【论肿道麻】痛苦的选择：麻醉药如何影响细胞外囊泡的成分和功能

麻醉方案的选择将影响大手术后的临床结局。研究证明异丙酚对不同的癌症结局发挥有益的作用，而挥发性麻醉药可能有利于心脏手术。近年来，细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)被发现是肿瘤发生和转移等生理和病理生理过程中重要的信号媒介。根据它们的细胞来源，EVs可以实现治疗功能。除了体外产生的EVs外，适当的系统干预如远程缺血预处理(Remote Ischemic Preconditioning，RIPC)被认为可以促进内源性释放治疗活性的EVs，以介导心脏保护作用。EVs以细胞类型的特定方式组装，其组成不仅受疾病的影响，还受麻醉病人所用麻醉药物的影响。2021年Frederik Abel等人在《Advanced Drug Delivery Reviews》杂志上发表了一篇题为《Agony of choice: How anesthetics affect the composition and function of extracellular vesicles》的文章，比较了麻醉药物对癌症手术预后和心脏保护的已知影响，并将这些影响与EVs的成分和治疗潜力联系起来。现介绍如下：

背景  

从许多可用的麻醉药物和方法中选择麻醉方案是必要的，以达到对病人最好的可能结果。这主要取决于手术类型、基础疾病、患者的合并症和安全问题。此外，麻醉药物的选择可能会对疾病的随访产生不同的影响。在心血管手术中使用挥发性麻醉药可发挥心脏保护作用。相反，静脉药物如异丙酚似乎在癌症手术中显示有益的效果。到目前为止，许多研究的数据都是回顾性收集的，缺乏前瞻性随机试验。因此，在任何给定的疾病中，对确定麻醉药物的选择都没有一般性的建议。

近年来，EVs在各种环境中被公认为是很有前途的生物标志物。值得注意的是，在不同的围手术期环境中，麻醉药物会影响患者外周血来源EVs的分子组装。由于EVs被认为是细胞间信号传导的新媒介，麻醉药物、EVs的分子组装和麻醉药物的临床影响之间可能存在因果关系。因此，可以推测，对EVs的详细研究将证实研究者对麻醉效果的理解，以及手术本身对不同患者群体结局的影响。

一、EVs  

1、EVs的组成  

EVs是由所有人类细胞分泌的纳米级膜包围结构。根据亚细胞来源，它们被区分为不同的实体。最突出的EVs是由胞内体系统释放的外泌体，大小在70-150nm之间；微囊泡，从质膜上脱落，大小在100-1000nm之间；凋亡囊泡，可以和外泌体一样小，但通常报道的凋亡小体大小在500nm以上。技术上，EVs可以根据其大小或密度或其组合进行纯化。到目前为止，几乎没有任何成熟的技术来分离某种实体的EVs。因此，常规制备的EVs包含各种不同类型的EV。从1996年发现B细胞可以释放外表面带有MHC II类分子的EVs触发T细胞反应开始，很明显EVs本质上参与了许多生理和病理生理的细胞间通信过程。EVs通过其细胞类型特定的组成作为各种疾病的潜在生物标志物，最突出的临床应用是肿瘤疾病。例如，通过分析EV的含量，它有可能取代实体肿瘤活检，成为一种通过检测Glypican-1阳性EVs来区分健康患者和胰管腺癌患者的重要方法。此外，像病毒一样，它们中的许多将信息传递给选定的靶细胞，使它们成为有前途的药物传递载体。

EVs可以在所有体液中回收，包括唾液、血浆、脑脊液、尿液或母乳。自从发现RNA存在于EVs中并发挥作用以来，大量的研究小组报道了miRNA谱在各种疾病或不同刺激下的变化。例如，有研究表明，在各种肿瘤环境中或心肌预处理程序后，EV相关的miRNA谱发生了显著改变。EVs的miRNA组成与亲本细胞有显著差异。为了达到这一目的，进一步加工的miRNA可以通过特定的RNA结合蛋白（RPBs）分选到EVs中。异质核糖核酸蛋白A2B1（hnRNPA2B1）就是这种结合蛋白的一种，能够通过识别序列基序结合miRNAs。已有研究表明，hnRNPA2B1被苏木酰化并结合miRNA-198。这种相互作用进而导致在MVBs内包装成腔内囊泡，产生用于细胞外释放。另一个例子是synaptotagmin结合胞浆RNA相互作用蛋白（SYNCRIP），它可以直接结合共享共同的超酶序列的胞浆miRNA，这些序列被发现富集在肝细胞的EVs中，如miRNA-194或miRNA-3470（图1）。对于miRNAs的生物合成和成熟过程，以及它们作为这些信号的传递者纳入EV亚型中，目前仍处于起步阶段。除了miRNA和mRNA外，异质EV群体被假设包含其他类型的RNA载体，其中一些具有未知或鲜为人知的功能，如小或长非编码RNA或核糖体RNA。尽管研究普遍认为外切体可以穿梭RNA，即RNA是否真的是由外切体或者更确切地说是由其他EV实体穿梭的，这点仍存在争议。为此，仍然需要弄清楚EV携带的RNA分子的数量是否足以实现强大的相关的细胞间的通信功能。

