妊娠期糖尿病会加剧七氟醚对后代小鼠的发育性神经毒性

《Chemico-Biological Interactions》：Gestational Diabetes Mellitus Amplifies Sevoflurane-Induced Developmental Neurotoxicity in Offspring Mice

　　

摘要

研究目的

妊娠糖尿病可能增加后代对神经发育压力的易感性。七氟醚在儿童麻醉中应用广泛，但存在潜在的神经毒性风险。本研究旨在探讨母亲患有妊娠糖尿病是否会加剧七氟醚引发的后代发育性神经毒性，并分析与之相关的神经炎症、小胶质细胞活化及线粒体功能障碍等机制。

研究方法

首先建立了母亲患有妊娠糖尿病的小鼠模型，然后在后代大脑发育阶段让其接触七氟醚。通过行为测试评估认知功能，利用TUNEL和Golgi-Cox染色技术检测神经元凋亡及树突棘形态变化。通过免疫荧光法和多重液体芯片分析技术研究小胶质细胞活化情况以及炎症指标。同时结合转录组学和蛋白质组学分析来识别异常的分子通路，并通过Western Blot验证关键蛋白的表达情况。

研究结果

与对照组及单独接受一种处理的小鼠相比，同时患有妊娠糖尿病并接触七氟醚的小鼠出现长期认知障碍的情况更为严重，神经元凋亡现象更明显，海马区的树突棘密度也有所下降。这种双重影响导致了小胶质细胞过度活化，进而打破了炎症因子的平衡状态。多组学分析显示，与突触囊泡循环、谷氨酸能突触功能以及免疫炎症反应相关的分子通路出现显著活跃。从机制上来看，这种双重影响造成了严重的线粒体功能失衡，表现为融合蛋白Mfn2的表达下降，同时小胶质细胞受体CX3CR1的表达也出现异常。

研究结论

母亲患有妊娠糖尿病会加重七氟醚引发的后代发育性神经毒性。我们的研究结果表明，线粒体功能失衡以及小胶质细胞过度活化可能是其中的关键因素。这项研究为预防高危儿童因麻醉而出现的神经毒性问题提供了潜在的干预靶点。

引言

全身麻醉剂在儿童手术及各种医疗操作中被广泛使用。由于具有良好的药代动力学特性且对气道刺激较小，七氟醚是目前用于婴儿麻醉的最常见吸入麻醉剂[1]。然而，越来越多的证据表明，处于发育中的大脑容易受到麻醉剂引发的神经毒性影响[2]。2016年，美国食品药品监督管理局发出警告，称3岁以下儿童或孕晚期孕妇若长时间或反复接受麻醉，可能会对其长期神经发育造成损害[3]。虽然已有研究指出七氟醚会导致神经元凋亡和突触丢失[2]、[4]，但临床研究结果显示，不同儿童的神经发育结局存在较大差异[5]、[6]、[7]，这表明可能存在某些尚未被发现的母体或环境因素，会进一步增加儿童对麻醉剂神经毒性的敏感度。

妊娠糖尿病是孕期最常见的代谢紊乱疾病，其全球发病率正在不断上升[8]。越来越多的证据表明，妊娠糖尿病不仅会影响围产期结局，还会通过扰乱子宫内的微环境（如引发氧化应激和全身性炎症）来显著改变后代的神经发育轨迹[9]、[10]。流行病学研究显示，子宫内暴露于妊娠糖尿病环境中的儿童，日后出现认知障碍、注意力缺陷多动障碍以及自闭症谱系障碍的风险更高[11]、[12]、[13]。因此，患有妊娠糖尿病的儿童出生时的大脑可能处于较为脆弱的状态。不过，这类儿童在幼年时期往往因先天性疾病需要接受全身麻醉。目前尚不清楚子宫内暴露于妊娠糖尿病是否属于“第一重打击”，而在大脑发育阶段又会被七氟醚带来的“第二重打击”进一步加剧认知缺陷和神经毒性，相关系统性研究及机制探索还十分有限。

