用。α5-GABA_A受体基因全敲小鼠表现出对吸入麻醉药七氟烷和异氟烷诱导记忆抑制作用的抵抗。用α5-GABA_A受体负性调节剂L-655，708预处理能够逆转异氟烷诱导的短期和长期记忆抑制。值得关注的是，全身麻醉药作用于α5-GABA_A受体也可能是术后早期持续性记忆障碍的原因之一。这些研究结果提示，α5-GABA_A受体在全身麻醉药的记忆抑制中有着重要作用，但并不是选择性地介导其致遗忘和记忆抑制作用的特异性分子靶标。同样重要的是，最新研究表明，星形胶质细胞可通过调节D-丝氨酸用于突触NMDA受体的激活，进而促进海马依赖的记忆过程。新的细胞蛋白质合成参与了短期记忆到长期记忆的转化。此外，研究发现致遗忘剂量的丙泊酚、七氟烷和地氟烷均可抑制海马活性调节的细胞骨架蛋白的表达，该蛋白直接参与改变突触功能。因此，上述研究结果提示，全身麻醉药也可能通过抑制记忆依赖的蛋白质形成，从而介导其致遗忘和记忆抑制作用。

海马对于记忆的形成非常重要，但是随着时间的推移，记忆从依赖于海马转至皮质网络（cortical networks）。大脑皮质网络对于长期记忆和记忆存储具有非常重要的作用。大脑皮质是全身麻醉药的重要直接靶点。研究发现，在致遗忘剂量下，丙泊酚可减少大脑右侧前额叶和顶叶区域的脑血流量，显著降低皮质网络神经元兴奋性。越来越多的证据表明，皮质网络（特别是额-顶叶网络）的破坏或功能断开是全身麻醉的重要基础。其中，记忆的编码取决于不同脑区神经元集合的刺激增强偶合（stimulus-enhanced coupling），最为重要的就是海马和前额叶皮质。

全身麻醉药可防止患者手术期间厌恶性记忆（aversive memory）的形成。这种厌恶性记忆也被称为内隐记忆，它是无意识中感知的，且无法回忆起的，但随后可能会影响行为和情感。在许多大脑区域中，杏仁核（amygdala）作为边缘系统的一部分，已被视为与这种类型记忆有关的目标区域。与海马不同，杏仁核是获得恐惧学习和记忆，以及长期存储和检索的关键脑区结构。巴甫洛夫的条件恐惧实验（Pavlovian fear conditioning test）是用于研究恐惧相关学习和记忆的经典行为学范式。全身麻醉药（异氟烷、七氟烷和丙泊酚）在亚麻醉浓度下即可抑制恐惧学习和记忆能力。杏仁核基底外侧（basolateral amygdala，BLA）的损伤可以抑制苯二氮和丙泊酚在体内诱导的遗忘作用。研究表明，在BLA内注射GABA受体拮抗剂可以改善记忆巩固，而注射GABA受体激动剂可以抑制记忆。此外，丙泊酚诱导的顺行性遗忘也受BLA中内源性大麻素CB1受体激活的调节。BLA内或全身注射CB1受体拮抗剂AM251可以阻断丙泊酚的致遗忘作用。最新研究发现，杏仁核-背侧前扣带回皮质环路在氯胺酮和咪达唑仑镇静下的非人灵长类动物的厌恶性记忆的获取和维持中有着重要作用。麻醉下记忆获取期间杏仁核和背侧前扣带回皮质中神经元的放电速率可用于预测麻醉后的记忆保留反应。

尽管海马、皮质和杏仁核是记忆形成和全身麻醉诱导遗忘的关键脑区，但全身麻醉药也被证明与记忆过程中涉及的其他神经结构相互作用，例如突触传递和连接不同脑区的振荡节律等。未来的研究应该在分子、环路网络、系统水平上进一步探讨全身麻醉药致遗忘和记忆抑制作用背后的机制。

四、全身麻醉药致遗忘及记忆抑制作用的分子机制

近10年来，全身麻醉药作用的特定分子靶标，包括GABA_A受体、NMDA受体、K2P离子通道、HCN离子通道等，先后被报道参与了全身麻醉药调控神经元兴奋性，脑区功能连接和脑区振荡节律，介导其致遗忘及记忆抑制作用的分子机制。

记忆通过突触的可塑性变化存储在神经网络中。其中，NMDA受体参与诱导海马的长时程增强（long-term potentiation，LTP）和长时程抑制（long-term depression，LTD），这对于记忆形成所必需的突触可塑性过程至关重要。研究表明，NMDA受体参与了新皮质和海马中高频刺激诱导的LTP，这对于联想记忆的形成和巩固是必要的。值得注意的是，LTP及其去增强依赖于皮质和海马NMDA受体的GluN2A亚基，而LTD依赖于GluN2B亚基。而且，内嗅皮质的NMDA受体被也证明与记忆处理过程中theta振荡的产生和调节有关。此外，最近的研究表明，内侧隔区与背侧海马CA1区之间存在谷氨酸能NMDA通路。预先在内侧前额叶皮质注射GABA_A受体拮抗剂可显著抑制氯胺酮对小鼠的致遗忘作用。这些结果表明，谷氨酸能系统和GABA能系统的相互作用对于学习和认知表现至关重要。氯胺酮是一种以NMDA受体拮抗特性为主的静脉全身麻醉药，其在亚麻醉剂量即可产生致遗忘作用。然而，NMDA受体是否是氯胺酮致遗忘作用的直接靶标仍值得探究。事实上，除氯胺酮外，大多数具有明显致遗忘作用的吸入麻醉药也可以部分抑制NMDA受体。然而，低浓度的吸入麻醉药致遗忘及记忆抑制效能高于氯胺酮，且吸入麻醉药对NMDA受体仅有轻度的抑制作用。此外，目前研究证明NMDA受体仅对于记忆的形成和巩固是必需的，而非记忆的其他处理过程（尤其是记忆的编码）。因此，目前已有的证据提示NMDA受体仅参与记忆形成，可能与全身麻醉药引起的遗忘和记忆抑制没有直接关系。