2、EVs可以调节免疫反应  

根据它们的来源，某些细胞的EVs可以调节免疫反应。例如，树突状细胞衍生的EVs能够通过激活B细胞来促进促炎免疫反应。此外，来自间充质干细胞/基质细胞（MSCs）或各种肿瘤细胞的EVs分别表现出抗炎，促再生或促肿瘤作用。缺血性损伤等危险信号通常伴有急性和长期的促炎症过程。炎症微环境反过来又会影响EVs的作用和蛋白质载体。在缺血和再灌注（I/R）的背景下，最近的一项研究表明，白细胞介素-3可以改变蛋白载体，如内皮细胞来源的EVs中质膜微囊蛋白1的表达减少，最终导致成心肌细胞和大鼠心脏缺乏抗缺氧保护。除缺血性卒中外，在其他几种疾病中，MSCEVs可以抑制促炎反应和组织损伤反应，包括移植物抗宿主病、急性肾损伤和心肌梗死。释放免疫调节作用的EVs的能力可能是具有干细胞特征的细胞的一个共同特征。这些细胞的EVs可能被释放，以调节免疫系统从促炎到抗炎和促再生状态。在病理生理环境下，这种促再生反应可能被肿瘤细胞利用，有效地诱导耐受和抑制抗肿瘤免疫反应。这个模型的影响被检查点抑制剂日益增长的相关性所强调，它是各种癌症类型的现代抗肿瘤治疗的重要组成部分，并类似地将免疫系统从耐受状态切换回急性炎症状态。因此，增殖细胞产生的免疫调节EVs可能被认为是检查点激活剂。

图1 miRNAs的典型生物合成途径和所谓的EVs包装方式

二、不同麻醉药如何影响EVs的组成及功能  

1、癌症手术中的麻醉药和EVs—一种未被注意的相互作用？  

麻醉药的选择可能对癌症患者的预后很重要。临床研究结果显示，与挥发性麻醉药相比，异丙酚麻醉分别提高了接受乳腺癌、结肠癌或直肠癌手术患者的1年和5年生存率。也有其他研究显示，在癌症手术中使用基于异丙酚的TIVA（全静脉麻醉）患者，与挥发性麻醉的患者相比，有更好的总生存期。然而，日本最近的一项回顾性队列研究包括19万多名接受过消化道癌手术的患者，包括食道切除术、胃切除术、肝切除术、胆囊切除术、胰腺切除术、结肠切除术和直肠癌手术中使用异丙酚的患者与使用挥发性麻醉的患者生存率相当。这一结果可能归因于更大的队列，以及调整了潜在的混杂因素，包括癌症分期和术前的合并症。最后，仍然缺乏来自随机临床试验的数据，系统地证实异丙酚对癌症结局的有益作用。表1总结了肿瘤手术中麻醉药的临床资料。

表1肿瘤手术中麻醉药的临床资料

异丙酚进化抗肿瘤特性的途径主要来源于体外细胞作用。数据表明，异丙酚通过促炎特性和增强抗肿瘤免疫，阻碍结直肠癌和其他癌细胞的迁移，从而建立了一个对循环肿瘤细胞有利的抗肿瘤环境。这与吸入麻醉药具有的免疫抑制增加、转移和癌症进展风险增加的一般特征形成对比。通过比较接受异丙酚或七氟醚麻醉的结肠癌手术患者血清对培养的人结肠癌LoVo细胞的影响，与七氟醚麻醉相比，异丙酚麻醉患者血清培养的细胞体外肿瘤细胞增殖和侵袭能力下降，而结肠癌细胞凋亡增加。这些发现表明在血清中存在一些尚未被认识的因素，它们参与了癌症的发生和转移的发病机制，并受麻醉药物的影响。

