【摘要】 本文通過對食欲素及其受體的結(jié)構(gòu)、分布和相關(guān)調(diào)控作用的介紹，列舉了食欲素的主要作用，包括調(diào)控攝食、飲水行為，參與睡眠覺醒周期、能量代謝，以及對自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等，并根據(jù)目前關(guān)于食欲素與全身麻醉機制的相關(guān)研究結(jié)果，進行了深入討論。

【關(guān)鍵詞】 食欲素；食欲素受體；全身麻醉

［Abstract］ In this view，we introduce the structure and distribution of orexin and its receptors，and those factors involved in modulating the effects of orexin and its receptors.The main effects of influences that orexin on feeding behavior，sleep/wakefulness states，emotion，reward，and energy homeostasis and autonomic nervous system are discussed and the mechanisms by which orexin regulates general anaesthesia are also focused on.

［Key words］ orexins；orexins receptor；general anaesthesia

1999年，日本學者Yanigasawa領(lǐng)導的研究小組在尋找腦內(nèi)與孤兒G（orphan G）蛋白受體相結(jié)合的配基時發(fā)現(xiàn)了兩種由下丘腦外側(cè)區(qū)（lateral hypothalamic area，LHA）合成和分泌的具有促進攝食作用的小分子神經(jīng)多肽，命名為食欲素A（orexin A，OXA）和食欲素B（orexin B，OXB）。食欲素是與orphan G蛋白質(zhì)共軛受體的配體，中文譯名有食欲肽、增食欲素、胖素、阿立新素、增食因子等。近幾年的研究表明，食欲素不僅有能促進攝食等控制攝食行為的作用，還參與調(diào)節(jié)睡眠覺醒周期、能量代謝、以及對心血管及自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等作用。2008年Kelz的研究小組發(fā)現(xiàn)食欲素參與全身麻醉的蘇醒機制，因此有關(guān)食欲素與全身麻醉的關(guān)系也受到了廣泛的關(guān)注。本文旨在綜述食欲素及其受體的功能與特點，以及它們與全身麻醉之間關(guān)系的研究進展。

1 食欲素及其受體

1.1 前食欲素原和食欲素 人類食欲素A和食欲素B由前食欲素原在蛋白酶的作用下水解而來。人類前食欲素原為一具有131個氨基酸殘基的蛋白質(zhì)，基本分為3段：起始的33個氨基酸殘基為信號肽；隨后的以34位谷氨酸Gln為起始、67位甘氨酸Gly為結(jié)尾的是食欲素A片段；第3個片段是Orexin B，以69位精氨酸Arg開頭、96位蛋氨酸Met結(jié)尾，隨后連接Gly-Arg-Arg作為前食欲素原的結(jié)尾。在信號肽與食欲素A片段之間，33位丙氨酸Ala33-34位谷氨酸Gln為最可能的信號肽分裂位點，通過轉(zhuǎn)氨基作用N-端環(huán)化成焦谷氨酸殘基，形成成熟的食欲素A片段。A片段與B片段之間由68位賴氨酸Lys-69位精氨酸Arg組成前激素轉(zhuǎn)化酶的識別位點，以此分割出成熟的食欲素B片段。人類和大鼠的前食欲素原的完全一致程度為83%，而小鼠和大鼠的前食欲素原的完全一致程度為95%［1］。

1.2 前食欲素原基因 目前，對人類和大鼠的前食欲素原的基因測序已經(jīng)全部完成。人類的前食欲素原基因共有1432bp，包含2個由1個內(nèi)含子所分隔的外顯子。其中第1個外顯子長143bp，包括5’-端非翻譯區(qū)和編碼前食欲素原起始信號肽中前7個氨基酸殘基的信號序列；第2個外顯子長473bp，包括前食欲素原起始信號肽中8-33個氨基酸殘基和前Orexin原剩余片段的編碼區(qū)和3’-端非翻譯區(qū)。

1.3 食欲素受體 人類食欲素受體（OXR）分為OX1R和OX2R兩種，其基因有7個外顯子。人類兩種食欲素受體的mRNA分別有1 564個堿基和1 843個堿基，分別翻譯425和444個氨基酸。大鼠的食欲素受體mRNA分別有2 469個堿基和3 114個堿基，分別翻譯416和460個氨基酸。食欲素受體基因是高度保守的。人類兩種食欲素受體的氨基酸序列有64%是一致的。人類和大鼠的OX1R、OX2R分別有94%和95%的一致性。人類食欲素A和食欲素B都可以激活OX1R，但前者親和力更強，食欲素A與OX1R結(jié)合時親和力比食欲素B大100~1 000倍；而與OX2R結(jié)合時，兩者親和力相當。

