本研究由C. Creeley（华盛顿大学医学院精神病学系）、K. Dikranian（华盛顿大学医学院解剖与神经生物学系）、G. Dissen（俄勒冈国家灵长类研究中心神经科学部）、L. Martin（俄勒冈国家灵长类研究中心）、J. Olney（华盛顿大学医学院）和A. Brambrink（俄勒冈国家灵长类研究中心及俄勒冈健康与科学大学麻醉与围手术期医学系）共同完成，通讯作者为A. Brambrink。研究成果发表于《British Journal of Anaesthesia》2013年增刊第110卷（S1期），文章标题为《Propofol-induced apoptosis of neurones and oligodendrocytes in fetal and neonatal rhesus macaque brain》。

学术背景

该研究属于发育神经毒理学领域，聚焦于全身麻醉药对灵长类动物发育中神经系统的潜在损害。既往动物实验（包括啮齿类和非人灵长类）及人类流行病学研究提示，发育早期接触麻醉药物可能导致神经元凋亡和长期神经行为异常。然而，关于静脉麻醉药丙泊酚（propofol）对胎儿和新生儿非人灵长类（NHP）脑细胞的凋亡诱导作用尚未明确。本研究旨在填补这一空白，通过对比丙泊酚与既往研究的吸入麻醉药异氟烷（isoflurane）的神经毒性差异，评估丙泊酚在临床相关暴露时长（5小时）下对神经元和少突胶质细胞（oligodendrocytes, OLs）的影响。

研究流程

1. 实验对象与分组

   • 胎儿组：妊娠120天（G120，相当于人类妊娠晚期）的恒河猴胎儿，分为丙泊酚暴露组（n=4）和对照组（n=4）。
     
   • 新生儿组：出生后第6天（P6，相当于人类4-6月龄婴儿）的恒河猴幼崽，分为丙泊酚暴露组（n=4）和对照组（n=5）。
     
   • 麻醉方案：丙泊酚通过静脉输注维持外科麻醉平面（无体动且对疼痛刺激的生理反应增幅≤10%），持续5小时，对照组仅接受生理盐水或无干预。
     

2. 组织处理与病理分析

   • 灌注固定：麻醉后3小时，通过戊巴比妥昏迷诱导和心脏灌注固定获取脑组织。
     
   • 切片与染色：
     
     • 凋亡标记：采用激活型半胱天冬酶3（activated caspase 3, AC3）、DeOlmos银染（标记死亡细胞）和fractin抗体（肌动蛋白降解产物）三重验证凋亡。
       
     • 细胞类型鉴定：通过免疫荧光双标技术结合神经核抗原（NeuN，成熟神经元）、髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein, MBP，少突胶质细胞标志物）、胶质纤维酸性蛋白（GFAP，星形胶质细胞）等抗体明确凋亡细胞谱系。
       
     • 少突胶质细胞成熟度分析：MBP染色区分未成熟（premyelinating）与成熟（myelinating）OLs。
       

3. 定量与统计

   • 凋亡计数：盲法下使用Stereo Investigator系统对全脑连续切片（间隔2 mm）的AC3阳性细胞进行三维密度计算。
     
   • 数据分析：采用Welch校正t检验比较组间差异，显著性阈值设为p<0.05。
     

主要结果

1. 凋亡规模

   • 胎儿脑：丙泊酚组凋亡细胞总数（神经元+OLs）为11.3×10⁵/脑，较对照组（4.6×10⁵）增加2.4倍（p=0.01），其中神经元与OLs凋亡数量相当（5.69×10⁵ vs 5.63×10⁵）。
     
   • 新生儿脑：丙泊酚组凋亡细胞达12.01×10⁵/脑，较对照组（3.17×10⁵）增加3.8倍（p=0.007），神经元与OLs凋亡比例仍接近1:1（6.3×10⁵ vs 5.7×10⁵）。
     

2. 区域特异性损伤模式

   • 神经元：
     
     • 胎儿脑：皮层下区域（尾状核、壳核、杏仁核）和小脑颗粒细胞层凋亡最显著。
       
     • 新生儿脑：感觉联合皮层（顶叶、颞叶）和初级视皮层呈现层状凋亡（II/IV层或II/V层），与小脑相比， caudal区域损伤较轻。
       
   • 少突胶质细胞：凋亡集中于正开始髓鞘化的premyelinating OLs，表现为MBP阳性细胞体萎缩和突触断裂（图5-8）。双标显示fractin与MBP共定位，证实OLs在获得髓鞘化能力时易受丙泊酚攻击。
     

3. 与异氟烷的毒性对比
   新生儿脑暴露于异氟烷时凋亡细胞总数（37×10⁵）约为丙泊酚的4倍，提示丙泊酚的神经毒性相对较低，但损伤模式相似（如皮层分层凋亡）。

结论与意义

1. 科学价值

   • 首次证实丙泊酚在灵长类发育脑中可同时诱发神经元和OLs凋亡，且OLs的易感性与其髓鞘化启动阶段高度相关。
     
   • 提出“少突胶质细胞成熟窗”概念，即OLs从premyelinating到早期髓鞘化阶段对麻醉药敏感，为理解髓鞘发育障碍机制提供新视角。
     

2. 临床意义

   • 尽管丙泊酚毒性低于异氟烷，但其在长时间暴露下仍具显著风险，提示儿科麻醉需权衡手术紧迫性与神经发育安全性。
     
   • 研究结果支持“麻醉药神经毒性存在物种保守性”的假说，强化了从非人灵长类到人类的外推合理性。
     

研究亮点

1. 创新方法

   • 采用fractin-MBP双标技术动态追踪OLs凋亡进程，揭示MBP抗原性随凋亡进展衰减的现象（图6）。
     
   • 结合AC3、银染和fractin三重凋亡标记，提高细胞死亡检测的特异性。
     

2. 关键发现

   • 丙泊酚对OLs的毒性集中于髓鞘化临界期，填补了静脉麻醉药胶质细胞毒性的知识空白。
     
   • 胎儿与新生儿脑损伤模式的差异（如皮层下vs皮层优势）反映了发育阶段特异性脆弱性。
     

其他价值

研究补充数据（Supplementary Tables S1-S3）详细记录了实验动物的生理参数（心率、血压等），证实丙泊酚麻醉期间内环境稳定，排除缺血缺氧等混杂因素对结果的干扰。此外，作者指出未来需扩大样本量以验证结论的稳健性，并探索凋亡是否导致功能性髓鞘缺陷。