术后认知功能障碍（POCD）主要表现为持续几天至数月的认知能力下降，许多患者在外科手术（例如腹部，骨科和心脏外科手术）后会立即出现这些症状，严重程度从轻微的记忆力和注意力下降到阿尔茨海默氏病。多数POCD持续时间较短，但是，持久的POCD则很可能发展为AD，潜在危险性更高。到目前为止，高龄是持续性POCD的高危危险因素。
在衰老过程中，小胶质细胞激活是海马神经炎症的主要原因。已经有许多研究证明促炎因子在麻醉/手术后诱发的短暂认知障碍中扮演了重要的角色，但目前尚不清楚其在长期POCD中是否扮演同样的作用，围术期对短期损伤的提前干预在长期病例中是否奏效。
POCD潜在危险因素之一是术后阿片类镇痛药的使用。约90％的患者术后使用吗啡等阿片样物质镇痛。许多研究表明吗啡和其他阿片类药物能够通过激活模式识别受体Toll样受体4（TLR4）来促发神经炎症；与此同时，有研究发现，与成年大鼠相比，老年大鼠海马中TLR4表达显著增加，并伴随强烈的神经炎症和记忆障碍。据此，该研究团队探讨了衰老，手术和吗啡治疗与POCD的关系。
1.吗啡和手术仅导致老年大鼠而非成年大鼠发生持续8周的记忆力减退。4.IL-1RA预处理可预防吗啡诱导的老年大鼠POCD。5.吗啡诱导老年大鼠POCD与海马突触标记物失调有关。POCD模型：3月龄成年大鼠及24月龄老年大鼠异氟烷麻醉下剖腹探查术；分组：手术组、假手术组、手术组+吗啡给药组、手术组+生理盐水组等。1.衰老、手术和吗啡(-)可以诱导持续2周的记忆损伤
麻醉/手术后2周进行条件恐惧测试，以确定“衰老+手术+吗啡(-)”的组合是否会导致海马依赖性记忆损伤。单因素方差分析显示年龄(F(1，97)=6.889，p<0.0 5)、年龄×手术(F(1，97)=4.73，p<0.0 5)和药物×手术(F(1，97)=3.96，p<0.0 5)交互作用显著。与年龄匹配和药物匹配的假对照组(p<0.05)、年龄匹配和手术匹配的生理盐水对照组(p<0.05)以及药物匹配和手术匹配的年轻对照组(p<0.01；图2A)相比，老年+手术+吗啡(-)处理的大鼠的记忆力显著下降。为排除普遍性恐惧或焦虑，新环境中重新测量freezing时间，结果显示：所有组的freezing时间都不到20%，而且任何组之间都没有差异(p>0.05；图2B)。为了测量吗啡(-)+手术诱导的老年大鼠记忆障碍的持续性，分别在手术后4周或8周使用不同的大鼠来测量情景记忆。由于成年大鼠在2周时记忆未受损，因此只使用老年大鼠(4周：n=8~10个/组；8周：n=7~9个/组)。4周时，观察到药物与手术的交互作用(F(1，30)=5.61，p<0.05)，术后分析再次显示这种作用是由老年+手术+吗啡(-)组大鼠引发。与吗啡(-)处理的假对照组(p<0.001)和手术匹配的生理盐水对照组(p<0.01；图2C)相比，他们的记忆受损（freezing时间下降）。8周也有类似结果。药物与手术的交互作用(F(1，30)=4.54，p<0.05)，再次分析发现，与吗啡(-)处理的假手术对照组(p<0.01)和手术匹配的生理盐水对照组(p<0.01；图2e)相比，吗啡(-)处理的老年大鼠有显著的记忆障碍。所有组在新的情景下(4周和8周的实验中)freezing时间均不到20%，并且没有组间差异，(p>0.05；图2D和F)，因此，可以认为没有新环境引起的普遍性恐惧。3.吗啡(-)诱导的老年大鼠持续性POCD不依赖阿片受体
为了确定阿片受体在吗啡(-)诱导的老年大鼠持续性记忆障碍中的作用，该团队进行了一个单独的实验：使用了激活TLR4信号没有μ-阿片受体活性或镇痛特性的吗啡异构体(+)，其余实验步骤同前，术后2周检测记忆能力。实验只有老年大鼠(n=11~14只/组)，因为成年大鼠在前述实验中没有记忆损伤。单因素方差分析显示药物效应(F(1，45)=6.52，p<0.05)和手术效应(F(1，45)=4.56，p<0.05)。同吗啡(-)的结果相似：与吗啡(+)处理的假对照组(p<0.05)、剖腹切除的生理盐水处理的对照(p<0.05)和假生理盐水处理的对照(p<0.01；图3A)相比，吗啡(+)处理的开腹大鼠再度发生记忆受损，即freezing时间显著减少(p<0.05)。和以前一样，新环境并未导致普遍性恐惧(时间均小于20%)，并且没有组间差异(p>0.05；图3b)。为了研究先前实验中观察到的记忆损伤是否长期存在，在麻醉/手术后2周在另一组大鼠(n=5-8/组)中检测了吗啡(-)和吗啡(+)对短期记忆的影响。单因素方差分析显示盐水处理组、(-)吗啡处理组和(+)吗啡处理组之间没有显著影响(p>0.05)，表明短期记忆没有受损(图4A)，并且并无普遍性新环境恐惧(p>0.05；图4b)。5.吗啡(-)诱导老年大鼠持续性POCD与海马促炎标志物基因表达增加相关