2 食欲素及其受體的分布

食欲素最早是在下丘腦外側(cè)區(qū)（lateral hypothalamic area，LHA）被發(fā)現(xiàn)的。食欲素能神經(jīng)元的胞體呈對稱性，不連續(xù)地分布在下丘腦背側(cè)、外側(cè)、后側(cè)及穹隆周區(qū)。在多種哺乳動物（包括人、大鼠、小鼠、貓）的中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，合成食欲素的神經(jīng)元胞體主要位于LHA。用放免法分析食欲素A和食欲素B時，發(fā)現(xiàn)食欲素大量分布在下丘腦、延髓、腦橋和中腦；大腦皮層也含食欲素［2］；腎臟和甲狀腺中有少量OX1 mRNA表達；肺中有少量OX2 mRNA表達，而脂肪組織無食欲素分布。Northern印跡分析顯示，在人的丘腦前食欲素原的mRNA含量豐富，但其他區(qū)域如下丘腦尚未檢測到。人類前食欲素原mRNA在心臟、胎盤、肺、肝、腎、骨骼肌和胰腺等均未發(fā)現(xiàn)［3］，但前食欲素原mRNA在睪丸和腎上腺組織中有少量表達。OX1R和OX2R幾乎僅存在于腦組織中［3］，它們在腦中的分布有顯著差異。在下丘腦腹內(nèi)側(cè)核中，OX1R mRNA含量最高，而室旁核則以O(shè)X2R mRNA為主。OX1R mRNA在海馬結(jié)構(gòu)、中縫背核和藍斑區(qū)含量都較高，OX2R mRNA則主要分布在大腦皮層、底丘腦、丘腦室旁核和視前核中。人類OX1R與OX2R還分布于腎上腺，OX1R 分布于腎上腺皮質(zhì)（包括球狀帶、束狀帶、網(wǎng)狀帶），而OX2R則分布于髓質(zhì)（含腎上腺素能和去甲腎上腺素能細胞）［4］。

3 食欲素的調(diào)控機制

當食欲素作用于食欲素受體時，一方面直接激活G蛋白耦聯(lián)的鈣通道，引起鈣通道開放，Ca2+內(nèi)流；另一方面激活G蛋白耦聯(lián)的磷脂酶C，磷脂酶C水解4，5-二磷酸酯酰肌醇（P1P2）和1，4，5-三磷酸肌醇（IP3），IP3激活I(lǐng)P3受體，從而引起鈣庫釋放Ca2+使細胞內(nèi)Ca2+升高，激活鈣調(diào)信號系統(tǒng)，從而引發(fā)一系列生理生化反應(yīng)。

目前的研究表明，食欲素的調(diào)控與睡眠和營養(yǎng)水平以及環(huán)境因素等有關(guān)。Yoshida等研究發(fā)現(xiàn)，4 h的急性光照并不影響大鼠下丘腦外側(cè)食欲素的表達量，但6 h的睡眠剝奪卻顯著增加食欲素釋放量［5］。Mondal等觀察到禁食48 h后，與對照組比較，大鼠下丘腦外側(cè)食欲素A和食欲素B的含量上升，而腦內(nèi)其他部位卻有明顯的下降［6］。在大鼠腹膜注射胰島素降低血糖濃度后，可觀察到食欲素的表達水平上升;提示血糖濃度可能是激活食欲素表達的直接信號［7］。也有學者使用Northern印跡后發(fā)現(xiàn)，禁水48 h后，下丘腦前食欲素原mRNA上調(diào)1.6倍，血漿滲透壓也顯著升高。此外有報道顯示，隨著低氧時間的延長和海拔高度的升高，動物每天總的攝食量逐漸降低;食欲素A mRNA和食欲素B mRNA的表達均減弱。