如果NMDA受体不是全身麻醉药致遗忘和记忆抑制的一般分子机制，那么到目前为止，GABA_A受体可能是研究最为广泛的候选分子靶点。大量研究证明，包含α5亚基的突触外GABA_A受体是全身麻醉药诱导短暂和持久的记忆抑制的重要机制之一。α5-GABA_A受体主要集中在大脑海马体中，几乎占所有海马GABA_A受体的25%，在CA1和CA3突触外位点的树突区域中更为丰富。研究发现突触外GABA_A受体对GABA具有更高的亲和力，这一特征与在较低血浆浓度下即可发生的全身麻醉药致遗忘特性一致。除了参与全身麻醉药的致遗忘作用外，α5-GABA_A受体还被证明在麻醉后的持续性记忆缺陷中起关键作用，通过抑制α5-GABA_A受体可以完全逆转麻醉后的记忆障碍。这一分子机制也在吸入麻醉药异氟烷暴露引起的持续性记忆缺陷中被证实。与全身麻醉药诱导的遗忘相反，麻醉暴露引起的持续性记忆缺陷与突触外GABA_A受体膜表达的变化有关。研究报道，含有α5亚基的GABA_A受体被认为是治疗精神分裂症、孤独症谱系障碍、阿尔茨海默病等认知功能障碍的重要分子靶标。α5-GABA_A受体是否也可以作为调节记忆功能或介导记忆抑制作用的选择性治疗靶点仍待进一步研究。目前来看，由于毒性、不良反应或副作用，许多在实验和临床上用于治疗上述疾病的α5-GABA_A受体特异性靶向药物已被中止。此外，除了α5亚基，含有α4，β2和/或β3亚基的GABA_A受体也被证明有助于依托咪酯的致遗忘及记忆抑制作用。

超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels，HCN）在调控神经元膜电位和兴奋性中具有重要作用。研究发现，HCN1通道全敲小鼠表现出运动、学习障碍，而选择性前脑HCN1通道敲除小鼠表现出空间学习能力的提高。此外，选择性前脑HCN1通道敲除小鼠表现出对吸入麻醉药致遗忘和记忆抑制作用的抵抗，但其制动的MAC无显著改变。该研究结果提示前脑HCN1通道可能参与吸入麻醉药的致遗忘作用，而非制动。在这项研究中，吸入麻醉药仍可以在选择性前脑HCN1通道小鼠中以更高的浓度诱导遗忘作用，该结果提示前脑HCN1并非全身麻醉药致遗忘作用的一般机制。然而，HCN1通道是否有助于静脉麻醉药的致遗忘作用，以及其他脑区域HCN1通道是否有助于全身麻醉药的致遗忘作用，仍待进一步研究。

五、脑电振荡模式与全身麻醉药诱导的遗忘及记忆抑制

脑电图或局部场电位记录可直接测量反映以皮质为主或特定脑区的神经元群体活动。大量研究表明，全身麻醉药会诱导产生特定类型的振荡，并破坏或改变参与正常信息处理的内源性振荡。最新研究发现，睡眠期间皮质-海马-皮质中存在快速的信息流循环，并伴有尖波波纹的发生，这进一步证明了与记忆相关的振荡参与了记忆处理。尖波波纹是一种特定的神经活动模式，参与支持多种海马、皮质依赖的学习、记忆和认知功能。研究发现，致遗忘浓度的异氟烷，非选择性α-GABA_A受体激动剂或NMDA受体拮抗剂可显著抑制海马尖波波纹的发生频率、幅值和持续时间。此外，theta振荡是海马及其相关脑区的一种节律性神经活动，也被证明参与记忆和认知功能，尤其是记忆编码。研究表明，海马和隔膜胆碱能神经元，NMDA受体和TASK-3离子通道参与了theta振荡的产生和调节。海马theta振荡峰值频率的减慢与吸入麻醉药麻醉诱导的遗忘有关。上述研究结果提示，全身麻醉药可能通过干扰尖波波纹和theta振荡的内在特性，破坏海马和皮质的连接性和信息流，从而产生致遗忘和记忆抑制作用。因此，从额叶脑电图或局部场电位获得的特定类型振荡的细微变化（频率、功率、幅值、持续时间等）具有很高的基础科学和临床价值。然而，能否可以从脑电图中获得的特定类型的振荡来评估，甚至预测全身麻醉药致遗忘和记忆抑制的行为终点，仍有待研究。

六、总结和展望

尽管过去十多年在确定全身麻醉药的药理学结合位点和神经元环路方面取得了极大的进步，但是目前关于全身麻醉药致遗忘和记忆抑制作用机制仍知之甚少。几乎所有类型的全身麻醉药（包括增强抑制性和/或抑制兴奋性的麻醉药），都可通过特定的分子靶点、神经环路、大脑区域产生遗忘和记忆抑制作用。对其分子靶标、神经元环路机制的进一步理解有助于研发新型麻醉药，以及新的方法来监测，甚至预测术中记忆行为终点。此外，全身麻醉药也是用于研究学习和记忆的生物学机制及神经底物的有力工具药。对全身麻醉药致遗忘作用的分子和细胞事件更深入的研究和理解，将有助于我们更好地了解学习和记忆。总而言之，在当下越来越接近全身麻醉机制真相的时刻，我们更应该关注全身麻醉药致遗忘和记忆抑制的作用机制。

（赵帅　陈向东）

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