阿片类镇痛药对发育期大脑神经毒性作用的研究进展

潘 波（综述） 黄绍强（审校）

（复旦大学附属妇产科医院麻醉科 上海 200090）

阿片类镇痛药对发育期大脑神经毒性作用的研究进展

潘 波（综述） 黄绍强△（审校）

（复旦大学附属妇产科医院麻醉科 上海 200090）

阿片类药物是临床常用的镇痛药，主要通过激动中枢神经系统特定部位的阿片受体产生镇痛作用。而对于发育中的大脑，阿片受体和内源性阿片肽在神经元和胶质细胞的增殖、分化及存活中起重要调节作用。围产期孕妇或婴幼儿应用阿片类镇痛药可能会干扰正常的内源性阿片通路，影响神经细胞的发育。目前，国内外对于阿片类镇痛药的神经毒性作用仍有争议，本文综述了近年来阿片类镇痛药对发育期大脑神经毒性作用的研究进展。

阿片类物质； 发育期大脑； 神经毒性

阿片类药物是临床常用的镇痛药，主要通过激动中枢神经系统特定部位的阿片受体产生镇痛作用。许多研究表明，发育过程中的神经元和胶质细胞表达μ阿片受体（μ-opioid receptor，MOR）、δ阿片受体（δ-opioid receptor，DOR）和（或）κ阿片受体（κ-opioid receptor，KOP），这些受体在神经细胞增殖分化成熟过程中起重要作用。临床上，围产期孕妇或婴幼儿常因手术、有创检查或治疗而使用阿片类镇痛药，另外，阿片类药物成瘾的孕妇需要用美沙酮或丁丙诺啡进行维持治疗。这些外源性的阿片类药物也许会作用于神经细胞上的阿片受体，干扰内源性阿片通路，从而对发育中的大脑造成影响。然而，与全身麻醉药神经毒性被大家一致认可不同，对于阿片类镇痛药的神经毒性还存在着很多争议，本文对该领域的研究进展作一综述。

阿片受体及内源性阿片肽对发育中大脑的影响早期研究表明，小鼠胚胎发育至第11～12天时，在脑基底神经节和中脑内可以检测到MOR和KOR mRNA的表达，并于孕中后期逐渐在其他脑区表达。至胚胎发育第16天，DOR开始在前脑侧脑室周围的皮层生发区表达［1-3］。但在出生之前，MOR 与KOR是脑内主要表达的阿片受体，DOR在脑内表达水平很低，不过对出生后才开始神经发生的区域如海马和小脑，DOR起到重要的调节作用［4］。3种阿片受体在神经细胞中有不同程度的表达，Hauser等［5］通过体外培养小鼠小脑外颗粒层神经元前体细胞发现，神经元前体细胞分泌脑啡肽类多肽，并表达MOR、DOR以及微量的KOR。在发育的早期阶段，少突胶质细胞首先表达MOR，随后出现KOR的表达，体外培养中没有发现DOR的表达，但一项在体实验发现，在纹状体与脑室下区，少突胶质细胞前体细胞有少量DOR表达［1，6］。星形胶质细胞可表达3种阿片受体，有实验对星形胶质细胞的阿片受体分布情况进行研究发现，与小脑和纹状体区相比，皮层和海马区的星形胶质细胞表达更多的MOR，KOR在各脑区均匀分布，DOR在纹状体分布较少［7］。

阿片受体数量在大脑发育阶段明显增多，阿片受体和内源性阿片肽在神经元、胶质细胞及前体细胞的增殖、分化和存活中起重要调节作用［1，8］。不同阿片类物质特异性激活不同受体，每种受体在不同神经细胞及神经细胞不同发育阶段的作用不同，从而对神经细胞发育产生影响。Narita等［9］培养小鼠胚胎前额神经多能干细胞，发现使用选择性DOR激动剂SNC80后，促进了胚胎神经多能干细胞的分化，同时caspase-3的表达减少，说明DOR有神经保护功能，而MOR和KOR在多能干细胞阶段却没有促分化和神经保护功能。在神经元发育过程中，MOR激活可以抑制神经元DNA合成，选择性δ2受体激活剂或甲硫脑啡肽可以抑制前体细胞分化，而δ1受体激活却没有这样的生物学效应［5］。同样，胶质细胞在发育过程中，自身分泌脑啡肽和强啡肽，通过阿片受体调节自身发育：MOR激活可促进少突胶质细胞前体细胞的增殖，对已成熟的少突胶质细胞没有影响，同时可抑制星形胶质细胞的增殖；KOR的抑制则增加了少突胶质细胞的死亡；DOR激活可以显著减少胶质细胞的数量，抑制星形胶质细胞DNA的合成［8，10-11］。

