中枢神经系统铁死亡在围术期神经认知紊乱中的作用及机制研究

"Ferroptosis" is newly discovered in 2012. It is a regulated necrosis process driven by iron-dependent lipid peroxidation and increased free radicals. Ferroptosis participates in the occurrence of various clinical diseases involved in cognitive dysfunction. Previous studies found iron metabolism plays an important role in perioperative neurocognitive disorders (PNG), which mechanism is still unclear. The applicant found iron deposition and oxidative stress in the cognitive function related brain regions including hippocampus and cortex in the mice of PNG model; iron chelator deferoxamine (DFO) reversed brain iron deposition attenuated oxidative stress and neural cell damage, thus alleviating cognitive impairment. However, the effect of ferroptosis in PNG is not clear. By using gene knockout and recombinant adenovirus transfection to regulate the occurrence of ferroptosis in vivo and in vitro, and by means of behaviourology, proteomics and molecular biology technologies, this program aims to clarify the role and mechanism of ferroptosis in occurrence of perioperative nerve recognition, which may provide a new molecular target for the prevention and treatment of perioperative neurocognitive disorders.

“铁死亡”是一种于2012年新发现的铁依赖的调节性坏死，为细胞内“铁”依赖脂质氧自由基异常增高、氧化还原稳态失衡而致，与多种认知障碍类神经系统疾病的发生相关。研究发现，脑铁代谢参与围术期神经认知紊乱的发生，但其机制尚不清楚。申请人前期发现，围术期认知紊乱模型中，海马、皮层铁含量显著增多，并伴有强烈氧化应激反应；采用铁螯合剂去铁胺逆转脑铁沉积，改善铁代谢紊乱，可减弱氧化应激及神经细胞损伤，改善围术期认知功能紊乱，但是否是通过铁死亡介导尚不清楚。本课题将利用基因敲除、重组腺病毒转染调节铁死亡的发生，围绕脑铁代谢参与围术期神经认知紊乱的发生机制，从动物整体在体、神经细胞离体层面，采用动物行为学、蛋白质组学、分子生物学等方法，阐明铁死亡在围术期神经认知紊乱中的确切作用及机制，为围术期认知功能紊乱的防治提供新的方向与靶点。

围术期神经认知紊乱严重降低病人生活质量，增加术后死亡率，给社会带来沉重负担。近年研究发现，围术期神经认知紊乱发生过程中存在脑铁含量增加，而铁离子沉积及脑铁代谢失调与多种主要的认知障碍类神经退行性疾病发病机制密切相关，但脑铁代谢在围术期神经认知紊乱中的作用及参与机制尚不明确。本研究在脂多糖诱发小鼠认知功能障碍动物模型中，发现铁死亡调节蛋白GPX4表达异常、铁离子沉积、线粒体特异性改变及氧化应激反应、脂质过氧化损伤等铁死亡的现象，且可以被铁螯合剂去铁胺、铁死亡抑制剂Lip-1改善，并减轻炎症诱发的认知功能障碍，证实铁死亡参与围术期神经认知紊乱的发生；采用铁螯合剂去铁胺、铁死亡抑制剂Lip-1分别进行干预，证实炎症诱导认知功能障碍过程中，铁死亡效应是铁依赖性、脂质过氧化介导的，并伴有GSH、LPO、xCT、SOD及多种铁代谢相关蛋白的表达异常，初步阐明铁死亡在围术期神经认知紊乱发生中的作用机制；进一步采用线粒体铁蛋白过表达相关腺病毒转染海马，发现线粒体铁蛋白可以通过螯合线粒体内铁离子，减低氧化应激反应，从而在铁死亡介导炎症诱发认知功能障碍过程中，起到神经保护作用。这些发现探索了铁死亡参与脑铁代谢调节围术期神经认知紊乱的作用机制，为未来围术期神经认知紊乱的防治提供了新的思路。