综述|氯胺酮神经保护与神经毒性的研究进展

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氯胺酮神经保护与神经毒性的研究进展

章天豪 黄诗茜 徐锋 赵帅 陈向东

华中科技大学附属同济医学院附属协和医院麻醉科

通信作者：陈向东

Email: xdchen@hust.edu.cn

【摘要】氯胺酮是一种具有高度脂溶性、起效迅速的麻醉药物，主要通过非竞争性地抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）发挥作用，然而由于其可能伴随的幻觉、妄想、身心分离等精神分裂症样表现以及潜在的成瘾性很长一段时间内在临床麻醉中应用较少。如今随着对氯胺酮抗抑郁、抗炎、神经保护等作用的研究不断深入，氯胺酮在国内的应用正逐步扩展。但是氯胺酮也具有神经毒性，一定条件下会引起神经细胞凋亡，尤其是作用于发育期大脑时。本文针对氯胺酮的神经保护与神经毒性作用两种特性，其相关机制以及通过氯胺酮与其他麻醉药物的复合运用来更好地利用其神经保护，减少神经毒性进行综述。

【关键词】氯胺酮；中枢神经系统；神经保护；神经毒性

氯胺酮是N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptor， NMDAR）的非竞争性抑制药，也可激动阿片类，胆碱能类和单胺类受体，具有镇静、镇痛、遗忘等作用［1］。近年来关于氯胺酮能够在缺血缺氧时发挥神经保护的研究不断丰富，但大剂量氯胺酮的神经毒性以及幻觉、妄想等一系列不良反应影响着其临床应用，本文就氯胺酮（文中未特殊指明为R，S-氯胺酮，即为消旋体氯胺酮）的神经保护与神经毒性进行综述，以期为氯胺酮的临床应用提供新的思路与方法。

氯胺酮的神经保护作用

概述  缺血缺氧是发生围术期不良事件的重要原因之一，而大脑又是对缺血缺氧极其敏感的器官。周赞宫等［2］发现氯胺酮可使全脑缺血模型大鼠海马CA1区神经元凋亡减少。薛庆生等［3］研究了氯胺酮对细胞能量代谢障碍、兴奋性氨基酸中毒和氧自由基损伤三种不同性质脑损伤的作用，表明氯胺酮可减轻细胞能量代谢障碍和兴奋性氨基酸中毒所致脑损伤，并不能减轻氧自由基损伤。在一项将氯胺酮用于脑缺血缺氧保护的临床研究中，应用氯胺酮和丙泊酚的患者颈内静脉血中反映神经元的损伤程度的神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）浓度低于围术期未做特殊处理的患者［4］。氯胺酮应用于大鼠视网膜缺血-再灌注模型后，透射电镜下证实了氯胺酮玻璃体腔内预处理使缺血后超微结构改变减少［5］。氯胺酮对神经细胞的炎症亦具有抑制作用，其抑制了钙调蛋白磷酸化与转录核因子-κB（nuclear factor-kappa B， NF-κB）通路的激活，减轻了脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的炎症反应［6］。Wang等［7］研究表明氯胺酮20 mg/kg预处理能减轻肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor， TNF-α）诱导的海马神经元凋亡。以上基础或临床研究初步证明氯胺酮在缺血缺氧时具有保护作用。氯胺酮的神经保护机制目前尚无定论，大脑在缺血缺氧状态下受到损伤的机制包括细胞内外钙浓度失衡、神经炎症、微血栓形成、活性氧（reactive oxygen species， ROS）生成、细胞骨架蛋白分解和细胞凋亡等［8］，单一地阻断其中某个机制所产生的保护效应极为有限。而氯胺酮神经保护作用可能涉及减少缺血时突触间谷氨酸浓度、抑制Ca2+内流、抗凋亡、抗炎等多方面机制，且其保护作用受到自身结构与应用剂量的影响。