q-PCR检测海马中关键炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、NLRP3、HMGB1、TLR2和TLR4)的mRNA表达水平。将年龄、手术和药物治疗(n=8-10个/组)作为3个因素进行三因素方差分析显示，所有基因都有类似的趋势。IL-1β(F(1，62)=9.34，p<0.01)，IL-6(F(1，40)=7.36，p<0.01)，肿瘤坏死因子α(F(1，40)=16.60，p<0.001)，HMGB1(F(1，61)=19.07，p<0.0001)，NLRP3(F(1，63)=7.0 4，p<0.01)，TLR2(F(1，61)=7.99，p<0.0001)。TLR4(F(1，62)=6.11，p<0.05)。与（年龄+药物）的假对照组、（年龄+手术）的生理盐水对照组以及（药物+手术）的年轻对照组相比，老年+手术+吗啡(-)处理的大鼠各基因在mRNA水平显著上调(p<0.0001；图5A-G)。6.IL-1RA预处理可预防吗啡诱导的长期POCD
为了进一步确定神经炎症是否在吗啡(-)和(+)诱导的记忆损害中起主要作用，该研究团队检测了手术前单次注射IL-1RA对老年大鼠行剖腹探查术后记忆损害的预防作用。大鼠术前单次注射生理盐水或IL-1RA。手术后，大鼠接受生理盐水、吗啡(-)或吗啡(+)的治疗。单因素方差分析显示，术前术后治疗因素之间存在显著交互作用(F(2，41)=8.21p<0.001)。术后分析显示，老年大鼠术前注射生理盐水，术后注射吗啡(-)(p<0.05)或吗啡(+)(p<0.01)，与术后注射生理盐水的对照大鼠相比，损伤显著(p<0.05)或(p<0.01)。此外，术前使用IL-1RA完全阻止了吗啡(-)(p<0.0001)和吗啡(+)诱导的(p<0.0001)记忆损伤(图6A)。并且均无普遍性恐惧(p>0.05；图6b)。突触结构对形成长期记忆至关重要。为确定突触结构在mRNA水平是否随着衰老+手术+吗啡(-)的结合而改变，该团队在麻醉/手术后2周分别检测了老年大鼠(n=7-8/组)突触前和突触后标志物突触素（synaptophysi）、PSD95在mRNA水平的表达。双因素方差分析显示突触素(F(1，27)=5.84，p<0.05)和PSD95(F(1，27)=5.46，p<0.05)在治疗与手术之间存在显著交互作用。与所有其他组相比，手术和吗啡(-)治疗组突触素(p<0.01；图7A)和PSD95(p<0.01；图7b)的基因表达显著增加。
麻醉/手术后使用吗啡(-)损害了老年大鼠的长期记忆（2、4、8周）但对成年大鼠则没有影响。同时，衰老、手术或吗啡本身或任意两种因素叠加都不足以产生持久的记忆损伤，只有当上述三个因素同时存在时才会导致这种长期记忆损伤。 长期记忆损伤与老年、手术、吗啡(-)处理2周后海马促炎因子(IL-1β、IL-6、NLRP3、HMGB1、TLR2和TLR4等)基因表达显著增加有关。HMGB1是一种早期的危险相关分子模式，向CNS微环境发出即将到来的威胁的警报，它可以通过激活TLR2和TLR4来启动神经炎性反应。TLR2和TLR4的激活可以启动促炎级联反应。这个级联反应始于NFκB信号，它促进NLRP3炎症体的组装；NLRP3炎症体的激活然后导致caspase-1和前IL-1的裂解，从而导致IL-1β释放。IL-1β的释放和信号转而启动其他促炎细胞因子的释放，如IL-6和TNF-α。在后期时间点（4周及8周）上，这些标记的表达水平不再有显著差异，但记忆损伤仍然存在。 该团队使用吗啡(+)异构体来确定μ阿片受体的作用。吗啡(+)不与μ-阿片受体结合，但与非立体选择性的TLR4结合。该团队发现，吗啡(+)与吗啡(-)相同，均导致长期记忆缺陷，以上研究表明，长期记忆损伤可能由TLR4介导， 该团队进一步在麻醉/手术时通过注射IL-1RA阻断了IL-1受体，并在2周的时间点测量了记忆功能，结果发现，这种干预防止了吗啡(-)和(+)诱导的记忆损伤，该团队认为，早期神经炎症是吗啡损伤认知功能的原因之一。 长期记忆的形成依赖于突触的完整性和可塑性，许多研究表明麻醉/手术后的神经炎症导致老年海马中的突触可塑性降低。因此，在该团队的模型中，为了探索神经炎症对下游记忆形成过程的可能干扰，他们检测了手术后2周接受吗啡(-)治疗的老年大鼠海马突触前标志突触素(Synaptophysin)和突触后标志突触后密度(PSD)-95的基因表达。研究发现，与对照组相比，(-)吗啡引起突触素和PSD-95的强烈失调。 综上所述，衰老、手术和吗啡治疗的组合会导致长期记忆损伤。此外，在这3个因素引起的神经炎性反应之后，海马突触前和突触后结构中发现的标志物的基因表达异常，可能反映了海马的功能障碍，使其无法支持长期记忆的形成。 （苏殿三 审校 张一哲 编译）
原始文献：
Muscat SM, Deems NP, D'Angelo H, et al. Postoperative cognitive dysfunction is made persistent with morphine treatment in aged rats. Neurobiol Aging. 2021;98:214-224.
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