IF=9.587 JNI│NLRP3-GABA信号通路有助于老年小鼠冲动行为和认知缺陷的发病机制前言： 2023年7月11日，河北省沧州中西医结合医院麻醉科王璐颖团队在Journal of Neuroinflammation发表“NLRP3–GABA signaling pathway contributes to the pathogenesis of impulsive-like behaviors and cognitive deficits in aged mice”的研究论文，该研究旨在研究NLRP3-GABA信号通路是否有助于衰老小鼠PND的发病机制。围手术期神经认知障碍（PND），如谵妄和认知障碍，是老年患者常见的并发症。抑制性神经递质γ-氨基丁酸（GABA）由炎症刺激后的反应性星形胶质细胞异常合成，与神经退行性疾病的病理生理学有关。此外，NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体的激活参与PND。老年小鼠的麻醉和手术暴露会导致认知障碍，这可能与星形胶质细胞中NLRP3活性增加有关。目前的研究阐明PND的治疗过程，并为靶向针对PND的信号提供新的想法。
背景介绍： 围手术期神经认知障碍（PND），包括谵妄和认知功能障碍，是一种严重的围手术期并发症，影响19-52%的老年患者。年龄和手术类型已成为该病的危险因素。已有数据表明，老年焦虑和抑郁障碍以及认知障碍的常见神经精神症状会严重破坏老年患者的愈合过程和生活质量。有研究报道，神经炎症反应诱导的胆碱能失衡（阿尔茨海默病（AD）的痴呆症状）可能与PND有关。此外，发表在《柳叶刀》上的一项研究表明，单独麻醉对认知功能的影响很小。然而，迄今为止尚不清楚确切的潜在机制。在AD患者的大脑中，神经胶质细胞在形态和基因表达方面发生显着改变。星形胶质细胞具有反应性，特别是在圆形淀粉样斑块中，这可以通过强化策略和改善的神经胶质原纤维酸性蛋白（GFAP）表达来证明。在这些神经胶质递质中，γ-氨基丁酸（GABA）是哺乳动物大脑中最重要的抑制性递质，AD患者在脑脊液中表现出广泛的GABA，尽管GABA水平升高的机制尚不清楚。既往证实，在日常先决条件下，海马体中确定低水平的紧张性GABA启动。有趣的是，选择性抑制星形胶质细胞GABA的合成或启动已被报道为治疗AD的极好治疗方法。因此，研究人员假设海马体中反应性星形胶质细胞的紧张性GABA发射的显着增加也可能同时导致手术暴露后的PND技术。研究表明，包括PND在内的许多神经退行性疾病的进展是由神经炎症引起的。越来越多的证据表明，神经退行性疾病过程中可能出现神经炎症，因为PND的每个患者和动物模型中都已识别出促炎信号分子。点头样受体蛋白3（NLRP3）炎性囊泡是细胞内蛋白复合物，在先天免疫感知中起重要作用。此外，NLRP3炎症囊泡的激活导致半胱天冬酶-1成熟，并且前IL-18向成熟和激活IL-18的转化取决于半胱天冬酶-1介导。研究人员报道了星形胶质细胞中NLRP3-IL-18信号通路的抑制与创伤应激后的情绪变化有关。此外，NLRP3炎症小体在海马体中的抑制减轻了老年小鼠的PND。值得注意的是，GABA能系统的缺乏减弱了巨噬细胞介导的NLRP3炎症小体活化。然而，NLRP3-GABA信号通路是否有助于老年小鼠PND的发病机制仍然未知。 图文解析：
图1 要点1： A-B.OFT的结果显示，暴露于sham和TF的老年小鼠在总距离和平均速度方面没有显著差异，这表明TF手术并没有显著改变运动能力。C-F.有趣的是，在EPM中，TF组小鼠在开放臂的时间显著增加，并且他们在FC中表现出与上下文相关的冻结时间比sham组减少。这些结果表明，麻醉和手术导致了老年小鼠的冲动样行为和认知缺陷。
图2 要点2： A-E.结果表明，与假手术组相比，在接受TF手术的小鼠中，NeuN强度显著降低，但GFAP强度显著增加。有趣的是，与假手术相比，在接受TF手术的小鼠中，GABA能神经元(如GAD65强度所示)减少，但谷氨酸能神经元(如VGlut2强度所示)增加。F.此外，通过gfap阳性细胞中的GABA和谷氨酸占据区域确定，与假手术相比，在接受TF手术的小鼠的CA1中，星形胶质细胞中的GABA和谷氨酸表达上调，既往研究报道认知缺陷与树突和突触后蛋白减少密切相关。H-J.western blot结果显示，与假手术组相比，手术暴露的老龄小鼠在术后10天MAP2和PSD95的表达水平均降低。这些结果表明，麻醉和手术导致神经元损伤、反应性星形胶质细胞和兴奋性神经元增加，但海马体中的抑制神经元减少，这可能与冲动样行为和认知缺陷有关。
