海馬CA1神經(jīng)元IL-6反式信號(hào)介導(dǎo)圍術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知障礙的機(jī)制研究

一、研究背景與科學(xué)問題
圍術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知障礙（PND）是指術(shù)前及術(shù)后12個(gè)月內(nèi)新發(fā)生的認(rèn)知功能損害或原有認(rèn)知功能惡化，是老年外科患者最常見的并發(fā)癥之一。既往研究表明白細(xì)胞介素-6（IL-6）作為兼具退行性與再生性效應(yīng)的多效細(xì)胞因子，在小鼠無菌性創(chuàng)傷后引發(fā)PND的過程中發(fā)揮必要且充分的作用。然而，IL-6發(fā)揮這一作用的具體腦區(qū)定位及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)類型尚未明確。本研究圍繞上述問題，在脛骨骨折無菌性創(chuàng)傷模型中系統(tǒng)探討IL-6信號(hào)傳導(dǎo)的部位與類型。在機(jī)制研究過程中，小鼠IL-6試劑盒（HICA） 被用于檢測腦脊液及血清樣本中IL-6與可溶性IL-6受體（sIL-6R）水平，為信號(hào)通路解析提供定量依據(jù)。

二、IL-6信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的兩種途徑
IL-6通過兩種不同途徑發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)：經(jīng)典信號(hào)途徑指IL-6與膜結(jié)合型IL-6受體α（mIL-6Rα）結(jié)合；反式信號(hào)途徑指IL-6與可溶性IL-6受體（sIL-6R）結(jié)合。兩條信號(hào)途徑均需共同受體gp130介導(dǎo)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。本研究采用野生型及特定分子缺陷的轉(zhuǎn)基因小鼠，結(jié)合異氟烷麻醉下脛骨骨折模型，通過術(shù)后72小時(shí)條件恐懼試驗(yàn)（TFC）評(píng)估認(rèn)知功能，以術(shù)后24小時(shí)海馬CA1區(qū)STAT3磷酸化水平（pSTAT3）作為IL-6信號(hào)激活指標(biāo)，系統(tǒng)解析信號(hào)通路特征。

三、海馬IL-6信號(hào)與手術(shù)誘導(dǎo)記憶下降的關(guān)聯(lián)

（一）手術(shù)誘導(dǎo)的認(rèn)知功能損害與海馬IL-6水平升高相關(guān)
野生型小鼠在全身麻醉下接受脛骨骨折干預(yù)后，術(shù)后72小時(shí)TFC測試顯示僵直行為時(shí)間百分比顯著下降，提示認(rèn)知功能受損。術(shù)后24小時(shí)檢測顯示，海馬組織中IL-6水平升高，腦脊液中sIL-6R顯著增加而外周血中未見類似變化，提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)IL-6信號(hào)激活。

（二）外源性IL-6模擬手術(shù)效應(yīng)
側(cè)腦室注射外源性IL-6（400 ng）可復(fù)現(xiàn)手術(shù)誘導(dǎo)的認(rèn)知功能下降及海馬CA1區(qū)pSTAT3水平上調(diào)。該劑量IL-6無法透過血腦屏障，證實(shí)其中樞作用特異性。IL-6R抗體BE0047預(yù)處理可阻斷手術(shù)及外源性IL-6誘導(dǎo)的行為學(xué)改變，進(jìn)一步確證IL-6信號(hào)在PND發(fā)病中的關(guān)鍵作用。

四、CA1神經(jīng)元IL-6信號(hào)的必要性驗(yàn)證

（一）CA1神經(jīng)元gp130缺失的保護(hù)效應(yīng)
經(jīng)典及反式IL-6信號(hào)均需共同受體gp130。在CA1神經(jīng)元特異性敲除gp130的小鼠中，手術(shù)及外源性IL-6均未能誘導(dǎo)僵直行為減少及CA1區(qū)pSTAT3上調(diào)。該結(jié)果明確表明，IL-6信號(hào)需通過海馬CA1神經(jīng)元介導(dǎo)PND的發(fā)生。

（二）經(jīng)典信號(hào)途徑不參與PND誘導(dǎo)
采用全身性mIL-6Rα敲除小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，手術(shù)干預(yù)仍可誘導(dǎo)行為學(xué)損害及CA1神經(jīng)元STAT3磷酸化。該結(jié)果表明，膜結(jié)合型IL-6Rα并非IL-6介導(dǎo)記憶下降所必需，經(jīng)典信號(hào)途徑不參與PND的發(fā)生。

五、反式信號(hào)途徑的核心作用

（一）sIL-6R來源的排除性分析
小膠質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)IL-6Rα，是sIL-6R的潛在來源。然而，在小膠質(zhì)細(xì)胞IL-6Rα缺失小鼠中，手術(shù)仍可誘導(dǎo)認(rèn)知功能下降及CA1神經(jīng)元STAT3激活，提示小膠質(zhì)細(xì)胞并非PND相關(guān)sIL-6R的主要來源。

（二）反式信號(hào)阻斷的保護(hù)效應(yīng)
應(yīng)用sgp130Fc選擇性阻斷IL-6反式信號(hào)，可完全消除手術(shù)及外源性IL-6誘導(dǎo)的認(rèn)知功能損害及CA1神經(jīng)元pSTAT3上調(diào)。在全身性IL-6Rα敲除小鼠中，手術(shù)及外源性IL-6亦無法誘導(dǎo)PND表型，進(jìn)一步證實(shí)sIL-6R在PND發(fā)病中的必要性。

六、治療干預(yù)的可行性評(píng)估

（一）信號(hào)選擇性阻斷對(duì)骨折愈合的影響
骨折后早期炎癥反應(yīng)涉及多種促炎因子分泌，IL-6在骨愈合過程中發(fā)揮重要作用。研究比較了非選擇性IL-6信號(hào)阻斷（BE0047）與選擇性反式信號(hào)阻斷（sgp130Fc）對(duì)骨折愈合的影響。結(jié)果顯示，sgp130Fc組骨折愈傷組織中新膠原組成的百分比顯著高于BE0047組（52.2% vs 39.7%），表明經(jīng)典IL-6信號(hào)是骨折創(chuàng)傷愈合所必需的。

（二）治療策略的臨床啟示
本研究揭示IL-6通過海馬CA1神經(jīng)元反式信號(hào)介導(dǎo)PND，而經(jīng)典信號(hào)在骨折愈合中不可或缺。這一發(fā)現(xiàn)提示，選擇性靶向反式信號(hào)通路的干預(yù)策略有望在預(yù)防PND的同時(shí)保留經(jīng)典信號(hào)的骨愈合功能，具有重要的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

海馬CA1神經(jīng)元IL-6反式信號(hào)介導(dǎo)圍術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知障礙的機(jī)制研究-南京優(yōu)愛(UA BIO), 重組蛋白專家