线粒体反向调控通路在麻醉手术因素导致神经毒性反应中的作用及CaN-siRNA干预研究

Postoperative cognitive dysfunction (POCD) is a common complication in elderly patients and a critical clinical problem to be solved. Our investigation indicated that anesthetic and surgery could result in neurotoxicity in central nervous system, including neuroinflammation, neuronal apoptosis and Aβ generation. My previous investigation also indicated that isoflurane could lead to oxidative stress, and therefore damage mitochondrial function in neuron. Mitochondrial retrograde signaling is a pathway of communication from mitochondria to the nucleus. Mitochondrial damage and retrograde signaling mediate neuronal damage and aging, and the initiator calcineurin, transductor CREB, C/EBP, NFAT, NF-κB and hnRNP of retrograde signaling also directly involve several neurodegenerations. So we speculate that mitochondrial retrograde signaling is an important contributor for postoperative neurotoxicity and POCD. Present investigation is designed to employ aged rat model we have previously established, to observe the influence of anesthetic and surgery on mitochondrial function and retrograde signaling. Then calcineurin siRNA and cyclosporin A, an inhibitor of calcineurin, will be used respectively as interventions to investigate whether mitochondrial retrograde signaling could affect postoperative neurotoxicity and POCD. The results will reveal the relationship between mitochondrial retrograde signaling and postoperative neurotoxicity, and provide theoretical basis and new treatment target for POCD.

术后认知功能障碍（POCD）是老年患者的常见并发症和临床亟待解决的问题。我们的研究发现，麻醉和手术因素可以导致中枢神经系统发生炎症、凋亡、Aβ生成等毒性反应。本人在美国的研究还发现，异氟醚麻醉可以诱导神经元发生氧化应激，进而损伤线粒体功能。线粒体反向调控通路是线粒体调控核基因的信号通路，线粒体损伤和反向调控通路的激活介导了神经损伤和衰老，通路中的启动因子CaN、转导因子CREB、C/EBP、NFAT、NF-κB和hnRNP还直接参与了神经退行性变，故推测线粒体反向调控通路是术后神经毒性反应和POCD发病的重要环节。本研究拟观察麻醉手术因素对线粒体功能和反向调控通路的影响，在此基础上，分别应用CaN-siRNA和CaN抑制剂CsA进行干预，研究线粒体反向调控通路在术后神经毒性反应和POCD发病中的作用。研究结果将揭示线粒体反向调控通路与术后神经毒性反应的关系，为防治POCD提供新的靶点。

术后认知功能障碍是老年患者的常见并发症和临床亟待解决的问题。本项目组应用老年大鼠和大鼠C6神经胶质瘤建立麻醉和手术模型，探讨了麻醉手术因素导致脑功能障碍的关键区域海马和前额叶内的氧化应激反应，线粒体功能障碍，线粒体反向调控通路的激活和调控过程，以及所致的神经炎症、突触功能和记忆形成障碍等病生理过程。具体结果如下：麻醉手术因素导致海马内的线粒体功能发生障碍（线粒体膜电位水平下降），以及氧化应激反应，随之线粒体反向调控通路的启动和关键因子钙调磷酸酶（CaN）被激活。在CaN作用下，活化T 细胞核因子（NFAT）c4发生转核，cAMP反应元件结合蛋白（CREB）的磷酸化水平下降，进而影响神经突触可塑性的功能；另一方面，CaN通过促进NF-κB的激活和转核，促进IL-1β生成和中枢神经炎症的发生发展。在进一步的研究中，项目组通过启动子CaN的抑制剂环孢素A（CsA）和siRNA进行干预，发现当线粒体反向调控通路的异常激活受到抑制，麻醉手术因素所致的认知功能障碍也得到改善，提示线粒体反向调控通路在术后认知功能障碍发生中起到重要作用。此外，项目组应用Affymetrix基因芯片进行全基因转录组mRNA的分析，发现Itm2a、Cryab、Cdkn1a、Hif3a、Mt1m、Prkcd等一系列与线粒体功能障碍和线粒体反向调控通路相关的基因发生变化，并且关键基因的调控与麻醉因素导致的基因甲基化水平改变密切相关，为进一步的工作提供基础。本项目的一项转化医学研究提示，线粒体功能障碍相关的脑氧水平下降，可以作为危险因素预测老年患者术后认知功能障碍的发生。综上所述，本项目的研究结果提示，麻醉手术因素所致的线粒体功能障碍和线粒体反向调控通路的激活，导致了中枢的神经毒性反应和认知功能障碍的发生，这一结果为术后脑功能障碍的防治提供了有价值的靶点，丰富了本领域的理论基础，并为进一步的研究提供了方向。