作用机制  （1）抑制钙内流。脑缺血-缺氧后突触间隙谷氨酸浓度升高，导致各类谷氨酸受体（如NMDAR）过度激活。一方面NMDAR通道打开导致胞外Ca2+内流，胞内Ca2+浓度升高；另一方面由于局部血流量减少，氧和葡萄糖输送受损，ATP输送受到影响导致钠钾泵功能障碍，细胞内Na+蓄积，继而影响Na+-Ca2+交换体的正常工作甚至发生反向转运。Ca2+升高会启动各种病理过程，如通过激活蛋白酶、脂肪酶、核酸内切酶和一氧化氮合酶，促进氧自由基的形成等，使神经元受到损伤。过度激活的NMDAR在脑卒中等神经病理过程中会导致钙稳态的丧失和细胞死亡［9］。氯胺酮可以通过两种截然不同的方式作用于NMDAR［10］，一种是直接阻断通道开放；另一种是作用于通道外的结合位点，通过变构效应间接作用于NMDAR，最终减少NMDAR开放的数量与频率，减少Ca2+内流，从而产生神经保护作用。

(2)阻止谷氨酸的逆向转运。正常生理条件下，谷氨酸转运体的作用是将细胞外谷氨酸浓度维持在神经毒性水平以下，然而在脑缺血缺氧期间，电化学离子梯度被破坏，谷氨酸转运体反向运行，反而导致细胞外谷氨酸的沉积。体外研究表明，氯胺酮可直接减弱人类胶质细胞谷氨酸转运体-1（human glial glutamate transporter-1， hGLT-1）对谷氨酸的反向转运，而硫喷妥钠和丙泊酚却无此效应［11］。减少谷氨酸的反向转运使得突触间隙谷氨酸的浓度降低。谷氨酸作为NMDAR的配体，其浓度降低既可减弱NMDAR的通道功能，也能减弱NMDAR的代谢性功能，通过NMDAR-Src-血清缝隙连接蛋白-1（pannexin-1）功能复合体激活pannexin-1通道［12］，从而减少pannexin-1通道和嘌呤能P2X7受体通道的打开［13］，减缓后续病理过程的启动。

（3）抑制突触前膜释放谷氨酸。在氯胺酮能否抑制突触前膜释放谷氨酸上有两种不同的观点，一种认为氯胺酮可以减少钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ-α（calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ-α， CaMKⅡ-α）与突触融合蛋白1A的结合从而干扰含谷氨酸的囊泡与突触前膜融合来一定程度上减少谷氨酸的释放［14］; 另一种认为在正常生理条件下，氯胺酮能够通过阻断NMDAR抑制星形胶质细胞谷氨酸能信息传递，但是并不抑制谷氨酸从突触前释放［15］，氯胺酮是否能够抑制突触前谷氨酸释放仍有待进一步研究。

（4）抗凋亡作用。环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein， CREB）又被称为转录增强因子，能够与特定的DNA序列结合，调节各种下游蛋白的表达。B淋巴细胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2， Bcl-2）的表达受到CREB的调控，具有抗凋亡的功能。氯胺酮能够通过抑制缺血导致的CREB去磷酸化，从而上调Bcl-2的表达，减少细胞凋亡［16］。C-Jun氨基末端激酶（SAPK/ JNK）信号通路在氧化应激下的细胞激活和凋亡中起关键作用［17］ 。Qi等［18］研究表明，对神经细胞进行糖氧剥夺（oxygen-glucose deprivation， OGD）处理能明显增加SAPK/JNK和C-jun的磷酸化水平，而氯胺酮预处理有效减少了OGD诱导的SAPK/JNK和C-jun磷酸化。这些研究表明在缺血缺氧时氯胺酮能够减少神经细胞的凋亡，增强神经细胞对缺血缺氧的耐受性。

（5）抗炎作用。脑缺血后的缺血-再灌注会引发氧化应激反应和炎症反应。氯胺酮能够抑制LPS诱导的脑组织中白细胞介素1-β（IL-1β）等炎性因子的上调［19］，以及减少TNF-α诱发的海马神经元凋亡［7］。在炎症通路方面，氯胺酮能够通过抑制NF-κB信号通路减轻炎症反应，并且通过影响NF-κB信号通路和Toll样受体4（toll-like receptor 4， TLR4），抑制高迁移率族蛋白B1（HMGB1）诱导的内皮细胞炎症反应［20］。随着研究的不断深入，氯胺酮能够影响多条炎症通路。但是有关氯胺酮的抗炎和抗凋亡作用大多研究采用的是体外培养的细胞[19-20]，难以模拟真正的体内环境，尚缺少在脑缺血模型上验证氯胺酮是否能够通过抗炎作用减少梗死面积。

