寧波市第二醫院陳駿萍團隊揭示老年術后認知功能障礙中血腦屏障崩潰的關鍵機制

很多人知道，老年人做完大手術后，有時會突然“糊涂”記不住事、注意力不集中，甚至出現譫妄，這種現象叫術后認知功能障礙（POCD）。雖然很常見，但原因一直不太清楚。

基于此，寧波市第二醫院麻醉科陳駿萍研究團隊在《Brain Research Bulletin》雜志發表了“Pericyte loss impairs the blood–brain barrier and cognitive function in aged mice after anesthesia/surgery”揭示了周細胞丟失會損害老年小鼠在麻醉/手術后的血腦屏障功能和認知功能。

本研究旨在探究周細胞在圍手術期神經認知障礙（PND）中的作用。作者通過七氟烷麻醉聯合脛骨骨折手術，在2月齡（年輕）和16月齡（老年）雄性C57BL/6小鼠中建立PND模型，并于術后第3天進行行為學測試或取腦分析。結果顯示：盡管老年小鼠在術前未出現明顯認知下降或血腦屏障（BBB）破壞，但其海馬區膠質細胞已處于輕度活化狀態。而麻醉/手術后，僅老年小鼠出現顯著認知功能損害，伴隨周細胞覆蓋減少、毛細血管縮短、緊密連接蛋白（occludin和claudin-5）表達下降，導致BBB結構破壞；血漿蛋白IgG和白蛋白在海馬異常積聚，同時小膠質細胞和星形膠質細胞過度活化，神經炎癥加劇。上述變化在年輕小鼠中均未發生。研究證實：在老年個體中，麻醉/手術誘發的周細胞丟失是血腦屏障受損、神經炎癥激活及認知障礙的關鍵環節，提示保護周細胞可能成為預防老年患者術后認知功能下降的新策略。

圖一 麻醉/手術導致老年小鼠出現認知功能障礙

在曠場實驗（）中，四組小鼠的平均運動速度無顯著差異，表明小鼠的運動能力在術后第三天已恢復。與假手術老年對照組相比，手術老年組在中央區域停留的時間和移動距離更長，提示老年小鼠在手術后出現了焦慮和抑郁樣行為，而年輕小鼠則未出現此類表現。

在新物體識別實驗（NOR）中，與相應對照組相比，手術老年組小鼠的識別指數顯著降低；且僅在手術老年組中，小鼠對新物體的探索時間顯著少于對舊物體的探索時間，表明老年小鼠在手術后視覺和空間記憶能力受損。

在恐懼條件實驗（）中，手術老年組小鼠在情境性恐懼記憶和線索性恐懼記憶測試中的僵直時間均顯著低于老年對照組；而在年輕小鼠中未觀察到顯著差異，說明手術導致老年小鼠的學習和記憶能力下降，但對年輕小鼠無明顯影響。

在所有行為學測試中，老年對照組與年輕對照組相比，各項認知功能指標均無顯著變化，表明本實驗所用的老年小鼠本身并未出現明顯的認知功能減退。

圖二 麻醉/手術導致老年小鼠海馬區周細胞覆蓋減少和微血管長度縮短

作者采用CD13和凝集素雙重免疫染色檢測腦毛細血管的分布以可視化腦周細胞和微血管。

結果顯示，在對照組中，老年小鼠與年輕小鼠在周細胞覆蓋和毛細血管長度方面均無顯著差異。麻醉/手術顯著降低了老年小鼠海馬區的周細胞覆蓋和毛細血管長度，但在年輕小鼠中未觀察到此類變化。

皮爾遜相關性分析表明，老年小鼠海馬區腦毛細血管的退化與周細胞覆蓋不足密切相關。

圖三 麻醉/手術增加了老年小鼠海馬區血腦屏障的通透性

本研究通過檢測腦組織中免疫球蛋白G（IgG）評估血腦屏障（BBB）通透性。結果顯示：在對照組中，年輕與老年小鼠海馬區的IgG和白蛋白水平無顯著差異；但手術后僅老年小鼠出現IgG和白蛋白顯著升高，提示其BBB通透性明顯增加，而年輕小鼠未受影響。

為進一步觀察BBB超微結構變化，作者采用透射電子顯微鏡（TEM）。結果發現：年輕對照組：BBB結構完整，內皮細胞間緊密連接清晰，星形膠質終足緊密包繞血管；年輕手術組與老年對照組：僅有輕度損傷，表現為內皮輕度水腫、緊密連接略短、膠質終足輕微腫脹，但整體結構尚可維持；

老年手術組：BBB破壞最為嚴重，血管腔塌陷、腔內可見游離細胞器，緊密連接顯著縮短且間隙增寬，星形膠質終足大面積水腫并出現脫耦現象（即與血管壁分離）。

這些結果表明，麻醉/手術在老年小鼠中特異性加劇BBB結構與功能損傷，而周細胞丟失可能是這一脆弱性的關鍵基礎。

圖四 麻醉/手術加劇了老年小鼠海馬區的神經炎癥

血腦屏障破壞可加劇神經炎癥，而神經炎癥是PND的關鍵機制之一。為此，作者通過免疫熒光染色檢測海馬區 Iba1陽性的小膠質細胞 和 GFAP陽性的星形膠質細胞活化情況。

結果顯示：老年小鼠在手術后，其海馬中小膠質細胞和星形膠質細胞的活化顯著增強，遠高于老年對照組；年輕小鼠無論是否接受手術，膠質細胞活化均無明顯變化；值得注意的是，即使在未手術的對照狀態下，老年小鼠的基礎膠質細胞活性也明顯高于年輕小鼠，提示衰老本身已導致神經炎癥“基線升高”。

進一步分析發現，在老年小鼠中，小膠質細胞和星形膠質細胞活化程度與周細胞覆蓋減少呈顯著負相關即周細胞越少，神經炎癥越重。

這些結果表明：麻醉/手術在老年大腦中通過加劇周細胞丟失，破壞血腦屏障，進而觸發過度神經炎癥，最終促成認知功能障礙。周細胞的保護或成為干預老年PND的新靶點。

總結

作者的研究結果表明，麻醉/手術減少了小鼠海馬區的周細胞覆蓋進而引發血腦屏障功能障礙、毒性血漿源性蛋白積聚以及老年小鼠的神經炎癥，最終導致認知功能下降。這些發現對于深入理解PND的發病機制具有重要意義，并提示周細胞丟失是PND的關鍵觸發因素。因此，周細胞可能成為預防和治療PND的一個新型治療靶點。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2023.110799

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