科學家揭示麻醉影響大腦機制 望提升手術安全

【記者簡詩雅／綜合外電】威爾·康奈爾醫學院（Weill Cornell Medicine）與倫敦大學伯貝克學院（Birkbeck, University of London）的研究團隊，近日在《Nature Communications》期刊發表突破性研究，首次從原子層面揭示吸入式麻醉劑如何與腦部神經細胞進行互動。這項發現有望為開發更安全、副作用更少的麻醉藥物奠定基礎。

吸入式麻醉劑已問世超過 175 年，但其精確的分子作用機制仍有待深入探索。這項研究發現，全身麻醉（general anesthesia）會導致大腦中的神經元之間訊息傳遞（neuronal communication）方式改變，轉向抑制性傳導（inhibitory transmission），進而引發意識喪失、不動及失憶等麻醉效果。研究人員更特別鎖定七氟烷（sevoflurane）這種常見的吸入式全身麻醉劑進行深入分析。

由於哺乳動物的電壓門控鈉離子通道（Voltage-gated sodium channels, VGSCs，一種控制神經細胞興奮的蛋白質）體積龐大且複雜，難以進行影像分析，研究團隊選擇以細菌中的 Magnetococcus marinus（NavMs）作為研究模型。這種細菌的 VGSCs 功能與哺乳動物通道相似，且適用於 X光晶體學（X-ray crystallography，一種解析分子結構的技術），有助於觀察麻醉劑的具體結合位置。透過飽和轉移差核磁共振光譜（saturation-transfer difference, STD nuclear magnetic resonance spectroscopy）技術，研究人員確認七氟烷可直接與 NavMs 進行交互作用。

電生理學（electrophysiology，透過測量電訊號來研究生物功能的方法）實驗顯示，七氟烷會導致 NavMs 出現穩定態失活（steady-state inactivation）並減緩通道活化後的恢復速度。這意味著神經元變得更難放電，也更難連續快速放電，有效地抑制了神經活動。

研究團隊更在 NavMs 的突變體中發現了七氟烷的結合位點，該位點位於電壓感測區塊與相鄰孔洞模組之間的介面。進一步的電腦模擬對接研究（in silico docking studies）推斷，七氟烷也能與人類 VGSCs 中的同源結合位點結合，這項推斷也透過人類胚胎腎 293T 細胞（human embryonic kidney 293T cells，一種常用於生物醫學研究的細胞株）的電生理實驗獲得證實。這項研究首次以原子級別的清晰度，描繪了七氟烷如何與鈉離子通道結合，並使其維持在不活躍狀態。

Hugh Hemmings 表示：「鈉離子通道對大腦神經元間的訊息傳遞至關重要，而麻醉正是透過破壞這種傳遞來發揮作用。」他強調，作為麻醉科醫師，有責任理解這些藥物的作用方式，以便處理患者對麻醉反應不良的情況。研究共同作者 Karl Herold 則指出，這項研究的洞察力可能讓他們能夠設計出更安全、更具選擇性且副作用更少的麻醉劑。