【醉翁之艺】海马CA1神经元中的白细胞介素-6反式信号介导小鼠围术期神经认知障碍

围手术期神经认知障碍（PNDs）指术前和术后12个月新发生的认知障碍，或原有认知障碍恶化，是老年外科患者最常见的并发症之一。研究表明，白细胞介素-6（IL-6）是一种兼具退行性和再生性的多效细胞因子，是小鼠无菌性创伤后引发围手术期神经认知障碍的必要和充分条件。然而，这种作用的位点和IL-6信号转导的类型都没有被确定。来自安徽医科大学第二医院麻醉科的张野教授等研究者们，针对胫骨骨折无菌性创伤模型中与围手术期神经认知障碍有关的IL-6信号传导的部位和类型进行研究，研究结果于2022年8月发表在BJA杂志上。

IL-6通过经典信号与膜结合的IL-6受体α（mIL-6Rα）或通过反式信号与可溶性IL-6受体（IL-6R）结合后发挥作用；两种信号途径都需要转导子gp130。研究应用野生型或转基因（缺乏经典或反式IL-6信号转导所特有分子）小鼠进行异氟醚麻醉下胫骨骨折模型构建。在单独的实验中使用轻度恐惧条件试验（TFC）评估术后认知功能（术后72小时），并使用CA1海马神经元中信号转导子和转录激活子3（pSTAT3）的磷酸化来评估受体后IL-6信号（术后24小时）。使用BE0047 抑制两种形式的IL-6信号或仅用sgp130Fc抑制反式信号，在术后第15天评估骨折愈合。

1、海马IL-6信号通路与手术诱导的记忆下降有关

对野生型成年小鼠，在全麻下的胫骨骨折干预前30分钟进行条件恐惧试验（TFC）训练，在干预后72小时进行背景相关条件恐惧测试。术后24小时采集脑脊液、血液和大脑样本，检测IL-6和可溶性IL-6受体（sIL-6R）。结果发现（图1b-d），手术、IL-6均减少了小鼠在TFC中表现出僵直行为的时间百分比，增加了海马IL-6，导致认知能力下降。为了确定中枢神经系统中的IL-6信号传导这些效应（图1e-f），给予侧脑室短暂注射（i.c.v.）IL-6 400 ng时认知能力下降，且脑脊液中的sIL-6R显著增加，外周却没有增加，认为400 ng IL-6不能穿过血脑屏障。此外，BE0047（IL-6R抗体）阻止了手术或给予IL-6后对僵直行为的影响（图1g）。外科手术和给予IL-6时CA1海马神经元细胞核中IL-6信号表型（pSTAT3-STAT3磷酸化水平）上调（图1h-i）。证明海马IL-6信号通路与手术诱导的记忆下降有关。  

图1 海马IL-6信号通路与手术诱导的记忆下降有关

2、海马CA1神经元IL-6信号通路介导手术诱导的认知功能下降

经典的和反式的IL-6信号传递都需要共同受体gp130的存在。当CA1神经元去除gp130小鼠（图2a-b）进行手术或给予IL-6（图2c）时，僵直行为没有改变（图2d），CA1神经元中pSTAT3的表达没有增加（图2e-f）。这些数据表明，产生记忆衰退所需的IL-6信号发生在海马CA1神经元中。

图2 海马CA1神经元IL-6信号通路介导手术诱导的认知功能下降

3、海马CA1神经元的经典IL-6信号通路并不参与手术诱导的记忆衰退

假设海马CA1神经元中的IL-6信号导致认知能力下降依赖于经典的IL-6信号，采用全身性的mIL-6Ra敲除小鼠（图3a-b）进行实验，发现该组小鼠干预后仍会出现僵直行为的减少（图3c-d）和CA1神经元STAT3磷酸化的上调（图3e-f），表明CA1神经元中的mIL-6Ra不参与IL-6介导的记忆下降。

图3 海马CA1神经元的经典IL-6信号通路并不参与手术诱导的记忆衰退

4、小胶质细胞IL-6R并不参与手术引起的记忆衰退

小胶质细胞激活是记忆损伤中的必需条件，IL-6Ra在小胶质细胞中高表达，可能是IL-6反式信号传递的sIL-6R的来源。IL-6Ra缺失小鼠（不影响海马依赖性记忆，图4a-b）进行手术或给予IL-6干预时（图4c），发现只有手术导致了记忆下降（图4d）和CA1神经元STAT3磷酸化（图4e-i），且术后小胶质细胞激活。这表明如果IL-6反式信号参与术后认知能力下降，所需的sIL-6R的来源不会是小胶质细胞。

图4小胶质细胞IL-6R并不参与手术引起的记忆衰退

5、IL-6反式信号通路介导手术诱导的认知能力下降

sgp130Fc（IL-6反式信号抑制剂）预处理的小鼠（图5a）在手术或给予IL-6干预后未出现记忆衰退（恐惧条件下僵直行为减少，图5b）和CA1神经元IL-6信号pSTAT3表达上调（图5c-d）。在全身性IL-6Rα敲除小鼠（图5e）中，手术和外源性IL-6都不能诱导记忆衰退（图5f），也不能诱导海马pSTAT3表达上调（图5g-h），这表明sIL-6R是手术诱导的认知衰退所必需的。

图5 IL-6反式信号通路介导手术诱导的认知能力下降

6、gp130Fc治疗不损害野生型小鼠无菌性创伤后的伤口愈合

在骨折后早期炎症阶段会分泌许多促炎因子，包括如IL-6。为了探索IL-6信号在骨愈合过程中的作用，术后给野生型小鼠注射抑制IL-6经典和反式信号的抗IL-6R抗体BE0047，或选择性阻断反式信号的sgp130Fc（图6a），发现sgp130Fc组的骨折愈合率（由新胶原组成的骨折愈伤组织的百分比）显著高于BE0047组（52.2% [8.3%] vs 39.7% [7.9%]）（图6b-c），表明经典IL-6信号在骨折创伤愈合时是必需的。

图6 gp130Fc治疗无害于野生型小鼠无菌性创伤后的伤口愈合

醉翁之艺 点评

白细胞介素-6（IL-6）是一种兼具退行性和再生性的多效细胞因子，是小鼠无菌性创伤后引发围手术期神经认知障碍的重要条件。然而，这种作用的位点和IL-6信号转导的类型都没有被确定。本研究发现，在骨科创伤后，IL-6通过小鼠CA1神经元中的IL-6反式信号造成围术期神经认知障碍。研究结果提示，寻求反式通路的药物靶点具有潜在价值，能够一定程度上减少围手术期神经认知障碍，同时兼具经典IL-6信号的骨折愈合特性。    

编译：魏雪睿‍

审校：吕卓辰

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