（6）减少微血栓形成。微血栓形成既是脑缺血-缺氧的原因，也是进一步加重神经元损伤的有害过程。氯胺酮作用于NMDAR后可以降低Ca2+内流，减少细胞内钙动员以及血栓烷A2的形成，表现出抗血小板作用。Nakagawa等［21］研究表明，氯胺酮能够抑制血小板来源的三磷酸肌醇的形成，从而减少细胞内钙的积累，减少血小板聚集。P-选择素介导了粒细胞、单核细胞与血小板的黏附，Undar等［22］研究表明，在心肺转流中氯胺酮可使灵长类动物P-选择素的表达显著降低。但有关氯胺酮抗血小板作用的研究近年来较少，尚需更多高质量研究证实。

（7）促进树突棘生长。CREB是一种转录因子，磷酸化的CREB可以增加脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor， BDNF）基因的表达，进而促进神经细胞生存，增加突触可塑性［23］。Yao等［24］研究表明，R-氯胺酮可以增加抑郁模型鼠的树突棘密度，并且利用抑制剂阻断CREB和BDNF后R-氯胺酮增加树突棘密度的功能消失。

影响因素  （1）氯胺酮的剂量。氯胺酮不同作用的发挥与其应用剂量有关。Zhao等［25］研究表明10 mg/kg的亚麻醉剂量氯胺酮应用于小鼠可以通过激动胆碱能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory pathway， CAP）产生神经保护作用。Shu等［26］研究表明亚麻醉剂量氯胺酮（25 mg/kg）能够减轻大脑中动脉阻塞模型小鼠的脑梗死体积，50 mg/kg和100 mg/kg的氯胺酮效果明显不如25 mg/kg氯胺酮，且应用100 mg/kg氯胺酮的小鼠梗死面积反而大于应用50 mg/kg氯胺酮的小鼠。以上研究初步表明缺血缺氧时亚麻醉剂量氯胺酮的应用能够产生一定的神经保护作用。去抑制假说认为亚麻醉剂量氯胺酮优先作用于γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid， GABA）上的NMDAR，抑制GABA能神经元，从而使下游神经元去抑制。Clarkson等［27］研究表明，减少GABA介导的紧张性抑制可以减轻卒中损伤，促进卒中后功能恢复。综合去抑制假说和Clarkson的研究可以推测：亚麻醉剂量氯胺酮通过优先作用于GABA能神经元上的NMDAR从而抑制GABA介导过度的紧张性抑制，产生神经保护作用，减轻卒中造成的损伤。去抑制假说为亚麻醉剂量氯胺酮对脑卒中模型保护作用优于麻醉剂量提供了一种解释，但仍需进一步研究证实。

（2）氯胺酮的结构。近来对R-氯胺酮和S-氯胺酮两种对映体分子生物学研究表明两者具有不同的作用方式［28］，在功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging， fMRI）观察研究中发现它们作用于不同的脑区［29］，虽然S-氯胺酮抑制NMDAR的效力大约是R-氯胺酮的3～4倍，但Xiong等［30］研究表明，在大脑中动脉阻塞模型中，应用R-氯胺酮大鼠的梗死面积比应用S-氯胺酮大鼠的梗死面积更小，这表明R-氯胺酮的神经保护很可能涉及阻断NMDAR以外的机制。在研究氯胺酮新应用的过程中应将R-氯胺酮与S-氯胺酮分开研究，它们各自的优势区间有待进一步探索。

氯胺酮的神经毒性

氯胺酮的作用取决于应用的对象、剂量以及时间，当大剂量氯胺酮长时间作用于发育中的大脑时，其神经毒性会引起神经元细胞凋亡，进而影响行为与记忆［31-32］。与其他麻醉药复合应用可能是更好地发挥氯胺酮神经保护作用同时减轻其神经毒性作用的一种方法。