阿片受体普遍存在于发育阶段的神经细胞中，内源性阿片类物质通过与阿片受体复杂的相互作用，调节神经细胞的增殖分化，围术期应用的阿片类药物可能通过作用于不同阿片类受体或干扰正常的内源性阿片通路，直接或间接地影响神经细胞的发育，可能造成不良后果。

临床常用阿片类镇痛药对发育中大脑的影响

吗啡 多项研究提示，吗啡可以对发育中的中枢神经系统产生毒性作用，造成神经病理学和行为学异常。Bajic等［12］研究表明，吗啡对发育期神经元的影响是区域性的，给出生后第1天的大鼠连续6天注射吗啡可以引起皮层和杏仁核明显的神经元凋亡，而对海马、下丘脑、水管周围灰质的影响不大。但是，也有研究表明，吗啡对发育中的海马同样也会引起神经细胞的凋亡［13］，并可以在分子水平改变海马的基因表达［14］。而对于胶质细胞的影响，不同的研究结果也不一致。Bajic等［12］的研究显示，给新生大鼠反复多次注射吗啡，对星形胶质细胞没有促凋亡作用。而Stiene-Martin等［1］对新生小鼠的研究显示，在中枢神经系统发育期，星形胶质细胞对吗啡的敏感性增强，单次皮下注射吗啡可抑制星形胶质细胞DNA的合成，从而影响其增殖。

孕期使用吗啡也会对胎儿产生神经毒性作用。Sadraie等［15］在大鼠怀孕第2周开始每天给予吗啡口服，孕21天时剖宫产取出胎鼠，对新生鼠身体发育和脑发育进行评估，结果发现，与对照组相比，吗啡组体重更轻、身长更短，大脑皮质厚度较薄，神经元细胞增殖受抑制且迁移速度减慢，表明在怀孕中期长期使用吗啡，会使胎儿的中枢神经系统发育受到影响。Sun等［16］在胚胎发育第12～16天时，每日分别给母鸡注射吗啡20 mg/kg或生理盐水，比较小鸡在出生后第11天的行为学变化，发现孕期使用吗啡可以导致非哺乳动物后代行为异常。此外，Lin等［17］在大鼠的研究证明，在胎儿期反复接触吗啡可以显著降低突触后致密斑95（PSD-95）蛋白和N-甲基-D-天门冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体3个亚基NR1、NR2A、NR2B的表达，以及减少PSD-95蛋白与NMDA的相互作用。PSD-95蛋白是膜下细胞支架特异性结构，与NMDA受体动态结合，在突触后神经元形成突触复合体，此复合体参与重要的神经生物学功能，比如学习和记忆。实验结果表明，吗啡组幼鼠的行为学表现明显差于对照组。吗啡还可以调节边缘系统（杏仁核、海马）突触后兴奋性神经元的可塑性，改变树突和棘突的形态，影响前额皮质、边缘系统、尾状核、伏隔核的突触密度［18］。

