基于p75神经营养素受体提出PND治疗的新思路

韩江 张英

(西南医科大学附属中医医院麻醉科，四川 泸州 646000)

围术期神经认知功能障碍(PND)被推荐用以定义围术期认知功能下降，包括术后谵妄(POD)和术后认知功能障碍(POCD)〔1,2〕。PND主要表现为对多个认知领域产生影响，如注意力、记忆、执行能力及信息处理速度等〔3〕，主要特点是患者在麻醉和手术之后认知功能的长时间下降和衰退〔4〕，严重降低了患者生活质量，延长术后住院时程，且具有较高的死亡率〔5〕。尽管PND受到越来越多的关注和重视，但其确切的病理机制尚不清楚。而p75神经营养因子受体(p75NTR)介导神经元的存活和凋亡〔6〕，在神经系统性疾病中研究越来越多，其胞外结构域(p75ECD)是一种内源性的抗Aβ清除剂〔7〕。本文对目前PND的主要发生机制进行综述，尤其是p75NTR相关的β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积和tau蛋白磷酸化在PND中的重要作用及相关的研究进展，为今后临床预防和治疗PND提供参考。

1 PND相关机制

1.1Aβ、tau蛋白磷酸化与PND 近年来，多项研究发现PND与阿尔兹默病(AD)存在着相同的临床表现及相似的病理改变。而AD为老年期常见的神经系统变性疾病，其主要病理特征之一是大脑内存在的老年斑中有大量Aβ沉积。在某些体外实验、动物和人类相关实验研究中已证实一些麻醉剂的使用与Aβ聚合的增加和tau蛋白过度磷酸化有密切关系〔8〕。与此同时，tau蛋白是在神经细胞区域中分布的微管相关蛋白，tau蛋白的过度磷酸化是AD等退行性神经系统疾病的一种公认的病理机制。

Evered等〔9〕观察了59例使用蛛网膜下腔阻滞行全髋关节置换术的老年(>60岁)患者，采集患者脑脊液并测定其中的Aβ(1～42)、tau蛋白及神经原纤维素含量，在术后7 d、3个月、12个月对患者进行神经心理学测试，并采集患者术后3个月脑脊液，结果显示57例患者中有5例诊断为POCD，其中有3例患者的Aβ(1～42)的含量在发生AD神经病理学改变的界限之下，但是tau蛋白的含量变化与PND之间的联系并无特殊，说明脑脊液中低含量的Aβ(1～42)有可能是在3个月时发生早期PND的预测指标，这说明Aβ的含量高低可能与病程时期有关。Berger等〔10〕采集了神经外科和耳鼻喉科手术患者的脑脊液，分析不同麻醉药物维持对脑脊液中AD生物标志的影响。结果显示脑脊液中tau/Aβ的值在异氟烷吸入维持和丙泊酚泵入维持的病人中没有区别，但是tau/Aβ比值和tau含量在术后10 h和24 h时增高，脑脊液中磷酸化tau蛋白平均含量下降，而Aβ的含量没有改变，说明神经外科手术和耳鼻喉科手术与脑脊液中tau/Aβ比值的增加有关，但这种增加与麻醉类型无关，脑脊液tau/Aβ比值的升高在很大程度上是受tau水平升高的驱动。同样，在原位肝移植手术中，Xu等〔11〕测定了患者在术中特定时间点(术前、无肝期后0.5 h、新肝再灌注后2 h、术后结束、术后第1天、术后第7天)Aβ和tau蛋白的含量，结果显示在右美托咪定使用之后的患者PND发生率下降，右美托咪定干预后Aβ和Tau蛋白的含量也呈下降状态。另外一项临床研究采集不同麻醉方式(全身麻醉和蛛网膜下腔阻滞)髋关节置换患者术前1 d、术后1 d、术后5 d空腹静脉血5 ml，测定了Aβ和tau蛋白水平，结果显示在全身麻醉患者血液中的Aβ和tau蛋白水平明显高于蛛网膜下腔阻滞的患者，并且PND的发生率在全身麻醉组中显著增高，说明Aβ和tau蛋白可能参与了PND的发生发展〔12〕。