图3 要点3： A-E.结果表明，与TF+赋形剂暴露相比，司来吉兰给药显著降低了暴露于TF+司来吉兰的老年小鼠的开放臂内的持续时间。然而，在手术后施用司来吉兰的老年小鼠和赋形剂之间，FC内与上下文相关的冻结时间没有显著差异。此外，在OFT中的总距离和平均速度在四组之间没有显著差异。这些数据表明司来吉兰改善了冲动样行为，但没有改善术后的认知损害。
图4 要点4： A-H.组织病理学结果发现，与术后10天TF+溶剂暴露相比，在暴露于TF+司来吉兰的老年小鼠中，GFAP和VGlut2、GABA-和谷氨酸占据区域的强度显著降低，但GAD65强度增加。然而，NeuN强度没有显著差异。I-M.western blot结果显示，与TF+vehicle组相比，TF+司来吉兰组的IL-1β、IL-18、MAP2和PSD95的表达没有显著差异。这些数据表明司来吉兰可以恢复兴奋性和抑制性神经元之间的失衡，从而减轻术后的冲动样行为。
图5 要点5： A-F.在术后12h和10d检测细胞焦亡相关炎症因子，包括IL-1β、cleaved caspase-1和IL-18。结果表明，与sham组相比，术后12hTF暴露显著增加了星形胶质细胞中NLRP3的表达水平，并上调了星形胶质细胞中IL-1β、cleaved caspase-1和IL-18的表达。K-O.值得注意的是，与假手术组相比，在12h时，NLRP3、IL-1β、cleaved caspase-1和IL-18的表达水平显著上调。G-J.相比之下，在术后10天，TF暴露的小鼠和sham暴露的小鼠之间，星形胶质细胞中NLRP3、IL-1β、cleaved caspase-1的表达水平没有变化。H.此外，与假手术组相比，海马中IL-18的表达水平有所下降。P-T.然而，与假手术组相比，术后10d海马中IL-1β、cleaved caspase-1和IL-18的表达水平显著下降，NLRP3的表达与假手术组相比无显著差异。早期的研究表明正常水平的IL-18和IL-1β有助于突触的形成。这些数据表明认知障碍可能与星形胶质细胞焦亡相关的炎症反应有关。
图6 要点6： 研究人员的结果表明，在TF模型的早期阶段，焦亡相关炎症因子水平升高。A-B.研究人员使用将NLRP3flox/flox小鼠与GFAP-Cre小鼠杂交的策略，生成了星形胶质细胞条件敲除的NLRP3小鼠用于后续实验。D-F.结果显示，与野生型相比，星形胶质细胞特异性NLRP3敲除小鼠在术后第8天的开放臂中时间显著减少，在FC中与环境相关的冻结时间显著增加，C-E.两组在OFT中的总距离和平均速度没有显著差异。这些数据表明星形胶质细胞特异性NLRP3敲除改善了术后的冲动样行为和认知损害。
图7 要点7： A-G.组织病理学结果显示，GFAP阳性细胞的GFAP和VGlut2、GABA-和谷氨酸占据区强度显著降低，而GAD65和NeuN强度显著降低。H.星形胶质细胞特异性NLRP3敲除小鼠的海马区未检测到星形胶质细胞中NLRP3的表达。I-N.western blot结果显示，与野生型相比，在术后10d,TF暴露的星形胶质细胞特异性NLRP3敲除小鼠的海马区IL-1β、IL-18、cleaved caspase-1、MAP2和PSD95的表达增加。O-R.此外，研究人员发现在术后12h，星形胶质细胞中焦亡相关的炎症因子，包括IL-1β，IL-18和cleaved caspase-1的表达水平显著降低。 本文小结： 综上所述，研究结果NLRP3-GABA信号通路在麻醉和手术诱导的PND中提供了重要作用。司来吉兰给药显着改善了TF诱导的冲动样行为，但没有改善认知障碍，并降低了海马反应性星形胶质细胞中丰富的GABA水平。此外，星形胶质细胞特异性NLRP3敲除小鼠逆转了TF诱导的冲动样和认知障碍行为，降低了反应性星形胶质细胞中的GABA水平，改善了早期NLRP3相关的炎症反应，并恢复了海马神经元变性。研究结果完成了EPM和FC训练，获得的FC结果与Lai等人一致，表明EPM对FC的影响可以忽略不计。研究数据显示，星形胶质细胞中NLRP3-GABA信号通路的抑制具有巨大的临床实施前景，以帮助在临床环境中缓解PND。老年小鼠的麻醉和手术暴露会导致冲动样行为和认知障碍，这可能与星形胶质细胞中NLRP3活性增加有关。目前的研究有助于阐明PND的治疗过程，并为针对PND的靶向信号提供新思路。 参考文献： Wang,LY.,Wang,XP.,Lv,JM.etal.NLRP3–GABA signaling pathway contributes to the pathogenesis of impulsive-like behaviors and cognitive deficits in aged mice.J Neuroinflammation 20, 162 (2023). https://doi.org/10.1186/s12974-023-02845-3 |
