宁波市第二医院陈骏萍团队揭示老年术后认知功能障碍中血脑屏障崩溃的关键机制

很多人知道，老年人做完大手术后，有时会突然“糊涂”记不住事、注意力不集中，甚至出现谵妄，这种现象叫术后认知功能障碍（POCD）。虽然很常见，但原因一直不太清楚。

基于此，宁波市第二医院麻醉科陈骏萍研究团队在《Brain Research Bulletin》杂志发表了“Pericyte loss impairs the blood–brain barrier and cognitive function in aged mice after anesthesia/surgery”揭示了周细胞丢失会损害老年小鼠在麻醉/手术后的血脑屏障功能和认知功能。

本研究旨在探究周细胞在围手术期神经认知障碍（PND）中的作用。作者通过七氟烷麻醉联合胫骨骨折手术，在2月龄（年轻）和16月龄（老年）雄性C57BL/6小鼠中建立PND模型，并于术后第3天进行行为学测试或取脑分析。结果显示：尽管老年小鼠在术前未出现明显认知下降或血脑屏障（BBB）破坏，但其海马区胶质细胞已处于轻度活化状态。而麻醉/手术后，仅老年小鼠出现显著认知功能损害，伴随周细胞覆盖减少、毛细血管缩短、紧密连接蛋白（occludin和claudin-5）表达下降，导致BBB结构破坏；血浆蛋白IgG和白蛋白在海马异常积聚，同时小胶质细胞和星形胶质细胞过度活化，神经炎症加剧。上述变化在年轻小鼠中均未发生。研究证实：在老年个体中，麻醉/手术诱发的周细胞丢失是血脑屏障受损、神经炎症激活及认知障碍的关键环节，提示保护周细胞可能成为预防老年患者术后认知功能下降的新策略。

图一 麻醉/手术导致老年小鼠出现认知功能障碍

在旷场实验（OF，VisuTrack，上海欣软）中，四组小鼠的平均运动速度无显著差异，表明小鼠的运动能力在术后第三天已恢复。与假手术老年对照组相比，手术老年组在中央区域停留的时间和移动距离更长，提示老年小鼠在手术后出现了焦虑和抑郁样行为，而年轻小鼠则未出现此类表现。

在新物体识别实验（NOR）中，与相应对照组相比，手术老年组小鼠的识别指数显著降低；且仅在手术老年组中，小鼠对新物体的探索时间显著少于对旧物体的探索时间，表明老年小鼠在手术后视觉和空间记忆能力受损。

在恐惧条件实验（FC，VisuFcs，上海欣软）中，手术老年组小鼠在情境性恐惧记忆和线索性恐惧记忆测试中的僵直时间均显著低于老年对照组；而在年轻小鼠中未观察到显著差异，说明手术导致老年小鼠的学习和记忆能力下降，但对年轻小鼠无明显影响。

在所有行为学测试中，老年对照组与年轻对照组相比，各项认知功能指标均无显著变化，表明本实验所用的老年小鼠本身并未出现明显的认知功能减退。

图二 麻醉/手术导致老年小鼠海马区周细胞覆盖减少和微血管长度缩短

作者采用CD13和凝集素双重免疫染色检测脑毛细血管的分布以可视化脑周细胞和微血管。

结果显示，在对照组中，老年小鼠与年轻小鼠在周细胞覆盖和毛细血管长度方面均无显著差异。麻醉/手术显著降低了老年小鼠海马区的周细胞覆盖和毛细血管长度，但在年轻小鼠中未观察到此类变化。

皮尔逊相关性分析表明，老年小鼠海马区脑毛细血管的退化与周细胞覆盖不足密切相关。

图三 麻醉/手术增加了老年小鼠海马区血脑屏障的通透性

本研究通过检测脑组织中免疫球蛋白G（IgG）评估血脑屏障（BBB）通透性。结果显示：在对照组中，年轻与老年小鼠海马区的IgG和白蛋白水平无显著差异；但手术后仅老年小鼠出现IgG和白蛋白显著升高，提示其BBB通透性明显增加，而年轻小鼠未受影响。

为进一步观察BBB超微结构变化，作者采用透射电子显微镜（TEM）。结果发现：年轻对照组：BBB结构完整，内皮细胞间紧密连接清晰，星形胶质终足紧密包绕血管；年轻手术组与老年对照组：仅有轻度损伤，表现为内皮轻度水肿、紧密连接略短、胶质终足轻微肿胀，但整体结构尚可维持；

老年手术组：BBB破坏最为严重，血管腔塌陷、腔内可见游离细胞器，紧密连接显著缩短且间隙增宽，星形胶质终足大面积水肿并出现脱耦现象（即与血管壁分离）。

这些结果表明，麻醉/手术在老年小鼠中特异性加剧BBB结构与功能损伤，而周细胞丢失可能是这一脆弱性的关键基础。

图四 麻醉/手术加剧了老年小鼠海马区的神经炎症

血脑屏障破坏可加剧神经炎症，而神经炎症是PND的关键机制之一。为此，作者通过免疫荧光染色检测海马区 Iba1阳性的小胶质细胞 和 GFAP阳性的星形胶质细胞活化情况。

结果显示：老年小鼠在手术后，其海马中小胶质细胞和星形胶质细胞的活化显著增强，远高于老年对照组；年轻小鼠无论是否接受手术，胶质细胞活化均无明显变化；值得注意的是，即使在未手术的对照状态下，老年小鼠的基础胶质细胞活性也明显高于年轻小鼠，提示衰老本身已导致神经炎症“基线升高”。

进一步分析发现，在老年小鼠中，小胶质细胞和星形胶质细胞活化程度与周细胞覆盖减少呈显著负相关即周细胞越少，神经炎症越重。

这些结果表明：麻醉/手术在老年大脑中通过加剧周细胞丢失，破坏血脑屏障，进而触发过度神经炎症，最终促成认知功能障碍。周细胞的保护或成为干预老年PND的新靶点。

总结

作者的研究结果表明，麻醉/手术减少了小鼠海马区的周细胞覆盖进而引发血脑屏障功能障碍、毒性血浆源性蛋白积聚以及老年小鼠的神经炎症，最终导致认知功能下降。这些发现对于深入理解PND的发病机制具有重要意义，并提示周细胞丢失是PND的关键触发因素。因此，周细胞可能成为预防和治疗PND的一个新型治疗靶点。

文章来源：

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

欣软产品应用