然而，也有一些研究持相反的观点。Massa等［19］在新生大鼠的实验发现，单次腹腔内注射吗啡并不能引起出生后7天或15天幼鼠的额叶皮质神经细胞凋亡，出生后第2周是神经细胞突触发生的高峰期，在此期内，即使每天重复腹腔注射吗啡，也不会影响锥体神经元树突的发育，不会影响突触的密度。麻醉药神经毒性作用的机制仍不清楚，但有证据证明，疼痛和应激本身对大脑发育也会产生不利影响，而镇痛药通过镇痛和减少应激反应反而能起到一定的保护作用［20］。Duhrsen等［21］在出生后1～3天和1～5天幼鼠的4只脚掌上每天注射生理盐水或4%甲醛溶液，用反复注射生理盐水来模拟中等程度的疼痛，反复注射4%甲醛溶液，用来模拟重度炎性疼痛，结果表明，连续注射4%甲醛溶液3天和5天都可以诱发中枢神经细胞的凋亡，而生理盐水要连续注射5天后才能引起中枢神经细胞的凋亡，吗啡预处理则可以抑制疼痛造成的神经细胞凋亡，对发育中的中枢神经细胞起到保护作用。而且与空白对照组相比，单纯使用吗啡并不会诱发神经细胞凋亡。Schuurmans等［22］认为早产儿因有创性抢救操作，常需要应用吗啡，吗啡是否对早产儿中枢神经系统有神经毒性，动物实验和临床数据都对此存在争议，不管是否会产生短期神经生物学影响，但从长期的神经发育来看，只要不是长期滥用，吗啡似乎不会产生显著的影响。当然，这仍需要更多的前瞻性研究来评价吗啡的神经毒性。

美沙酮 Nassogne等［17］给孕8～18天的小鼠每日皮下注射美沙酮40 mg/kg（为临床解毒剂量的40倍），并通过焦油紫染色和免疫组化染色，分别评价胚胎14、17天、出生当天、出生后1、3、11天幼鼠的神经突起、星形胶质细胞的显微结构以及神经元迁移情况。结果发现，超治疗剂量的美沙酮虽然会导致胎儿子宫内发育迟缓，但是并不影响神经系统细胞结构和神经元迁移。

美沙酮常用于阿片成瘾产妇的孕期维持治疗。然而，围产期使用美沙酮可以干扰纹状体胆碱能神经元的正常发育［23］。Barwatt等［24］通过研究美沙酮对D2/D3多巴胺受体的影响，发现美沙酮可以改变发育期大脑神经化学系统的敏感性，使D2/D3多巴胺受体敏感性增强。D2/D3多巴胺受体敏化对阿片药物依赖有长远影响，它们可以增强吗啡的正性强化效应和吗啡戒断治疗中的负性强化效应，此外D2/D3多巴胺受体还和精神分裂症相关。Vestal-Laborde等［25］给孕7天的SD大鼠皮下置泵，连续28天每日持续给予美沙酮9 mg/kg，幼鼠出生后11、19天分析髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）表达量，出生16天后电镜观察髓鞘形成情况。研究发现，围产期使用治疗剂量的美沙酮可以改变幼鼠中枢神经系统髓鞘形成的进程。与对照组相比，美沙酮组胼胝体区髓鞘化的轴突数量更多，髓鞘相关蛋白表达量上升。细胞培养发现，美沙酮在少突胶质细胞发育的特殊阶段对其产生影响，刺激少突胶质细胞祖细胞增殖、促进少突胶质细胞前体细胞成熟，虽然这种结果造成的长远影响尚不明确，但是在大脑发育阶段，不合常理的加速少突胶质细胞成熟和髓鞘化，影响脑发育的同步化，可能并非有益。近年来的研究显示，内源性阿片物质在少突胶质细胞的发育和成熟时机上起到至关重要的作用，在大脑发育期使用阿片类药物或用美沙酮做维持治疗，可能干扰内源性阿片物质对少突胶质细胞发育的调节，从而对少突胶质细胞系的正常发育过程产生影响［26］。

芬太尼及其同系物 关于芬太尼及其同系物对发育中大脑影响的资料非常有限。Catre等［27］给出生6～8天的幼鼠每天皮下注射芬太尼或生理盐水，注射后立刻做脚掌切开处理，然后观察第9～21天的生长发育和行为学情况。从短期结果看，出生后第9天，在体重、活动评分、翻正反射方面，各组无差异。但从长期结果来看，芬太尼组的生长发育更好，焦虑程度更轻，且在行为学试验中表现优于生理盐水和空白对照组。这个研究提示，新生儿使用芬太尼也许是安全的。同样，Sabir等［28］对新生猪的研究表明，24 h持续输注芬太尼不会造成发育期大脑神经元细胞的凋亡。