在这种情况下，患者血浆中EV池的组成被认为会受到麻醉药物的不同影响。通过介导信号，特定组装的EVs还可能影响决定是否“危险信号”被传播以诱导炎性免疫反应，或者机体是否有效地将启动的免疫反应调节为调节性免疫反应，从而诱导耐受和促进组织再生。新出现的数据暗示，EV介导的信号传递似乎受麻醉药物类型的影响，因此可能对癌症手术的预后有很大影响。关于异丙酚，Liu等人研究了异丙酚通过下调BV-2小胶质细胞免疫激活的EV释放来诱导抗神经炎症和神经保护作用。他们发现，异丙酚处理LPS刺激的小胶质细胞后，激活的小胶质细胞中上调的神经炎症基因的表达水平下降。Deng等人研究了异丙酚对内皮细胞的抗氧化作用。在上述研究中，作者观察到异丙酚预处理抑制了缺血/复氧处理期间内皮细胞释放更大的EVs，并减少了caveolae标记蛋白CAV-1的表达。此外，在它的存在下，I/R诱导的细胞损伤减少。然而，尚不清楚异丙酚预处理对内皮细胞的有益作用是由于EV释放的减少，还是由于I/R改变了EVs的含量。虽然基于细胞实验的初步文献表明异丙酚对EVs的释放有抑制作用，但一项研究报告了相反的结果。研究了异丙酚在荷瘤小鼠体内对肝癌细胞的治疗作用，在该模型中，异丙酚通过激活巨噬细胞对肿瘤的生长产生了负面影响。此外，从异丙酚处理过的巨噬细胞中获得的EV制剂富含miRNA-142，并与抗肿瘤作用相关。

在麻醉过程中，患者通常会受到多种药物的影响。除了麻醉药物，联合用药也可能影响EVs，这已被阿片类药物甚至可卡因等药物证实。Carone等人研究了可卡因对人胶质母细胞瘤细胞培养物中EV释放的影响。他们观察到可卡因剂量和EV浓度及其大小之间存在直接的正相关关系。目前，关于麻醉药单独使用或与其他相关药物联合使用对细胞生物学特性的影响的知识仍然很少。然而，上述例子提供了一些初步的观察结果，它们很可能会显著影响不同类型细胞的EV释放和质量，因此也会影响本质上涉及各种生理和病理生理过程的细胞间通信通路。

2、麻醉给药途径的潜在影响  

需要考虑的一个重要因素是异丙酚和挥发性麻醉药的不同给药途径（静脉注射与吸入）。通过静脉导管局部注射异丙酚等麻醉药物，与吸入相比，在（局部）血药浓度、持续时间和起效时间方面会产生不平等的药效学。这种不同的给药途径可能会对不同类型细胞的EV释放产生不同的影响。正如表2所述，已经有几项研究分别从外周血血清或血浆样本中研究了麻醉药对EV群体的影响。

关于获得的EV制剂中的miRNAs，最近的一项概念验证，对结直肠癌患者进行的与肿瘤分期和位置匹配的前瞻性研究，接受异丙酚或七氟醚麻醉，显示术后EV相关的miRNAs上调，对所应用的麻醉药有反应。肿瘤细胞中高表达的miRNA-21是最早报道的与多种癌症类型如慢性淋巴细胞白血病、肺腺癌或甲状腺未分化癌有关的miRNA之一。其中，miRNA21已被发现通过靶向PI3K/AKT通路负向调控肿瘤抑制基因，促进细胞增殖和侵袭。与发表的异丙酚可能抑制EVs释放的结果一致，观察到异丙酚治疗与miRNA-21的下调有关。异丙酚处理后，在PANC-1细胞中miRNA-21浓度降低，导致LDH释放提示的细胞凋亡增加，transwell迁移实验检测到PANC-1胰腺癌细胞的侵袭潜能降低。在乳腺癌细胞中也发现了类似的结果。异丙酚刺激可抑制MCF-7细胞的增殖，诱导细胞凋亡，降低miRNA-21表达及上皮-间充质转化。在这个意义上，最近的一项研究证实，异丙酚通过抑制从各自细胞中分离出的miRNA-21的表达水平，上调肺癌细胞中的肿瘤抑制因子PTEN。PTEN/AKT信号通路是miRNA-21的靶点。此外，在体内注射异丙酚可抑制肺癌细胞生长，增加细胞凋亡。因此，很容易假设麻醉通过影响EV特性间接影响癌症结局。根据所使用的麻醉药物如异丙酚，产生的EVs可能诱导受体细胞的表型改变，有助于癌症的消退。近年来，通过应用检查点抑制剂（主要是针对程序性细胞死亡受体1（PD1）或其配体PD-L1的抗体），一些肿瘤的治疗成功显著增加。这些抗体阻断了肿瘤和T细胞之间的通信过程，在此过程中，肿瘤细胞最终通过携带EVs的PD-L1介导，抑制T细胞对抗肿瘤的促炎免疫反应。通过抑制这种抑制性信号级联反应，抗体调节免疫系统，在肿瘤环境中，免疫系统经常在其调节状态被捕获到其抗瘤促炎状态。对比上述体外数据，作者认为异丙酚可能促进体内促炎免疫功能。在异丙酚诱导的促炎过程中，可以想象的是，异丙酚在癌症手术中的优势可能不适用于其他临床领域，如心血管手术，在这些领域中，促炎免疫反应会使结局恶化。