在动物实验中，Wang等〔13〕使用异氟烷麻醉建立PND模型，同时敲除β-淀粉样前体蛋白裂解酶(BACE)1基因之后发现Aβ表达下降，PND模型小鼠受损的空间记忆能力得以改善，并在一定程度上减轻了炎症反应，研究指出BACE1基因的沉默可能是通过激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路和抑制Aβ的表达来改善使用异氟烷麻醉诱导产生的PND；Zuo等〔14〕在同样使用异氟烷麻醉老年小鼠后发现在异氟烷吸入、空间记忆受损及Aβ和p-tau表达水平升高之间存在紧密联系，这些现象可能是通过激活α-亚麻酸(ALA)受体实现的。Tian等〔15〕的研究结果表明肝切除术可引起老年小鼠认知功能下降，白细胞介素(IL)-17A相关的海马损伤，星形胶质细胞被明显激活及依赖转化生长因子(TGF)β/Smad通路的Aβ(1～42)的沉积。有研究证明麻醉引起的多个AD相关位点的tau蛋白过磷酸化可通过胰岛素治疗从而激活PI3K/丙酮酸脱氢酶激酶同工酶(PDK)1/Akt通路来恢复受麻醉干扰的胰岛素信号通路，显著减轻模型小鼠前额皮质和海马区tau蛋白的过磷酸化水平，改善已受损的认知功能〔16〕。Zhou等〔17〕研究发现手术创伤可加重实验小鼠空间学习和记忆损害，增加tau蛋白的磷酸化及海马中核因子(NF)-κB和IL-1β的表达。Huang等〔18〕指出无论是否在麻醉过程中进行体温保护，丙泊酚都可增加皮质和海马区域tau的磷酸化，但是体温保护处理可部分减轻tau的磷酸化。

1.2炎症反应与PND 手术和麻醉过程中引起的神经炎症和氧化应激与PND的发生密切相关，诸多研究认为中枢炎症反应可能是PND发生过程的始动环节，且临床研究中逐渐认为炎症失调和神经损伤是作为围术期认知功能障碍的一个重要特征〔19～21〕。Skvarc等〔22〕随机对照试验研究方案中参与者在术前、术后7 d、3个月和12个月接受一系列神经心理测试，提出神经炎症与术后认知功能的改变密切相关。同时也有多项研究表明炎症与认知功能的改变有着紧密的联系。Yang等〔23〕研究表明新型特异性促炎症消退介质(Maresin 1)的应用可降低术后24 h、72 h和14 d体外培养的巨噬细胞促炎细胞表面标志物和细胞因子的表达，从而证明可通过抑制炎症来改善小鼠记忆功能〔23〕。Terrando等〔24〕通过刺激胆碱能抗炎通路，可限制并有可能预防术后并发症，包括认知功能下降及感染。Zhu等〔25〕在使用一种COX-2抑制剂(帕瑞昔布)后，可降低老年人全膝关节置换术后1 w认知功能障碍的发生率，降低血浆中IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α的表达水平，说明这种特异性抗炎药物能抑制手术创伤后的炎症和急性术后疼痛，并有效改善术后认知功能〔25〕。也有学者对野生型小鼠分组进行麻醉及麻醉联合手术建立模型，并使用布洛芬进行干扰，结果显示手术组小鼠在术后14 d表现出最为严重的记忆损害，肝脏、额皮质(IL-1β,IL-6和TNF-α)和海马中的炎症因子(IL-1β和IL-8)明显增高，额皮质中的星形胶质细胞和小胶质细胞及海马中的小胶质细胞呈持续激活状态，同时伴有异常tau蛋白的磷酸化。应用布洛芬之后，实验结果显示认知功能改善，炎症及胶质细胞的活化减弱，并且抑制了额皮质和海马的异常tau蛋白磷酸化〔26〕。之前的研究证明星形胶质细胞起源的趋化因子(CCL)2可在体外诱导小胶质细胞活化，Xu等〔27〕利用小鼠胫骨骨折手术发现手术可促进激活的星形胶质细胞中CCL2上调，增加激活的小胶质细胞中CCR2的表达，同时诱发学习和记忆功能的下降，在预注射CCR2抑制剂之后，可减少小胶质细胞激活、炎症因子和神经元的损伤和死亡，改善认知功能，该研究证明星形胶质细胞介导的小胶质细胞活化在中枢神经系统炎症中起关键作用。