在儿科手术、孕妇非产科手术以及分娩时的EXIT手术中，瑞芬太尼是目前比较常用的阿片类镇痛药。2014年，Tourrel等［29］通过体外实验探究瑞芬太尼对发育期神经系统的影响，结果发现，瑞芬太尼不会造成神经细胞的坏死，反而有抗凋亡作用，降低caspase-3和Bax蛋白的表达水平。其主要通过抑制内源性凋亡途径产生抗凋亡作用，实验表明，瑞芬太尼保护了线粒体的完整性，并降低内源性凋亡途径中蛋白caspase-9的表达水平，而对外源性凋亡通路中蛋白caspase-8的表达没有影响。瑞芬太尼保护作用的靶点在大脑皮层浅层，这种保护作用可以被阿片类受体和NMDA的拮抗剂所拮抗。NMDA有抗凋亡和兴奋毒性双重作用，瑞芬太尼增强了NMDA的抗凋亡作用，却不增加它的兴奋毒性作用。瑞芬太尼的这种抗凋亡作用仍需要体内实验来证明。

总之，目前仅有的几个动物实验和体外研究表明，芬太尼及瑞芬太尼不会造成发育期动物的神经细胞损伤，没有神经细胞毒性作用，用于新生儿和幼儿可能是安全的，然而，这一结论仍有待于更多的动物在体实验以及临床数据的支持。

阿片受体激动-拮抗药 丁丙诺啡是阿片受体的激动拮抗剂，对各型阿片受体均有较高的亲和力，其中对MOR亲和力最强，呈激动作用；对DOR和KOR呈拮抗作用，并且，其激动与拮抗作用和剂量有关系，主要用于阿片成瘾人群的治疗。在大脑发育阶段，少突胶质细胞表达阿片受体调节其发育，这时期使用丁丙诺啡就可能干扰此过程。Sanchez等［30］为了验证这个假设，将孕鼠皮下置泵每日注射丁丙诺啡0.3或1 mg/kg，并观察幼鼠少突胶质细胞发育情况。研究发现，低剂量丁丙诺啡显著增加MBP的表达，而高剂量的丁丙诺啡则延迟MBP的表达。MBP作为少突胶质细胞发育成熟的生化指标，表明低剂量丁丙诺啡可以加速少突胶质细胞成熟和促进髓鞘化形成，而高剂量则延迟这一过程。但在出生后26天，两个剂量组髓鞘化轴突的直径都显著增加，而髓鞘却不成比例地变薄，并且，使用丁丙诺啡后，髓鞘相关糖蛋白（myelin associated glycoprotein，MAG）的表达在出生后26天显著高于正常。MAG在轴突外侧的髓鞘中含量很丰富，它在调节轴突-胶质细胞间相互联系、启动髓鞘形成、调控髓鞘化轴突生长中起重要作用，由此可见，丁丙诺啡可以影响轴突的正常髓鞘化过程。Eschenroeder等［26］进一步研究发现，丁丙诺啡剂量高低引起MBP表达不同，可能与髓鞘上的MOR和痛敏肽受体（nociceptin/orphanin FQ receptor，NOPR）有关，MOR的激活和一条包含NOPR的未知通路在少突胶质细胞成熟和髓鞘形成中起关键作用。因此，围生期应用丁丙诺啡可能改变这两种促髓鞘形成通途间的平衡，从而影响髓鞘的发育。此外，怀孕期间每天使用丁丙诺啡，可以使新生鼠产生神经行为学改变，出现抑郁表现，且这种行为学的改变伴随着神经元的减少［25］。丁丙诺啡还抑制神经干细胞、神经元、星形胶质细胞的增殖和分化，使脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及神经生长因子（NGF）表达减少［23，31］。但是，同样作为治疗阿片成瘾的药物，与美沙酮不同，丁丙诺啡并不会对发育期大脑多巴胺受体的敏感性造成影响［24］。

结语发育中的大脑神经细胞表达阿片类受体，这些受体调节神经细胞的增殖分化和成熟。临床上常用的阿片类镇痛药通过阿片受体产生镇痛作用。目前的研究结果表明，美沙酮和丁丙诺啡都会对发育中的神经细胞造成影响，吗啡是否会产生神经毒性尚存在争议，芬太尼及其同系物不会造成发育中的神经细胞损伤。但这些证据都是建立在少量动物实验的基础上，所以阿片类镇痛药是否会对发育中的神经细胞造成影响，仍需要大量的动物在体实验和临床数据来证明。

［1］Stiene-Martin A，Knapp PE，Martin K，et al.Opioid system diversity in developing neurons，astroglia，and oligodendroglia in the subventricular zone and striatum：Impact on gliogenesis in vivo［J］.Glia，2001，36（1）：78-88.

