SUMO1-FKBP51-GR通路介导术后糖皮质激素抵抗导致POCD的机制研究

The amplified neuroinflammation is an important pathological characteristic of postoperative cognitive dysfunction (POCD). However, the underlying mechanisms of abnormal regulation of inflammation in POCD remain elusive. Glucocorticoid receptor (GR) plays a key role in maintaining moderate inflammatory response to injuries or pathogens. Our preliminary data shows that glucocorticoid resistance and abnormal GR signal were involved in the amplification of inflammatory. FKBP51 (a negative regulatory protein of GR) and small ubiquitin-like modifier 1 (SUMO1) are elevated in a mice model of POCD. A recent study found that FKBP51 activity is tightly regulated by SUMOylation. We hypothesize that FKBP51 up-regulation and SUMOylation may enhance surgery-induced neuroinflammation by inhibiting GR signaling, which, in turn, result in the POCD development. The aims of our proposal is to elucidate the effects and mechanisms of FKBP51 on neuroinflammation and POCD through GR signaling together with a focus of SUMOylation of FKBP51 by a series of experiments with various sophisticated techniques from molecular biology to whole animal study. Our proposed study will further our understanding of the pathogenesis of POCD and will shed a light on therapeutic targets in tackling of POCD.

神经炎症是术后认知功能障碍（POCD）的重要病理学特征，但其炎症反应调节失控的机制仍不清楚。糖皮质激素受体（GR）信号是调节机体炎症反应的主要信号之一。我们前期研究证实GR信号异常与糖皮质激素抵抗参与POCD神经炎症放大。预实验发现POCD小鼠海马GR负性调节分子FKBP51与小泛素样修饰蛋白1(SUMO1)表达均明显增高。最新研究发现FKBP51活性维持受到SUMO化修饰调节。我们推测神经系统FKBP51表达上调及其SUMO化修饰可能通过抑制GR信号增强神经炎症导致POCD发生。本项目首先研究SUMO1-FKBP51-GR通路在POCD小鼠海马分子表达改变，综合运用基因敲除、siRNA干扰等技术研究FKBP51与糖皮质激素抵抗、神经炎症和认知功能的关系及作用机制，并进一步明确FKBP51的SUMO化修饰在POCD中作用机制。本课题的顺利完成将为预防和治疗POCD提供新的靶点。

术后认知功能障碍（Postoperative cognitive dysfunction, POCD）是老年患者最常见的术后并发症之一。POCD的发病机制尚不清楚，当前研究提示糖皮质激素抵抗和下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴功能紊乱可能参与 POCD 的发生，糖皮质激素抵抗阻碍糖皮质激素受体（GR）信号的正常传导，可使机体对炎症刺激的反应增强。FK506结合蛋白51 (FKBP51)是一种细胞内蛋白，它能够作为热休克蛋白90（HSP90）的协同伴侣，负调控GR，在HPA轴中发挥重要作用。但是 POCD 患者如何出现糖皮质激素抵抗，介导糖皮质激素抵抗分子机制仍不清楚，本研究旨在探讨FKBP51与糖皮质激素抵抗、神经炎症和认知功能的关系及作用机制。我们发现，Control组、no-POCD组和POCD组相比，条件恐惧测试结果显示POCD组小鼠的学习记忆能力明显受损。POCD组NF-κB、TNF-α等蛋白表达水平显著高于control组和no-POCD组。免疫荧光结果显示POCD组小鼠海马CA1区M型小胶质细胞荧光强度高于control组和no-POCD组，免疫荧光结果显示POCD小鼠海马CA1区FKBP51与GR高度共定位表达于海马颗粒细胞。Western blot 技术和免疫荧光结果显示POCD小鼠海马FKBP51表达高于无POCD小鼠。FKBP51基因敲除小鼠和野生型小鼠行胫骨骨折手术后，条件恐惧实验结果显示FKBP51基因敲除小鼠术前与野生型小鼠相比学习记忆能力无明显差异，术后记忆力显著高于野生型小鼠。ELISA技术显示FKBP51基因敲除小鼠术后皮质醇、促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）、促肾上腺皮质激素（ACTH）低于野生型小鼠。手术后第3天检测两组小鼠炎症因子水平发现，FKBP51基因敲除小鼠Iba-1、pNF-κB、TNF-α、AP-1等炎症因子水平显著低于野生型小鼠。免疫荧光结果显示术后FKBP51基因敲除小鼠海马CA1区M型小胶质细胞荧光强度显著低于野生型小鼠。上述研究表明，手术创伤引起 POCD 个体 HPA 轴激活和 FKBP51 表达增高， FKBP51 对 GR 信号抑制效应增强，诱发糖皮质激素抵抗与神经炎症反应扩大，进而导致 POCD发生。