剂量和应用时间  发育期幼鼠使用氯胺酮50 mg/kg腹腔注射后，Morris水迷宫测试的第1天逃避潜伏期明显延长，海马神经元细胞凋亡以及引起神经元细胞减少［31］。成熟大鼠连续应用氯胺酮25 mg/kg，与应用生理盐水对照的大鼠比较，连续应用3 d的大鼠和14 d的大鼠水迷宫表现更差，且连续应用14 d的大鼠BDNF显著减少［32］。李建立等［33］在探究氯胺酮对新生大鼠海马区G蛋白偶联受体30表达的影响时，采用连续3 d腹腔注射氯胺酮75 mg/kg来诱导发育期大鼠海马细胞凋亡。这类实验虽然揭示了长时间大剂量氯胺酮暴露具有神经毒性，但是没有涉及亚麻醉剂量氯胺酮的应用和短时间氯胺酮的应用对神经的影响。一项队列研究的结果表明，在2岁之前反复接受麻醉或手术是与语言和接受能力发展有关的重要独立危险因素，但是没有证据表明单独的麻醉或手术，与认知和行为的不良结果相关［34］。Liu等［35］实验中给出生后7 d的幼鼠皮下注射不同剂量的氯胺酮（5、10和20 mg/kg），以2 h为间隔，分别注射1、3、6次，结果只有注射了6次氯胺酮20 mg/kg的幼鼠额叶皮质凋亡明显增加，其余小鼠额叶皮质凋亡不显著。Huang等［36］研究表明大鼠连续3 d腹腔注射1次不同剂量的氯胺酮（25、50和75 mg/kg），仅在最高剂量（75 mg/kg）时，氯胺酮暴露的大鼠海马齿状回和CA1区的凋亡细胞数量显著增加。这些研究表明氯胺酮的神经毒性具有剂量依赖性，目前尚需要更多关于亚麻醉剂量、短时间应用氯胺酮是否能产生神经毒性的研究，因为临床上氯胺酮的应用多以亚麻醉剂量短时间为主。目前的动物实验表明氯胺酮长时间大剂量应用影响神经发育，氯胺酮的神经毒性仍需要在临床实践中进一步研究。

麻醉药物复合应用减轻氯胺酮神经毒性  若将氯胺酮应用于脑缺血患者，大剂量氯胺酮虽提供了足够的麻醉深度［21］，但保护作用不及亚麻醉剂量氯胺酮；亚麻醉剂量氯胺酮虽提供了更好的保护作用但是麻醉深度可能不足。因此在临床应用中难免与其他麻醉药物合用。适当的复合应用能够更好地发挥各药物的优势，减少不良反应。

（1）丙泊酚复合氯胺酮。单用大剂量氯胺酮时容易出现神经精神症状，丙泊酚复合亚麻醉剂量氯胺酮的用法已有许多临床研究，在门诊经食管超声心动图的应用中，与应用右美托咪定200 μg比较，氯胺酮1 mg复合丙泊酚3 mg达到最佳镇静所需的时间更短，血流动力学变化更小，术后并发症更少，临床医师满意度更高［37］。丙泊酚与氯胺酮单独应用时对血流动力学影响较大，而复合应用一定程度上克服了两药各自的缺陷。丙泊酚和氯胺酮单用都能够产生神经保护效应，减少细胞凋亡［21］，与单独用药比较，丙泊酚复合氯胺酮能够更多地降低NSE水平，表明复合用药能产生更好的保护效果［4］，但是尚未有将丙泊酚与氯胺酮复合应用于脑缺血保护的基础研究。丙泊酚复合亚麻醉剂量氯胺酮可能能够产生比单药应用更好更全面的效果。

（2）右美托咪定复合氯胺酮。氯胺酮，尤其是S-氯胺酮，会抑制神经元对儿茶酚胺的摄取，导致儿茶酚胺升高，从而诱导细胞凋亡［38］。右美托咪定是选择性α2肾上腺素受体激动药，在中枢作用于突触前膜减少去甲肾上腺素分泌，产生抗交感镇静镇痛的作用。右美托咪定中高剂量（5 μg/kg）或高剂量（10 μg/kg）预处理可缓解反复氯胺酮暴露所致的发育性神经发生障碍［39］。右美托咪定与亚麻醉剂量氯胺酮的复合应用可能能够减轻氯胺酮导致的儿茶酚胺升高，从而减少氯胺酮的不良反应，更好地发挥神经保护作用。

小    结

氯胺酮作为一种经典的麻醉药物正不断被发掘出除麻醉以外的其他作用，其中亚麻醉剂量氯胺酮的神经保护作用具有广阔的临床应用前景，然而目前对该作用的研究大多停留在基础研究上，并且缺少对远期预后的持续跟踪。氯胺酮对发育期大脑的神经毒性也一定程度上限制了其临床应用，氯胺酮的神经保护与神经毒性受到应用对象以及应用剂量的影响，氯胺酮与其他麻醉药物的复合应用可能是充分发挥其神经保护且减轻其神经毒性的方法之一，但目前仍然缺乏高质量的研究证实。

参考文献略。

DOI:10.12089/jca.2022.07.015

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