4 食欲素的作用

4.1 調(diào)控攝食、飲水行為 食欲素最早是在下丘腦外側(cè)區(qū)（lateral hypothalamic area，LHA）這個攝食中樞被發(fā)現(xiàn)的。大量動物實驗表明，在該區(qū)域注射食欲素可引起劑量依賴性的攝食增加。注射食欲素A或食欲素B引起的攝食效應(yīng)有所不同。給雄性大鼠側(cè)腦室快速注射3 nmol和30 nmol的食欲素A，可使進食量分別上升6倍和10倍，持續(xù)4 h；而注射3 nmol和30 nmol的食欲素B可使進食量分別上升5倍和12倍，但僅持續(xù)2 h［8］。有動物實驗顯示，在小鼠腦內(nèi)注射食欲素A（1～10 nmol）只能促進消瘦小鼠進食，但對肥胖小鼠沒有促進食欲的作用［9］。最近有研究發(fā)現(xiàn)，在左側(cè)腦室注射食欲素A并不能引起老年大鼠攝食增加。這可能與老年大鼠視丘下部OX1R含量較年輕大鼠減少有關(guān)。同樣，在下丘腦外側(cè)區(qū)注射食欲素也可引起劑量依賴性的飲水增加。注射食欲素A比食欲素B的作用更強，提示其作用機制可能需通過OX1R。

4.2 調(diào)節(jié)睡眠覺醒周期 下丘腦外側(cè)區(qū)（LHA）的食欲素神經(jīng)元與下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)的GABA能神經(jīng)元都是調(diào)控睡眠覺醒周期的重要神經(jīng)元，而食欲素及其受體在調(diào)節(jié)睡眠覺醒周期中具有獨特的作用。缺乏食欲素會導致人類嗜睡癥。缺乏食欲素的小鼠也與人類嗜睡癥患者表現(xiàn)相似，表現(xiàn)為嗜睡和突發(fā)暈厥。嗜睡癥患者會直接從清醒狀態(tài)進入快速動眼睡眠周期（REM sleep）［10］，而正常人群入睡時首先進入的是非快速動眼睡眠周期（non-REM sleep）；OX2R和前食欲素A原基因變異均可導致嗜睡狀態(tài)的發(fā)生。有動物實驗表明，在藍斑區(qū)域局部注射食欲素A可以抑制快速動眼睡眠周期，減少48%的非快速動眼睡眠周期，增加70%的覺醒率，同時還增加c-fos在下丘腦外側(cè)區(qū)、前區(qū)、室旁核、弓狀核處和杏仁中央核等處的高度表達［11］。此外有研究者在用電壓鉗記錄突觸后電位時發(fā)現(xiàn)，當下丘腦外側(cè)區(qū)有大量含食欲素的囊泡聚集在突觸末梢時，可增加軸突γ-GABA的含量，從而間接參與睡眠覺醒周期的調(diào)控［12］。在對人類原發(fā)性發(fā)作性睡病患者，特別是對人類白細胞抗原HLA DQB1*0602缺乏基因遺傳病患者的大腦進行解剖研究時發(fā)現(xiàn)，在下丘腦外側(cè)區(qū)等處本該是食欲素密集表達的區(qū)域，食欲素表達大量減少、甚至消失；或者是神經(jīng)膠質(zhì)再生，阻斷了食欲素纖維投射；同時發(fā)現(xiàn)在膽堿能神經(jīng)元系統(tǒng)和大腦其他部位食欲素神經(jīng)元胞體數(shù)量也低于正常水平的現(xiàn)象。

4.3 能量代謝及其他 食欲素除了可以調(diào)控攝食、飲水行為和調(diào)節(jié)睡眠覺醒周期外，還參與能量代謝，以及心血管功能、性行為和生殖功能的調(diào)控，控制體溫和參與運動調(diào)節(jié)。有研究者在小鼠腦內(nèi)注射OXA，結(jié)果只能促進消瘦小鼠進食，對肥胖小鼠沒有促進食欲作用，但可顯著增加其能量代謝率，并促進脂肪利用［9］。這提示食欲素對機體的能量平衡具有調(diào)節(jié)作用。在大鼠腦室注入食欲素后，可引起血壓升高、心率增快、腎交感神經(jīng)緊張性升高等現(xiàn)象［13］，提示食欲素有心血管系統(tǒng)作用。還有動物實驗發(fā)現(xiàn)，卵巢切除的大鼠用雌二醇苯甲酸和黃體酮預處理后，腦室內(nèi)注射食欲素A或食欲素B均可以劑量依賴的方式快速刺激黃體生成素LH分泌。但兩種食欲素均抑制切除卵巢后非預處理大鼠LH的分泌。這項結(jié)果提示，食欲素在下丘腦水平通過促性腺激素釋放激素GRH神經(jīng)元而降低黃體生成素LH的脈沖分泌。此外還有研究表明，食欲素神經(jīng)元在覺醒系統(tǒng)的配合下可不依賴外周生熱作用來調(diào)節(jié)體溫。另外也有科學家在測量大鼠在不同行為（安靜覺醒、食物剝奪、睡眠剝奪、限食、運動）條件下腦脊髓液中所含的食欲素A水平時發(fā)現(xiàn)，食欲素系統(tǒng)的激活可能與運動應(yīng)激有關(guān)。