早期神经网络的形成依赖于突触生成与突触修剪之间的平衡[14]、[15]。作为中枢神经系统中的免疫细胞，小胶质细胞在正常情况下会通过清除多余的突触来维持这种平衡[16]、[17]、[18]。但在病理状态下，小胶质细胞会过度活化并表现出促炎特性，从而导致过度的突触丢失[19]、[20]。妊娠糖尿病和七氟醚都可能激活小胶质细胞[10]、[19]、[21]。妊娠糖尿病可能会使小胶质细胞的免疫功能处于活跃状态[21]；当小鼠接触七氟醚后，异常的CX3CR1信号传导会引发过度的突触修剪，进而导致认知功能受损[22]、[23]。

线粒体功能障碍是小胶质细胞过度活化及突触损伤的重要诱因[24]、[25]。由融合蛋白Mfn2和裂解蛋白Drp1共同调控的线粒体动态功能，对于能量代谢和突触稳定性至关重要[25]、[26]。处于发育阶段的大脑对代谢压力和麻醉剂毒性极为敏感[27]。虽然七氟醚本身就可能引发线粒体裂解，但妊娠糖尿病与七氟醚共同作用对线粒体动态功能的影响目前仍缺乏深入研究[28]、[29]。我们推测，妊娠糖尿病可能会通过破坏线粒体动态功能并促进小胶质细胞异常活化，从而加剧七氟醚引发的神经毒性。

在本研究中，我们建立了母亲患有妊娠糖尿病且新生儿接触七氟醚的双重影响小鼠模型。通过行为学、形态学、免疫学以及多组学分析方法，研究了这些小鼠的认知功能、突触结构、小胶质细胞活化情况、炎症指标以及相关的分子通路。我们还验证了线粒体动态功能（Mfn2）和CX3CR1信号传导在这一过程中的作用。这项研究揭示了妊娠糖尿病患儿对七氟醚神经毒性更具敏感性的内在机制，也为针对高危儿童群体开展神经保护提供了潜在的干预靶点。

章节节选

动物实验与伦理说明

所有动物实验均获得了同济大学动物实验伦理委员会的批准，伦理审批编号为TJBG24724101。此外，所有的实验方案也都遵循ARRIVE 2.0动物研究报告指南，以确保动物实验的设计和结果汇报具有透明性和严格的伦理标准。实验所用的小鼠为健康的成年C57BL/6J品系，它们被饲养在符合标准的无特定病原体动物实验室中，该实验室实行12小时光照/12小时黑暗的循环光照制度，室温

妊娠糖尿病会加重七氟醚引发的后代长期认知缺陷及神经元凋亡

为确定母亲患有妊娠糖尿病是否會加剧七氟醚对正在发育中的后代造成的长期认知缺陷及神经元损伤，我们在小鼠出生后第45天进行了系列行为学检测，随后又对海马区和前额叶皮层进行了细胞学及分子生物学分析。我们采用了开放场地试验来评估小鼠的后代是否存在类似焦虑的行为表现。在试验中，小鼠在中央区域活动的距离并未在各组之间显示出显著差异

讨论

在大脑发育的关键时期，全身麻醉剂可能带来的神经毒性问题，仍是儿童麻醉学领域面临的一个重大临床挑战[2]、[30]、[31]。作为目前婴儿麻醉中最常用的吸入麻醉剂，七氟醚已被大量研究表明能够引发发育中的啮齿类动物大脑的神经元凋亡、突触丢失以及认知功能受损[32]、[33]，但临床队列研究却发现，不同儿童的神经发育结局存在较大的个体差异

CRediT作者贡献说明

徐振东：论文撰写——审阅与编辑、研究指导、项目管理、方法设计、资金获取、概念构思。孙晓茹：论文撰写——初稿撰写、方法设计、资金获取、正式数据分析、数据整理、概念构思。郑宇涵：可视化处理、结果验证、方法设计。卢岩：可视化处理、结果验证、研究指导。方欣：软件应用、实验资源准备、实验实施、数据整理。潘云：实验实施、正式数据分析、数据整理。郭新科：可视化处理，

资金支持

本研究得到了中国国家自然科学基金的资助（项目编号：82371278，82101261）

利益冲突声明

所有作者均声明，自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

所有作者均已审核过本声明的最终版本，确认不存在任何利益冲突。

Xiaoru Sun|Xin Fang|Yun Pan|Yuhan Zheng|Yan Lu|Xinke Guo|Xiaobing Hu|Zhendong Xu

中国上海市200092，同济大学医学院，上海妇产医学研究所暨母胎医学重点实验室、上海第一妇婴保健院、麻醉学系，上海妇产医学与妇科肿瘤学研究所