表2 麻醉药对EV释放的影响及相关效应

3、心脏保护中的麻醉药和EVs   

在大多数国家，心血管疾病是发病和死亡的主要原因，超过了癌症。多年来，新的治疗和预防策略不断发展，以减少心肌梗塞或心脏手术（包括冠状动脉介入治疗）引起的心肌缺血。从细胞和动物研究中得到的有希望的心脏保护方法目前正在评估将其转化为临床实践。这些方法已被证明可以降低心肌肌钙蛋白I值，甚至改善患者的预后。临床应用中最实用的方法是RIPC，因为心脏保护可以简单地通过肢体血压袖带重复的收缩压充气/放气来诱发。RIPC效应伴随着血浆EVs谱的变化，包括与心脏保护作用相关的miRNAs的存在。有研究表明接受心脏手术和RIPC的患者在异氟醚麻醉下显示术后肌钙蛋白浓度下降，而异丙酚则取消了这种保护作用。两项大型多中心研究，即RIPHeart和ERRICA试验，在接受心脏手术和RIPC的患者中，90-100%的患者使用异丙酚麻醉，未能证明对肌钙蛋白浓度或预后有积极影响。一项对心脏手术患者的荟萃分析证实，与全静脉麻醉相比，挥发性麻醉药的使用以及挥发性麻醉药与RIPC的联合使用与死亡率降低有关。这表明异丙酚对RIPC有干扰作用，但目前尚不清楚异丙酚是如何破坏心脏保护的，很可能是由于缺乏对传递保护信号的负责因素的识别。最近的一项研究表明，RIPC在异丙酚麻醉中失去心脏保护要么取决于保护性体液因子的释放减少，要么取决于保护性体液因子向心肌的转运，而不是抑制细胞内信号。接受RIPC和戊巴比妥麻醉的大鼠的血浆在全脑缺血后转移到未经治疗的大鼠心脏时，梗死体积减少，而异丙酚则抑制了这种保护作用。因此，异丙酚给药的时机似乎是影响RIPC有效性的一个重要因素。

图2 挥发性麻醉药和异丙酚对EVs释放和作用的机制

“论肿道麻”述评

在几个研究中都提到了在癌症手术和心血管疾病中，选择正确的麻醉方案对于改善短期和长期结局的重要性，包括心脏保护策略。虽然静脉注射药物如异丙酚被认为对癌症手术结局有好处，但挥发性麻醉药可能对心脏手术有好处。挥发性麻醉药在心脏手术中的优势部分是通过心脏保护预处理策略实现的，而这在异丙酚麻醉中是无效的。尽管人们对麻醉药在致癌、转移或心脏保护方面的作用非常感兴趣，但在这一过程中，循环EVs及其miRNA的修饰尚未受到重视。初步数据表明，EV的质量和数量受麻醉药物的影响。异丙酚在不同的体外环境下似乎能降低EVs的释放，同时也能消除RIPC的保护作用。EV相关miRNAs的丰度受异丙酚或七氟醚的特异性影响。假设在围手术期，麻醉药改变了EV准备中的miRNA含量，并且由于从接受RICP治疗的志愿者获得的EV准备和MSC-EV准备的功能相似，EV可能确实是这些效应的中介。需要考虑的一个要点是，这篇综述已经讨论了一个非常早期的主题，因此EVs的机制、它们的RNA载体以及它们与麻醉药物的关系仍然是推测性的。考虑到这一点，EV研究领域、EV的分子载物及其与麻醉药的相互作用，为麻醉医生打开了新的视角和挑战。更好地理解这个复杂的调节系统可以帮助麻醉医生选择一种单独的技术，为不同临床领域的每个病人达到最好的结果。

编译：王卉；述评：周国霞

审核：张军，缪长虹 

原始文献：   Agony of choice: How anesthetics affect the composition and function of extracellular vesicles   .   Abel F   ,   Giebel B   ,   Frey U   .   Adv Drug Deliv Rev   . 2021 Aug;       175:113813. doi:       10.1016/j.addr.2021.05.023   .   Epub 202   1       Aug       1.        

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