外周术后迷走神经在脑内肥大细胞活化致中枢炎症及POCD中的作用和机制

Postoperative cognitive dysfunction (POCD) is a common complication in aged patients. Neuroinflammation is involved in the pathogenesis of POCD. Brain mast cells (MCs) are first responders, acting as catalysts and recruiters to initiate and amplify neuroinflammation. Our previous studies found that activated MCs contribute to POCD by increasing the permeability of blood-brain barrier, evoking microglial activation, even resulting in the apoptosis of hippocampus neurons directly after peripheral surgery. So, how do the MCs in the brain rapidly respond to the inflammatory information following peripheral surgery ? Studies have proved the role of vagal sensory nerves in immune-to-brain signaling, especially in the early phase of immune response. We hypothesized that vagus nerve may mediate the brain MCs activation after peripheral operation, therefore amplifying the neuroinflammation and prompting the development of POCD. Our preliminary experiment demonstrated that cervical vagotomy inhibited the increased number of MCs in the brain, and decreased the level of inflammatory factors. To further test our hypothesis, we will use aged MCs-deficient mouse model, cytological and molecular biological methods to investigate the role and mechanism of vagus-MCs functional units in the neuroinflammation and POCD. This study will help us to further understand the molecular mechanism of POCD and provide a novel potential target for the prevention and treatment of POCD.

术后认知功能障碍（POCD）是老年患者术后常见的神经并发症，其发生与中枢炎症密切相关。脑内肥大细胞在中枢炎症中起催化剂作用。我们前期研究发现，胫骨骨折可引起老鼠脑内肥大细胞活化，血脑屏障破坏，小胶质细胞活化及神经元凋亡，影响动物术后认知，脑内予肥大细胞稳定剂可逆转此现象。那么，外周术后，脑内肥大细胞如何迅速接收到炎症信息？已知迷走神经可将炎症信息传递入中枢。据此，我们提出假说:外周术后，迷走神经将炎症信息传递至中枢，并释放乙酰胆碱，引起肥大细胞活化，释放炎症因子。预实验也发现，颈部迷走神经切断后，可明显减少脑部肥大细胞活化，缓解中枢炎症。后期实验，我们拟采用老年肥大细胞缺陷鼠与正常小鼠从行为学、细胞学和分子生物学层面，进一步探究“迷走神经-肥大细胞”的神经免疫通讯在中枢炎症中的重要作用及机制，为外周致中枢炎症及POCD的研究增添新的视角，为老年患者术后康复提供新的策略。

术后认知功能障碍（POCD，现称PND）是老年患者术后常见的神经系统并发症，影响老年人生活质量，加重社会负担。其中，手术创伤引发的中枢炎症，使易感人群发生POCD是目前的主流观点。而脑内肥大细胞作为始动者在中枢炎症的发展中起到调节作用。我们前期研究发现，胫骨骨折可引起老鼠脑内肥大细胞活化，血脑屏障（BBB）破坏，小胶质细胞活化及神经元凋亡，影响动物术后认知，脑内予肥大细胞稳定剂可逆转此现象。那么，外周术后，脑内肥大细胞如何迅速接收到炎症信息？已知迷走神经可将炎症信息传递入中枢。本实验主要研究，外周术后炎症信息是否通过迷走神经传入中枢，通过何种途径引起肥大细胞活化，进而引发中枢炎症和POCD。在体实验发现：1. 外周开腹手术后4h，下丘脑谷氨酸释放增加，脑组织和脑膜肥大细胞开始活化，炎症因子IL- 1β和IL-6开始升高，24h后开始出现BBB破坏，小胶质细胞活化数目和炎症因子水平进一步升高，小鼠学习记忆能力受损。而预先予一侧颈部迷走神经离断，谷氨酸含量下降，脑内肥大细胞活化数目减少，中枢炎症因子水平降低，小鼠学习记忆能力改善。说明迷走神经及其递质谷氨酸在外周向中枢传递炎症信息中起了桥梁作用。2. 生物信息学分析提示谷氨酸NMDA受体的NR2B亚基在神经炎症的调节中发挥重要作用。野生鼠下丘脑注射谷氨酸后，肥大细胞活化数目增多，炎症因子水平升高及小鼠学习记忆能力受损，以上可被NR2B受体特异性拮抗剂Ro部分阻断。而肥大细胞敲除鼠KitW-sh 注射谷氨酸后，这一现象不如野生鼠明显。3. 离体实验：谷氨酸可明显引起肥大细胞脱颗粒，释放炎症因子，Ro预处理可部分逆转这一现象。使用WB技术进一步证实，谷氨酸引起肥大细胞激活可能与LAT- PLCγ1和LAT-PI3K/AKT/MAPK信号通路有关。.我们的研究结果丰富了POCD的中枢炎症学说内容，为防治POCD提供了有益的试验依据和新的思路。