5 食欲素與全身麻醉

位于下丘腦外側(cè)區(qū)（lateral hypothalamic area，LHA）的食欲素神經(jīng)元已被認為是參與調(diào)控睡眠覺醒周期的重要神經(jīng)通路。全身麻醉與睡眠相似，兩者都可以暫時抑制軀體運動和對外界刺激的反應(yīng)。睡眠剝奪可以導致睡眠時程的加深，睡眠剝奪也可以導致異氟醚介導的全身麻醉的麻醉程度加深［14］，同時睡眠剝奪對異氟醚麻醉的影響可以被腺苷受體拮抗劑部分逆轉(zhuǎn)［15］。全身麻醉與睡眠，尤其是非速動眼睡眠周期通常被認為是通過許多共同的核團參與而產(chǎn)生的作用。麻醉狀態(tài)下的腦電圖與非速動眼睡眠周期時的腦電圖相似［16］。前文提及過缺乏食欲素會導致人類嗜睡癥，而嗜睡癥患者會直接從清醒狀態(tài)進入快速動眼睡眠周期；而現(xiàn)在的普遍觀點是推測食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)是快速動眼睡眠周期抑制神經(jīng)元（REM-OFF neuron），通過單胺能神經(jīng)元發(fā)揮調(diào)控作用。有實驗表明，使用食欲素競爭劑可以導致麻醉深度的降低［17］，而使用食欲素受體1的拮抗劑（SB-334867-A）可以加深麻醉深度［18］。

全身麻醉與睡眠之間的模式圖（圖1）。下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)（VLPO）系統(tǒng)有誘導睡眠的作用，同時下丘腦外側(cè)區(qū)的食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)則與促進、維持清醒狀態(tài)有關(guān)。全身麻醉會激活下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)系統(tǒng)，同時抑制維持覺醒的神經(jīng)通路［19］。

2001年Hirota等報道食欲素A和食欲素B可以引起大鼠腦部去甲腎上腺素的釋放。2003年他們通過對大鼠腦部組織切片的研究，報道了食欲素神經(jīng)元和阿片類神經(jīng)元系統(tǒng)并不存在交互作用。同年，Hirota等展開了關(guān)于食欲素和苯巴比妥麻醉的圖1 全身麻醉與睡眠之間關(guān)系模式圖

研究，食欲素A和食欲素B都可不同程度的顯著減少戊巴比妥、苯巴比妥和戊硫代巴比妥麻醉的時間（15%~40%），而食欲素A的拮抗劑SB-334867-A可以通過抑制去甲腎上腺素的釋放，間接延長40%左右的戊硫代巴比妥麻醉時間，同時逆轉(zhuǎn)食欲素A的作用；而對照組的GABA受體競爭劑荷包牡丹堿不能抑制去甲腎上腺素的釋放，從而提示食欲素神經(jīng)元是苯巴比妥類藥物麻醉的重要核團，而GABA系統(tǒng)并沒有參與其中。雖然食欲素神經(jīng)元和alpha2-腎上腺素能神經(jīng)元都參與調(diào)控睡眠覺醒周期，但是2005年Hirota等又通過對大鼠腦部組織切片的研究發(fā)現(xiàn)，食欲素神經(jīng)元和alpha2-腎上腺素能神經(jīng)元之間也不存在交互作用。由于早先曾報道食欲素參與情感改變和行為調(diào)控，Hirota等在2007年研究并報道了苯二氮艸 卓類藥物如咪達唑侖等對于食欲素系統(tǒng)的影響，大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的苯二氮艸 卓類受體與食欲素神經(jīng)元亦沒有產(chǎn)生相互影響。同年，他們又報道發(fā)現(xiàn)食欲素通過膽堿能覺醒系統(tǒng)參與了異氟醚全身麻醉的蘇醒。膽堿能神經(jīng)元主要位于大腦腳被蓋核（PPTg）和背外側(cè)被蓋區(qū)（LDT），通過特定的競爭劑和膽堿酯酶抑制劑的作用可以引起大腦皮質(zhì)的活化并參與全身麻醉的蘇醒。在異氟醚麻醉中，腦室內(nèi)注射微小劑量食欲素A也可通過食欲素受體1引起乙酰膽堿釋放和腦電圖的覺醒，同時電刺激大腦腳被蓋核也可引起相同的現(xiàn)象；而注射食欲素A的拮抗劑SB-334867-A卻是削弱蘇醒反應(yīng)。以上結(jié)果提示，食欲素A可能通過膽堿能覺醒通道參與了全麻蘇醒過程。