1.3脑源性神经营养因子(BDNF)与PND 生长因子已被证实对细胞的存活有显著的影响，而BDNF作为体内神经营养因子的重要组成部分，其存在对突触可塑性必不可少，BDNF的缺乏可导致神经元变性〔28〕。BDNF已被证明可提高小鼠恐惧学习能力。此外，BDNF表达受周围伤害性刺激的影响，可能是通过抑制BDNF信号通路引起小鼠学习障碍，局麻药的使用可激活BDNF信号通路减轻疼痛及降低恐惧学习损伤程度〔29〕，Hovens等〔30〕发现两种手术类型(腹部手术和心血管手术)都会引起Wistar大鼠海马组织中BDNF信号的减弱，同时也有研究证明增加p38MAPK的产生可能是通过抑制BDNF信号而引发神经功能障碍的关键因素。Tian等〔31〕发现在20月龄老年小鼠腹部手术建立PND模型后，模型小鼠认知功能下降，BDNF含量也呈相关的下降状态，并推测这种变化与糖皮质激素受体(GR)的磷酸化有关。Zhang等〔32〕在静脉麻醉下右颈动脉暴露的大鼠模型中脑室内注射金刚烷胺和抗胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)抗体，结果显示手术可导致大鼠认知功能下降，而进行金刚烷胺干预可增加GDNF的含量，注射抗GDNF抗体后可阻断金刚烷胺对认知功能的改善作用，这可能是通过抑制GDNF信号而实现的〔32〕。同样，一项研究结果显示手术可加重术后2 w神经损伤和脊髓背根神经节的炎症标志物的上调。在术后72 h，BDNF和神经炎症标志含量增加，并且BNDF的含量在骨折后很长一段时间内都保持着升高的状态，这些结果说明BDNF的释放和信号传递的减弱可能是导致术后认知和精神缺陷的原因〔33〕。这些研究结果都提示BDNF与PND的病理发展过程有着紧密的联系。

1.4其他影响因素与PND 除了上述多种研究结果展示出与PND发生发展过程有关的因素外，许多其他影响因素对PND的影响也多有报道。如性别、中枢胆碱能系统、麻醉方式等。Lee等〔34〕观察出生小鼠不同性别在异氟烷麻醉下的改变，结果显示雌雄小鼠吸入异氟烷之后都可明显增加不同脑区神经元的死亡。然而，只有雄性小鼠的物体认知功能下降，与雌性小鼠相比，还表现出记忆功能的下降，而Sasaki等〔35〕研究发现新生4 d的雌性小鼠易于发生麻醉诱导产生的认知损伤，即性别和发育年龄都在早期麻醉诱导导致的认知功能下降中起着重要的作用。多个证据表明中枢胆碱能系统在学习和记忆中起着重要作用〔36～38〕。Zhang等〔39〕在异氟烷麻醉下使用胫骨骨折内固定建立小鼠模型，术后2 d观察其行为学改变评估其记忆能力，并使用乙酰胆碱酯酶(ChAT)抑制剂多奈哌齐进行干预，结果显示与对照组相比，实验组小鼠前额皮质的ChAT蛋白水平明显下降。多奈哌齐预处理可预防麻醉和手术引起的记忆损伤和ChAT蛋白水平下降。说明麻醉和手术导致的记忆功能下降可能与中枢胆碱能系统损害有关〔39〕。多项研究观察了不同麻醉方式对PND的影响，结果发现麻醉方式并不会影响髋关节置换术与体外冲击波碎石术后老年人认知功能的改变〔40,41〕。

