不同作用机制全身麻醉药对小脑浦肯野细胞的趋同性募集

《Journal of Neurochemistry》：Convergent Recruitment of Cerebellar Purkinje Cells by Mechanistically Diverse General Anesthetics

本研究结合TRAP2遗传标记、CUBIC组织透明化和光片显微镜技术，首次在半球尺度绘制了三种不同机制全身麻醉药（异氟烷、丙泊酚、氯胺酮）激活神经元的单细胞图谱。研究发现小脑（特别是浦肯野细胞）是所有麻醉药共同激活的核心脑区，提示小脑-自主神经网络可能是意识丧失的共同通路，为麻醉机制研究提供了新视角。

　　

引言：全身麻醉的神经环路之谜

全身麻醉药通过不同分子机制诱导可逆性意识丧失，但其共同神经基础尚未阐明。异氟烷和丙泊酚增强GABA_A受体功能，而氯胺酮拮抗NMDA受体。传统观点认为麻醉普遍抑制神经元活动，但全脑图谱研究显示许多脑区活动反而增强。本研究通过TRAP2（Targeted Recombination in Active Populations）技术结合CUBIC（Clear, Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysis）组织透明化和光片显微镜，在Fos^2A-iCreER/+; R26^Ai14/+雌鼠中构建了三种麻醉药的半球尺度单细胞激活图谱。

材料与方法：全脑尺度单细胞成像技术

实验采用TRAP2; Ai14双转基因雌鼠，通过4-羟基他莫昔芬（4-OHT）诱导的Cre重组酶系统永久标记麻醉激活的神经元。小鼠分别接受异氟烷（6小时）、丙泊酚（4小时）或氯胺酮（6小时）处理，并在麻醉中点注射4-OHT。TRAP程序重复两次以减少个体差异。脑组织经改良CUBIC方法（CUBIC-L和CUBIC-Rp试剂）透明化后，通过光片显微镜获取三维图像，并使用WholeBrain软件包与Allen小鼠脑图谱配准，定量分析252个脑区的tdTomato阳性细胞。

结果：小脑是麻醉激活的趋同枢纽

全脑分析发现，小脑蚓部小叶及其深部核团在所有三种麻醉药中均显示最强激活。GA激活指数（三种麻醉药激活比率的乘积）排名前位的脑区多为小脑区域，包括中央小叶III分子层（CENT3mo）、单小叶分子层（SIMmo）、锥体叶分子层（PYRmo）等。效应值分析显示37个脑区对三种麻醉药均呈现大效应值（Cohen's d > 0.8），其中9个位于小脑。

小脑浦肯野细胞是共同细胞靶点

分层分析显示小脑分子层（主要包含浦肯野细胞树突）的激活最为显著。免疫组化证实tdTomato阳性细胞与钙结合蛋白D-28k（calbindin D-28k）阳性的浦肯野细胞共标。所有麻醉组均显著增加双阳性细胞数量，单次TRAP实验也验证了这一结果。除小脑外，外侧巨细胞旁核（LPGi）和苍白球外侧部（GPe）也是三种麻醉药共同激活的节点。

讨论：小脑-浦肯野细胞网络与意识调控

本研究首次在全脑尺度揭示小脑浦肯野细胞是不同机制麻醉药的共同激活靶点。小脑通过LPGi（参与疼痛调控）和GPe（调节α波段同步化）与自主神经和睡眠-觉醒系统形成功能连接。浦肯野细胞直接投射到臂旁核（PBN），可能通过抑制PBN-丘脑-皮层通路促进意识丧失。研究局限性包括仅使用雌鼠、单半球成像和TRAP技术的间接性。未来需结合在体记录和细胞特异性操控验证浦肯野细胞在意识转换中的因果作用。

这项研究将小脑定位为麻醉诱导意识丧失的核心枢纽，为开发针对小脑回路的麻醉监测和调控技术提供了新靶点。