幼儿麻醉影响社交能力？空军军医大学董海龙团队揭示S-氯胺酮过度修剪突触致缺陷

全身麻醉药物对神经发育的影响在临床和临床前研究中存在高度争议。近年来积累的证据表明，早期生命阶段的社交认知发展更容易受到全身麻醉的影响。然而，青春期的行为特征及其潜在机制仍不明确。

基于此，2025年3月11日空军军医大学西京医院麻醉与围手术期医学科董海龙教授研究团队在Molecular Psychiatry杂志发表了“S-ketamine exposure in early postnatal period induces social deficit mediated by excessive microglial synaptic pruning”揭示了在早期出生后阶段暴露于S-氯胺酮会通过过度的小胶质细胞突触修剪诱导社交缺陷。

作者通过机器学习辅助行为分析工具：社交行为图谱（Social Behavioral Atlas, SBeA）观察到，早期出生后暴露于S-氯胺酮（氯胺酮右旋对映体）会特异性地导致社交能力和社交认知的缺陷。此外，S-氯胺酮暴露持续激活前额叶皮层（PFC）中的小胶质细胞，出现过度的突触修剪和树突结构异常，从而导致兴奋性突触传递的过度激活。值得注意的是，S-氯胺酮暴露激活了小胶质细胞中的Stat1-Arg1通路。下调Arg1表达或预防性给予Arg1选择性抑制剂nor-NOHA可以逆转小胶质细胞的过度激活，并减轻由S-氯胺酮暴露引起的神经发育障碍。作者的研究明确了早期出生后S-氯胺酮暴露在青春期引发的异常行为表型，并揭示了一个预防麻醉相关神经发育异常的潜在靶点。

图一 早期出生后阶段暴露于S-氯胺酮引发的行为变化

通过一系列浓度的S-氯胺酮（70 mg/kg至100 mg/kg），确定90 mg/kg为最佳麻醉剂量，该剂量不会显著改变小鼠的动脉pH值、PaCO2、PaO2和SaO2。使用三维运动学习框架评估自发行为，发现S-氯胺酮暴露的小鼠表现出减少的探索行为（如嗅探和踏步），但增加了跳跃、站立（高和低）和自我梳理行为。在三箱社交范式中，对照组小鼠更倾向于与陌生小鼠互动而非物体，而S-氯胺酮暴露的小鼠则没有这种偏好。S-氯胺酮暴露的小鼠未能形成社交记忆，在家笼中的直接社交互动时间显著减少，并且在试验1到试验3之间的时间变化不明显。埋珠实验和梳理行为分析显示，两组在这些行为上没有显著差异，表明S-氯胺酮暴露未导致典型的重复行为增加。在高架十字迷宫（EPM）和旷场测试（OFT）中，S-氯胺酮暴露的小鼠表现出与对照组相似的焦虑水平；在巴恩斯迷宫和新物体识别（NOR）测试中，两组的认知灵活性和工作记忆、空间记忆也无显著差异。总结来说，早期出生后暴露于S-氯胺酮主要影响小鼠的社交行为和社交记忆，而不显著影响其重复行为、焦虑水平或认知灵活性。

图二 S-氯胺酮暴露导致青春期小鼠自发社交能力的缺陷

近年来，深度学习算法的进步促进了对动物社交行为更全面的评估。在此，作者使用社交行为图谱（SBeA）量化自由社交行为，旨在揭示S-氯胺酮诱导的针对陌生/熟悉小鼠的细微社交行为变化。聚类图展示了各组之间潜在不同的社交行为。与生理盐水组相比，S-氯胺酮组小鼠在与熟悉小鼠的社交互动中表现出6种行为表型的显著差异，其中包括1种减少的行为表型和5种增加的行为表型。而在与陌生小鼠互动时，S-氯胺酮组比对照组显示出8种显著减少的行为表型和4种增加的行为表型。这些行为模块根据身体运动特征和小鼠行为图谱被分为七种社交行为，并映射到行为图谱中。这七种社交行为突显了两组之间的显著差异。具体而言，S-氯胺酮组对熟悉小鼠表现出更多的冷漠行为，而接近和亲社会行为则显著减少。然而，S-氯胺酮组也表现出相对较高比例的防御性行为。此外，当与陌生小鼠互动时，两组之间的差异更加明显。S-氯胺酮组表现出更多顺从性和防御性行为，但在寻找、接近、探索和亲社会行为方面显著减少。

图三 小胶质细胞中Arg1的上调介导了过度的突触修剪和异常的社交行为

为了探讨Arg1信号通路在S-氯胺酮诱导的小胶质细胞激活中的作用，通过脑室内注射pLenti-CMV-DIO-mCherry-sh-Arg1（pLenti-DIO-sh-Arg1）到Cx3cr1-CreER小鼠中，在出生后第0天（P0）下调Arg1，并在P0至P5之间两次给予他莫昔芬诱导。慢病毒转导7天后，作者观察到mCherry在前额叶皮层（PFC）Iba+小胶质细胞中选择性且高效的表达，且通过qPCR验证了PFC中Arg1 mRNA水平的下降。随后，评估了从P7到P28期间PFC中小胶质细胞的形态和功能。接受pLenti-DIO-sh-Arg1治疗的S-氯胺酮暴露小鼠中小胶质细胞的激活显著受到抑制，表现为小胶质细胞胞体面积从P7到P14明显减小，分支数量从P7到P28增加，以及分支长度从P7到P14延长。基于对小胶质细胞过度激活的抑制，小胶质细胞突触修剪能力从P7到P28显著逆转，这一结果也通过3D重建图像显示。此外，在P14时，接受新生儿期pLenti-DIO-sh-Arg1治疗后，S-氯胺酮暴露小鼠与生理盐水组小鼠相比，CD68+溶酶体内PSD95免疫反应性存在显著差异。通过下调Arg1，S-氯胺酮引起的树突结构破坏明显恢复正常。在接受pLenti-DIO-sh-Arg1治疗的S-氯胺酮暴露小鼠中，PFC神经元基底树突（而非顶端树突）的分支复杂性显著降低，同时顶端和基底树突棘数量增加。树突棘成熟度也因Arg1下调而显著恢复，表现为顶端树突中长薄型树突棘比例减少，基底树突中丝状伪足/长薄型树突棘比例减少，以及基底树突中蘑菇型树突棘比例增加。最后，检测了社交表现是否受Arg1下调的影响。在三箱社交测试中，接受pLenti-DIO-sh-Arg1治疗的S-氯胺酮暴露小鼠在社交能力测试中更倾向于陌生小鼠而非物体，在社交记忆测试中更倾向于新奇小鼠而非熟悉小鼠。同样，S-氯胺酮暴露小鼠在Arg1下调后表现出社交记忆指数的提升。综上所述，特异性下调小胶质细胞中的Arg1足以抑制S-氯胺酮诱导的小胶质细胞过度激活，减少突触修剪，从而有助于恢复神经元树突结构和社交缺陷。

总结

本研究阐明了一种分子机制，即在出生后早期阶段使用S-氯胺酮进行全身麻醉会通过小胶质细胞功能障碍导致社交行为缺陷。并揭示了预防伴社交症状的神经发育障碍（如自闭症谱系障碍，ASD）的潜在靶点。

文章来源：https://doi.org/10.1038/s41380-025-02949-7

阅读原文