总体来说，国内外学者在关于PND各方面影响因素的研究已经非常广泛，但其确切机制仍未明了，进一步深入探究PND的发生发展机制是极为重要。

2 p75NTR

2.1p75NTR与AD p75NTR是TNF受体家族中的一种Ⅰ型蛋白单跨膜受体，具有4个富含半胱氨酸的胞外结构域，它们分别与4种神经营养因子(NGF、BDNF、NT-3或NT-4)结合〔42〕。p75NTR不仅与多种神经营养因子结合，Yaar等〔43〕还发现Aβ与p75NTR特异性结合，表达p75NTR的3T3细胞在Aβ聚集的情况下发生凋亡。Ovsepian等〔44〕提出p75NTR在清除大脑中的Aβ过程中发挥一种稳态作用，另外一项研究指出Aβ与p75NTR的高亲和力结合与Aβ的清除和淀粉样斑块的成核有关〔45〕。Chakravarthy等〔46〕研究显示，AD患者海马组织中膜相关p75NTR含量明显高于同龄非AD患者。有研究称在脉络膜丛上皮细胞中存在p75NTR受体，且p75NTR受体可能参与了脉络膜丛Aβ诱导的细胞死亡机制和损伤，并提出p75NTR在Aβ转运到脉络膜丛屏障外的过程中发挥重要作用〔47〕。还有研究证明，受Aβ刺激的星形胶质细胞可增加tau蛋白磷酸化，降低海马神经元的存活率，这些现象可通过caspase抑制剂、阻断NGF或p75NTR抗体来阻止，该研究结果表明，Aβ激活的星形胶质细胞可导致表达p75的海马神经元死亡。Saez等〔48〕在抑制p75NTR信号的小鼠中观察到可以逆转胆碱能下降和Aβ表型的抗NGF小鼠，但tau过度磷酸化加剧，结果显示可通过抑制原肌球蛋白激酶(Trk)A信号通路来调节p75NTR信号传递激活Aβ聚集〔49〕。这些研究都说明了p75NTR在AD病理过程中起着重要的作用，且多与Aβ的产生和清除有关。

2.2p75NTR与炎症 p75NTR是TNF受体超家族的成员，表达于脑损伤后外周血单核细胞上，活化的小胶质细胞可急性表达p75NTR,p75NTR特异性拮抗剂可显著降低小胶质细胞活化及神经炎症反应〔50〕。p75NTR不仅由神经元表达，还由某些免疫细胞表达，这意味着神经营养因子信号在免疫系统中发挥作用。Dusedau等〔51〕在p75敲除的小鼠中，消除了神经炎症引起的脊柱密度变化，其研究结果表明，神经营养因子信号通过p75NTR影响免疫细胞，从而影响炎症条件下神经元的结构可塑性。有研究证明，p75NTR信号参与了中枢神经系统损伤后外周促炎反应的产生，提示p75NTR是参与促炎级联反应的部分之一。p75NTR可能在外周炎症的发生中发挥作用。因此，p75NTR可能是治疗人类创伤性脑损伤的靶点〔52〕。免疫细胞中的NGF受体，如TrkA和p75NTR的表达受到动态调控；NGF有多种作用，可促炎也可抗炎，其在激活免疫反应的同时，也能发挥抑制炎症反应和限制组织损伤的作用〔53〕。 Song等〔54〕研究发现IL-10通过抑制proNGF、p75NTR和Bax/Bcl-2的水平，减轻炎症和凋亡，从而保护脑出血后的脑组织。不仅如此，糖尿病中的视网膜炎症介质的产生也可由p75NTR基因缺失来实现〔55〕。上述各种研究都明确指出p75NTR与炎症反应的发生密不可分。

2.3p75NTR与BDNF BDNF属于中枢和外周神经系统合成的神经营养因子家族。它在中枢和外周的作用在于调节重要的生理功能，如神经元的发育和生长、学习和记忆的过程、细胞凋亡，通过激活TrkB和p75NTR受体影响神经发生和神经再生〔56〕。在Wong等〔57〕研究中，缺乏p75NTR的突变雄性小鼠可抵抗睡眠剥夺(SD)干预在细胞和行为水平上对海马可塑性的有害影响，从机理上讲，SD增加p75NTR的表达。而p75NTR的缺失阻止SD介导的对海马cAMP-环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)-BDNF等通路的影响，保护了海马的结构及其功能可塑性。同样，Bomba等〔58〕2018年报道艾塞那肽(降糖药)可通过降低p75ntr介导的信号通路，促进活化BDNF-TrkB神经营养轴，从而抑制细胞凋亡。综上，BDNF与p75NTR的研究也多有报道，且多与各种疾病导致的神经元病理改变有关。