為了探究食欲素與全身麻醉之間的關(guān)系，Kelz等用異氟醚和七氟醚誘導成年C57BL/6J大鼠和orexin/ataxin-3大鼠，使用食欲素受體1的拮抗劑（SB-334867-A），通過遺傳學和藥理學方法干擾食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)的信號傳導，并使用免疫組化、腦電圖測試和行為學試驗（翻正反射）等方法，觀察食欲素與全身麻醉的誘導和蘇醒之間的聯(lián)系。令人驚奇的是，無論是通過遺傳學方法還是藥理學方法所造成的食欲素系統(tǒng)信號受干擾的大鼠，其異氟醚和七氟醚麻醉的誘導情況基本沒有出現(xiàn)變化，而這些大鼠的蘇醒時間卻出現(xiàn)了顯著的延遲。在麻醉期間大鼠均沒有出現(xiàn)暈厥現(xiàn)象，從而排除了這一現(xiàn)象對蘇醒延遲的干擾［20］。異氟醚和七氟醚的麻醉作用影響了食欲素能神經(jīng)元c-fos的表達，但并沒有涉及相鄰的MCH神經(jīng)元的c-fos活化。在異氟醚和七氟醚麻醉下的大鼠和其他腦電圖檢測下處于非速動眼睡眠周期的睡眠狀態(tài)大鼠，其食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)c-fos活化程度相似［19］。在異氟醚和七氟醚的全身麻醉過程中，食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)的抑制究竟是吸入性麻醉藥的直接抑制所致還是通過抑制傳入通路所致，目前還不清楚。吸入性麻醉藥的誘導可能是通過GABA系統(tǒng)的投射介導的。相比之下，蘇醒過程則更需要持續(xù)穩(wěn)定的清醒狀態(tài)。從而可以推測，與麻醉誘導相比，蘇醒期需要對食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)有更持久的刺激。異氟醚和七氟醚這類吸入性麻醉藥對食欲素受體的G耦聯(lián)蛋白可能存在抑制作用，而隨后吸入性麻醉藥對食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)的作用則更多地被報道是通過食欲素A受體的。如果在吸入性麻醉藥的誘導過程中，食欲素神經(jīng)元的抑制是必不可少的過程的話，那么那些通過遺傳學原理使食欲素系統(tǒng)信號受干擾的大鼠就應(yīng)該會對異氟醚和七氟醚出現(xiàn)高敏反應(yīng)。而事實情況是這些有嗜睡癥的大鼠無論是對異氟醚還是七氟醚都沒有高敏反應(yīng)。這些結(jié)果提示，吸入性麻醉藥物異氟醚和七氟醚所介導的全身麻醉的誘導與蘇醒過程，并不是我們既往所想象的鏡像的逆反過程；食欲素神經(jīng)元系統(tǒng)通過抑制快速動眼睡眠周期參與了其中的蘇醒過程，而其在全麻蘇醒過程中的調(diào)控方式與作用機制以及吸入性麻醉藥物全麻誘導過程在神經(jīng)元層面上的機制，仍有待我們進一步探討。

6 小結(jié)

目前關(guān)于食欲素及其受體研究的主要方向仍然是食欲素調(diào)控攝食行為，以及參與調(diào)節(jié)睡眠覺醒周期等，關(guān)于食欲素與全身麻醉機制的相關(guān)研究則剛起步。本文集中討論了近階段有關(guān)食欲素與全身麻醉機制的各項研究結(jié)果，其中有些觀點可能尚不成熟，有些實驗結(jié)果還有待進一步研究。但無論如何，現(xiàn)有的結(jié)果已提示，食欲素與全身麻醉的作用機制存在著某些必然的聯(lián)系。