C-fos基因功能及與麻醉關系的研究進展

尹柏雙，王秋竹，付連軍，呼顯生，石星星，姜 勝，高 利，王洪斌

（1.吉林農業科技學院動物醫學學院，吉林 吉林132101；2.東北農業大學動物醫學學院，黑龍江 哈爾濱150030）

C-fos基因是即刻早期基因（immediate early genes，IEG）家族成員之一，含3.5 kb堿基的DNA序列，由4個外顯子和3個內含子組成，可轉錄為2.2 kb堿基的成熟mRNA，編碼380個氨基酸的FOS蛋白[1]。FOS與JUN形成FOS-JUN／AP-1復合物，是轉錄水平上不同信號傳遞的“中轉站”，與目的基因結合，激活目的基因的轉錄活性，完成細胞信號的轉導，被稱為核內“第三信使”[2]。C-fos基因參與了多種生理活動，在維持機體生命活動中起著重要作用。因C-fos基因的重要性，本文就該基因的功能及與麻醉關系的研究進行綜述，為C-fos基因的深一步研究提供參考。

1 C-fos基因功能及調節機制研究

1.1 C-fos在中樞神經系統（CNS）中的作用 Cfos普遍存在于CNS，正常情況下高度保守，表達水平很低，只有CNS細胞接受內外源刺激信號后，第一級神經元興奮引起神經遞質（或激素）的分泌，作為第一信使作用于靶細胞的細胞膜，通過胞內的第二信使，激活C-fos/C-jun等的轉錄與表達，形成同源或異源二聚體激活蛋白-1（activation protein 1，AP-1）。AP-1作為轉錄因子，調節靶基因長時程的表達，編碼細胞的各種蛋白如神經遞質、神經營養因子、神經調節因子、受體和突觸結構蛋白等，進而導致CNS形態、結構和功能長時程的改變；影響神經細胞的生長、分化、神經可塑性、學習記憶和損傷修復的調節，介導阿片肽、腦啡肽、NGF、cck-8等基因表達，參與麻醉、鎮痛過程[2-3]。

1.2 C-fos基因與運動、記憶的關系 C-fos作為第三信使調節核內其他靶基因的表達，調整神經元對外界刺激的長時程應答，對記憶的形成具有關鍵性作用。已發現許多與記憶密切相關的基因，如膠原酶、神經生長因子和珠蛋白啟動子中都有TRE區，C-fos表達產物形成的AP-1復合物結合到這些基因的TRE區，誘導其表達，影響學習記憶功能[4]。研究認為，康復訓練運動后C-fos表達的適度增加可以提高神經元的活性，起到調控因子的作用。適宜的運動訓練可以引起中樞神經系統內cAMP、Ca2+等第二信使適量增加，從而誘導C-fos基因表達，控制下游靶基因的轉錄，合成新的蛋白質，有利于大腦的記憶功能[5]。

1.3 C-fos基因與疾病的關系

1.3.1 C-fos基因與腫瘤疾病的關系 C-fos作為原癌基因在腫瘤細胞的運動、細胞外基質的降解、異常粘附及轉移灶新生血管生長等多個侵襲轉移的環節中發揮重要的作用[6]。研究表明，Cfos過度表達與垂體腺瘤、上皮性卵巢癌、外陰鱗癌、宮頸鱗狀細胞癌、甲狀腺乳頭狀癌、皮膚鱗狀細胞癌、口腔鱗癌仁、膽囊癌、肝細胞癌等腫瘤細胞的增殖活性、腫瘤體積、組織級別、淋巴轉移、以及臨床結局等有不同程度的相關性[7]。

1.3.2 C-fos基因與癲癇疾病的關系 癲癇是大腦神經元突發性異常放電，導致短暫的大腦功能障礙的一種慢性疾病。癲癇的發病機制主要與離子通道神經遞質及神經膠質細胞的改變，引起中樞神經系統興奮與抑制間的不平衡密切相關。近年來諸多學者在紅藻氨酸癲癇模型、杏仁核點燃癲癇模型、電極刺激迷走神經興奮誘發癲癇的急慢性模型及依地尼酸癲癇模型實驗研究發現，在各模型鼠海馬、皮質、杏仁核及丘腦等部位檢測到C-fos mRNA與FOS蛋白的異常表達[8]。C-fos已被廣泛應用于癲癇的定位示蹤研究，探討癲癇的發生機理及抗癲癇藥物的篩選和評價[9]。