［2］Reznikov K，Hauser KF，Nazarevskaja G，et al.Opioids modulate cell division in the germinal zone of the late embryonic neocortex［J］.Eur J Neurosci，1999，11（8）：2711-2719.

［3］Leslie FM，Chen Y，Winzer-Serhan UH.Opioid receptor and peptide mRNA expression in proliferative zones of fetal rat central nervous system［J］.Can J Physiol Pharmacol，1988，76（3）：284-293.

［4］Hauser KF，Manqoura D.Diversity of the endogenous opioid system in development.Novel signal transduction translates multiple extracellular signals into neural cell growth and differentiation［J］.Perspect Dev Neurobiol，1998，5（4）：437-449.

［5］Hauser KF，Houdi AA，Turbek CS.Opioids intrinsically inhibit the genesis of mouse cerebellar granule neuronprecursors in vitro：differential impact ofμandδreceptor activation on proliferation and neurite elongation［J］.Eur J Neurosci，2000，12（4）：1281-1293.

［6］Knapp PE.Endogenous opioid system in developing normal and jimpy oligodendrocytes：μandκopioid receptors mediate differential mitogenic and growth responses［J］.Glia，1998，22（2）：189-201.

［7］Stiene-Martin A，Zhou R，Hauser KF.Regional，developmental，and cell cycle-dependent differences inμ，δ，andκ-opioid receptor expression among cultured mouse astrocytes［J］.Glia，1998，22（3）：249-259.

［8］Buch SK，Khurdayan VK，Lutz SE，et al.Glial-restricted precursors：patterns of expression of opioid receptors and relationship to human immunodeficiency virus-1 Tat and morphine susceptibility in vitro［J］.Neuroscience，2007，146（4）：1546-1554.

［9］Narita M，Kuzumaki N，Miyatake M，et al.Role of deltaopioid receptor function in neurogenesis and neuroprotection［J］.J Neurochem，2006，97（5）：1494 -1505.

［10］Knapp PE，Itkis OS，Zhang L，et al.Endogenous opioids and oligodendroglial function：possible autocrine/paracrine effects on cell survival and development［J］.Glia，2001，35 （2）：156-165.

［11］Stiene-Martin A，Hauser KF.Glial growth is regulated by agonists selective for multiple opioid receptor types in vitro［J］.J Neurosci Res，1991，29（4）：538-548.

［12］Bajic D，Commons KG，Soriano SG.Morphine-enhanced apoptosis in selective brain regions of neonatal rats［J］.Int J Dev Neurosci，2013，31（4）：258-266.

［13］Traudt CM，Tkac I，Ennis KM，et al.Postnatal morphine administration alters hippocampal development in rats［J］. J Neurosci Res，2012，90（1）：307-314.

［14］Juul SE，Beyer RP，Bammler TK，et al.Effects of neonatal stress and morphine on murine hippocampal gene expression［J］.Pediatr Res，2011，69（4）：285-292.

［15］Sadraie SH，Kaka GR，Sahraei H，et al.Effects of maternal oral administration of morphine sulfate on developing rat fetal cerebrum：a morphometrical evaluation［J］.Brain Res，2008，1245：36-40.

［16］Sun H，Che Y，Liu X，et al.Detour behavior changes associated with prenatal morphine exposure in 11-day-old chicks［J］.Int J Dev Neurosci，2010，28（3）：239-243.

［17］Lin CS，Tao PL，Jong YJ，et al.Prenatal morphine alters the synaptic complex of postsynaptic density 95 with N-methyl-D-aspartate receptor subunit in hippocampal CA1 subregion of rat offspring leading to long-term cognitive deficits［J］.Neuroscience，2009，158（4）：1326-1337.