2.4p75ECD p75ECD是AD中抗Aβ的生理保护因子，富含半胱氨酸的结构域(CRD)2和CRD4是p75NTR的Aβ结合域，能拮抗Aβ神经毒性。有研究证明AD大脑中细胞表面p75ECD脱落，大脑中p75ECD水平增高〔59〕。p75NTR通过增加Aβ的产生来调控Aβ的沉积，但又通过P75ECD抑制Aβ的聚集〔6〕。Wang等〔7〕通过使用腺病毒载体在AD小鼠模型颅内及更进一步研究外周注射p75ECD，显著提高血液中p75ECD的表达水平，同时明显改善淀粉样前体蛋白/PS1转基因小鼠的行为表型，减少脑中淀粉样蛋白的表达和tau过度磷酸化及神经炎症。说明p75ECD外周给药是一种安全有效的AD治疗策略。

3 PND与AD

Xie等〔60〕在2006年时首次提出使用临床相关浓度的异氟烷可诱导人神经胶质瘤细胞凋亡，改变淀粉样前体蛋白，增加Aβ的产生。Isik〔61〕指出术后AD的生物标志的表达和Aβ聚集暗示麻醉药的应用可能与AD的病理过程有关。Marques等〔62〕检索了2005年到2016年之间探讨麻醉与AD相关性的文献，分析结果显示麻醉药物、认知功能障碍及AD的发病确实是相关的。在动物实验中，通过全身麻醉下脾切除建立POCD小鼠模型，观察预给予口服甘草酸来防治PND的发生，结果显示，这种干预能抑制高迁移率族蛋白(HMG)B1的表达，增加PSD-95蛋白的表达，减弱术后记忆损害的严重程度，此外，甘草酸预处理可减轻小鼠海马术后神经炎症(如炎症因子IL-1β、TNF-α、IL-6及NF-κB的表达下降)和AD相关的病理过程(如tau蛋白磷酸化和Aβ40、Aβ42的聚集)，结果提示甘草酸的应用可通过减轻老龄小鼠海马的炎症及AD相关的病理改变来防治PND〔63〕。而Evered等〔64〕研究表示目前还不确切地清楚麻醉和手术是否在轻度认知障碍和痴呆的发病或进展中起作用。因此，需要更深入的研究PND的发病机制。

综上，随着中国老龄化社会的到来，老年人的接受手术情况的越来越多，平稳安全的术后恢复显得越来越重要，而PND的存在，会大大降低术后患者的恢复，严重损害患者健康，降低患者术后生活质量，增加家庭与社会负担，应该引起临床医务人员的警惕与关注。现如今，PND在麻醉学领域中受到越来越多的关注，众多研究结果表明麻醉、手术与患者自身因素、麻醉方式等有可能诱发PND的产生，而在基础研究当中，炎症、Aβ和tau蛋白磷酸化，脑源性神经营养因子及中枢胆碱能系统等机制在PND的病理发生发展过程中起着关键的作用。然而PND的发生机制仍不明确，进一步研究其内在机制尤为重要。

目前有研究确切证明p75ECD是一种针对AD脑淀粉样蛋白毒性的生理神经保护分子〔6〕，而在给予使用AAV8载体转染重组人ECD-Fc基因之后可恢复AD小鼠脑中的p75ECD的水平，干扰Aβ-p75NTR的结合及抑制Aβ的聚集，明显减轻与Aβ病理有关的神经元损害〔59〕。由于PND与AD所表现出的类似的临床表现与病理过程，因此假设PND可能会在长期的发展过程中演变成AD。然而在现在的研究中，并未提及p75NTR在PND中的作用，鉴于其在神经炎症、神经元存活及AD中的重要作用，且目前并没有关于p75ECD-Fc治疗方法的研究，其具体作用机制还有待进一步研究。