1.4 C-fos基因對神經細胞的保護作用 過去的研究表明，C-fos基因過量表達與神經細胞自我修復有關，具有神經生長因子的作用。C-fos mRNA及FOS蛋白的表達對神經元損傷起保護作用，與損傷后修復有關。C-fos的表達參與了腦缺血的耐受，是腦缺血耐受的保護機制之一[10]。適度的C-fos表達參與了DNA的損傷修復，而不適當的表達將中斷細胞內信號的傳導、干預修復功能并誘導細胞走向凋亡。C-fos在多種細胞凋亡過程中存在過度表達，誘導特異表型細胞的凋亡[11]。因此表明C-fos過度表達與神經元凋亡有必然聯系，且參與細胞凋亡過程。

1.5 C-fos基因的調節機制 在哺乳動物體內各組織器官均有C-fos基因分布，但神經系統中分布最為廣泛。近年來發現C-fos基因參與重要腦功能活動的信號轉導和調控過程[12]。C-fos表達受到很多因素的調節，研究表明C-fos表達調節機制可能有以下4種情況：第一類調節，通過Ca2+-鈣調蛋白介導的信號轉導途徑、cAMP依賴性蛋白激酶（PKA）磷酸化激活途徑、甘油二酯依賴的蛋白激酶C（PKC）途徑[13-14]。第二類調節，通過活化興奮性氨基酸（EAA）受體和G-蛋白偶聯受體（速激肽，腎上腺素能和α-MSH受體）誘導途徑[15]。第三類調節，N-甲基-D-天(門)冬氨酸（NMDA）受體激活途徑[16]。第四類調節，絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）途徑[17]。

2 C-fos基因與麻醉關系的研究

隨著分子生物學技術的廣泛應用，從分子和基因水平探討麻醉過程中的病理生理變化已備受重視。原癌基因與病毒癌基因序列相似，廣泛存在于各種動物的細胞中。原癌基因家族中的C-fos基因在全身麻醉過程中的表達及意義已引起關注。研究發現，多種麻醉藥單純給藥均可引起中樞神經系統c-fos基因的表達，但表達的程度和部位存在差異性。嗎啡可引起下丘腦腹內側核的FOS的表達量增加[18]；安氟醚可誘導FOS在杏仁核、海馬區、丘腦室旁核、視上核、中腦中央灰質及脊髓背角等神經核團內表達[19]；甲氧氟烷引起中樞神經元多個核團FOS蛋白的明顯表達[20]；推論這些核團可能是全麻藥物中樞作用點。近年來許多學者認為：C-fos表達參與痛覺傳遞和調制過程中強啡肽、腦啡肽基因的轉錄偶合，FOS蛋白可能通過調制阿片肽及其他基因的表達，參與痛覺調制[21]。Kovacs K J在轉基因小鼠的研究表明，C-fos表達在痛覺過程信號的轉錄機制中起到第三信使的作用[22]。另有研究表明，一些麻醉藥也可抑制其他麻醉藥及應激引起的C-fos基因的表達。氯胺酮對腦局部缺血后C-fos基因表達有部分的抑制作用，嗎啡和芬太尼-咪達唑侖能抑制傷害性刺激誘發的大腦皮質、海馬和脊髓C-fos基因的表達[23]。我們的研究顯示，小型豬特異性復合麻醉頡頏劑、噻啦嗪單劑及阿替美唑在麻醉和催醒大鼠時均引起中樞腦區C-fos mRNA、FOS蛋白表達發生相應變化[24-25]。大量的研究結果均證實了C-fos基因參與了麻醉過程。

3 展望

有關全麻藥物引起麻醉機理的研究較多，但無最終定論。最初通過脂質學說解釋全麻機理，而后逐步形成全麻作用機制的蛋白質學說，其研究主要集中在神經突觸的受體、離子通道、信號傳導系統、神經遞質及相應的調控系統等方面。近年來，許多學者提出麻醉的基因學說，試圖通過對麻醉相關基因的篩選及功能研究揭示全麻機理。多項研究表明，C-fos基因在麻醉過程中起著重要作用，對麻醉藥物作用的功能定位起著標記作用，但C-fos如何參與麻醉過程、麻醉藥物對中樞神經系統C-fos基因表達影響的具體機理、C-fos基因表達產物作為轉錄調節因子如何作用于麻醉相關神經遞質及受體的機制，國內外未見報道。因此，從C-fos基因方面深入開展麻醉機理的研究具有重要意義。

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