［18］Beltran-Campos V，Silva-Vera M，Garcia-Campos ML，et al.Effects of morphine on brain plasticity［J］. Neurologia，2015，30（3）：176-180.

［19］Massa H，Lacoh CM，Vutskits L.Effects of morphine on the differentiation and survival of developing pyramidal neurons during the brain growth spurt［J］.Toxicol Sci，2012，130（1）：168-179.

［20］Davidson A，Flick RP.Neurodevelopmental implications of the use of sedation and analgesia in neonates［J］.Clin Perinatol，2013，40（3）：559-573.

［21］Duhrsen L，Simons SH，Dzietko M，et al.Effects of repetitive exposure to pain and morphine treatment on the neonatal rat brain［J］.Neonatology，2013，103（1）：35-43.

［22］Schuurmans J，Benders M，Lemmers P，et al.Neonatal morphine in extremely and very preterm neonates：its effect on the developing brain-a review［J］.J Matern Fetal Neonatal Med，2015，28（2）：222-228.

［23］Wu VW，Mo Q，Yabe T，et al.Perinatal opioids reduce striatal nerve growth factor content in rat striatum［J］. Eur J Pharmacol，2001，414（2-3）：211-214.

［24］Barwatt JW，Hofford RS，Emery MA，et al.Differential effects of methadone and buprenorphine on the response of D2/D3 dopamine receptors in adolescent mice［J］.Drug Alcohol Depend，2013，132（3）：420-426.

［25］Vestal-Laborde AA，Eschenroeder AC，Bigbee JW，et al. The opioid system and brain development：effects of methadone on the oligodendrocyte lineage and the early stages of myelination［J］.Dev Neurosci，2014，36（5）：409 -421.

［26］Eschenroeder AC，Vestal-Laborde AA，Sanchez ES，et al. Oligodendrocyte responses to buprenorphine uncover novel and opposing roles of mu-opioid-and nociceptin/ orphanin FQ receptors in cell development：implications for drug addiction treatment during pregnancy［J］.Glia，2012，60（1）：125-136.

［27］Catre D，Lopes MF，Cabrita AS.Lasting developmental effects of neonatal fentanyl exposure in preweanling rats ［J］.Anesthesiol Res Pract，2012，2012：180124.

［28］Sabir H，Bishop S，Cohen N，et al.Neither xenon nor fentanyl induces neuroapoptosis in the newborn pig brain ［J］.Anesthesiology，2013，119（2）：345-357.

［29］Tourrel F，de Lendeu PK，Abily-Donval L，et al.The antiapoptotic effect of remifentanil on the immature mouse brain：an ex vivo study［J］.Anesth Analg，2014，118（5）：1041-1051.

［30］Sanchez ES，Bigbee JW，Fobbs W，et al.Opioid addiction and pregnancy：perinatal exposure to buprenorphine affects myelination in the developing brain［J］.Glia，2008，56（9）：1017-1027.

［31］Wu C，Hung C，Shen C，et al.Prenatal buprenorphine exposure decreases neurogenesis in rats［J］.Toxicol Lett，2014，225（1）：92-101.

The neurotoxicity effect of opioids on developing brain：articles review

PAN Bo，HUANG Shao-qiang△
（Department of Anesthesiology，Obstetrics and Genecology Hospital，Fudan University，Shanghai 200090，China）

Opioid analgesics are widely used for analgesia，which relieve the pain by mimicking the function of the endogenous opioid peptides through opioid receptors in central nervous system.It is likely that neural cells express endogenous opioid peptides in a developmentally regulated manner，which modulate the genesis of neurons and glia in developing brain.Perinatal and infantal exposure to opioid analgesics interfere with brain maturation by disrupting normal opioid signalling and inhibiting the proliferation and differentiation of neural precursors.At Present，The effect of opioids on developing brain is still controversial.This article reviews the neurotoxicity of opiois analgesics using during brain maturation.

opioids； developing brain； neurotoxicity

R 614

B

10.3969/j.issn.1672-8467.2015.05.019

2015-03-14；编辑：王蔚）

上海市自然科学基金（15ZR1404600）

△Corresponding author E-mail：timrobbins71@163.com

*This work was supported by the Municipul Natural Science Foundation of Shanghai（15ZR1404600）.