基于p75神經營養素受體提出PND治療的新思路

韓江 張英

(西南醫科大學附屬中醫醫院麻醉科，四川 瀘州 646000)

圍術期神經認知功能障礙(PND)被推薦用以定義圍術期認知功能下降，包括術后譫妄(POD)和術后認知功能障礙(POCD)〔1,2〕。PND主要表現為對多個認知領域產生影響，如注意力、記憶、執行能力及信息處理速度等〔3〕，主要特點是患者在麻醉和手術之后認知功能的長時間下降和衰退〔4〕，嚴重降低了患者生活質量，延長術后住院時程，且具有較高的死亡率〔5〕。盡管PND受到越來越多的關注和重視，但其確切的病理機制尚不清楚。而p75神經營養因子受體(p75NTR)介導神經元的存活和凋亡〔6〕，在神經系統性疾病中研究越來越多，其胞外結構域(p75ECD)是一種內源性的抗Aβ清除劑〔7〕。本文對目前PND的主要發生機制進行綜述，尤其是p75NTR相關的β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉積和tau蛋白磷酸化在PND中的重要作用及相關的研究進展，為今后臨床預防和治療PND提供參考。

1 PND相關機制

1.1Aβ、tau蛋白磷酸化與PND 近年來，多項研究發現PND與阿爾茲默病(AD)存在著相同的臨床表現及相似的病理改變。而AD為老年期常見的神經系統變性疾病，其主要病理特征之一是大腦內存在的老年斑中有大量Aβ沉積。在某些體外實驗、動物和人類相關實驗研究中已證實一些麻醉劑的使用與Aβ聚合的增加和tau蛋白過度磷酸化有密切關系〔8〕。與此同時，tau蛋白是在神經細胞區域中分布的微管相關蛋白，tau蛋白的過度磷酸化是AD等退行性神經系統疾病的一種公認的病理機制。

Evered等〔9〕觀察了59例使用蛛網膜下腔阻滯行全髖關節置換術的老年(>60歲)患者，采集患者腦脊液并測定其中的Aβ(1～42)、tau蛋白及神經原纖維素含量，在術后7 d、3個月、12個月對患者進行神經心理學測試，并采集患者術后3個月腦脊液，結果顯示57例患者中有5例診斷為POCD，其中有3例患者的Aβ(1～42)的含量在發生AD神經病理學改變的界限之下，但是tau蛋白的含量變化與PND之間的聯系并無特殊，說明腦脊液中低含量的Aβ(1～42)有可能是在3個月時發生早期PND的預測指標，這說明Aβ的含量高低可能與病程時期有關。Berger等〔10〕采集了神經外科和耳鼻喉科手術患者的腦脊液，分析不同麻醉藥物維持對腦脊液中AD生物標志的影響。結果顯示腦脊液中tau/Aβ的值在異氟烷吸入維持和丙泊酚泵入維持的病人中沒有區別，但是tau/Aβ比值和tau含量在術后10 h和24 h時增高，腦脊液中磷酸化tau蛋白平均含量下降，而Aβ的含量沒有改變，說明神經外科手術和耳鼻喉科手術與腦脊液中tau/Aβ比值的增加有關，但這種增加與麻醉類型無關，腦脊液tau/Aβ比值的升高在很大程度上是受tau水平升高的驅動。同樣，在原位肝移植手術中，Xu等〔11〕測定了患者在術中特定時間點(術前、無肝期后0.5 h、新肝再灌注后2 h、術后結束、術后第1天、術后第7天)Aβ和tau蛋白的含量，結果顯示在右美托咪定使用之后的患者PND發生率下降，右美托咪定干預后Aβ和Tau蛋白的含量也呈下降狀態。另外一項臨床研究采集不同麻醉方式(全身麻醉和蛛網膜下腔阻滯)髖關節置換患者術前1 d、術后1 d、術后5 d空腹靜脈血5 ml，測定了Aβ和tau蛋白水平，結果顯示在全身麻醉患者血液中的Aβ和tau蛋白水平明顯高于蛛網膜下腔阻滯的患者，并且PND的發生率在全身麻醉組中顯著增高，說明Aβ和tau蛋白可能參與了PND的發生發展〔12〕。

在動物實驗中，Wang等〔13〕使用異氟烷麻醉建立PND模型，同時敲除β-淀粉樣前體蛋白裂解酶(BACE)1基因之后發現Aβ表達下降，PND模型小鼠受損的空間記憶能力得以改善，并在一定程度上減輕了炎癥反應，研究指出BACE1基因的沉默可能是通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路和抑制Aβ的表達來改善使用異氟烷麻醉誘導產生的PND；Zuo等〔14〕在同樣使用異氟烷麻醉老年小鼠后發現在異氟烷吸入、空間記憶受損及Aβ和p-tau表達水平升高之間存在緊密聯系，這些現象可能是通過激活α-亞麻酸(ALA)受體實現的。Tian等〔15〕的研究結果表明肝切除術可引起老年小鼠認知功能下降，白細胞介素(IL)-17A相關的海馬損傷，星形膠質細胞被明顯激活及依賴轉化生長因子(TGF)β/Smad通路的Aβ(1～42)的沉積。有研究證明麻醉引起的多個AD相關位點的tau蛋白過磷酸化可通過胰島素治療從而激活PI3K/丙酮酸脫氫酶激酶同工酶(PDK)1/Akt通路來恢復受麻醉干擾的胰島素信號通路，顯著減輕模型小鼠前額皮質和海馬區tau蛋白的過磷酸化水平，改善已受損的認知功能〔16〕。Zhou等〔17〕研究發現手術創傷可加重實驗小鼠空間學習和記憶損害，增加tau蛋白的磷酸化及海馬中核因子(NF)-κB和IL-1β的表達。Huang等〔18〕指出無論是否在麻醉過程中進行體溫保護，丙泊酚都可增加皮質和海馬區域tau的磷酸化，但是體溫保護處理可部分減輕tau的磷酸化。

1.2炎癥反應與PND 手術和麻醉過程中引起的神經炎癥和氧化應激與PND的發生密切相關，諸多研究認為中樞炎癥反應可能是PND發生過程的始動環節，且臨床研究中逐漸認為炎癥失調和神經損傷是作為圍術期認知功能障礙的一個重要特征〔19～21〕。Skvarc等〔22〕隨機對照試驗研究方案中參與者在術前、術后7 d、3個月和12個月接受一系列神經心理測試，提出神經炎癥與術后認知功能的改變密切相關。同時也有多項研究表明炎癥與認知功能的改變有著緊密的聯系。Yang等〔23〕研究表明新型特異性促炎癥消退介質(Maresin 1)的應用可降低術后24 h、72 h和14 d體外培養的巨噬細胞促炎細胞表面標志物和細胞因子的表達，從而證明可通過抑制炎癥來改善小鼠記憶功能〔23〕。Terrando等〔24〕通過刺激膽堿能抗炎通路，可限制并有可能預防術后并發癥，包括認知功能下降及感染。Zhu等〔25〕在使用一種COX-2抑制劑(帕瑞昔布)后，可降低老年人全膝關節置換術后1 w認知功能障礙的發生率，降低血漿中IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α的表達水平，說明這種特異性抗炎藥物能抑制手術創傷后的炎癥和急性術后疼痛，并有效改善術后認知功能〔25〕。也有學者對野生型小鼠分組進行麻醉及麻醉聯合手術建立模型，并使用布洛芬進行干擾，結果顯示手術組小鼠在術后14 d表現出最為嚴重的記憶損害，肝臟、額皮質(IL-1β,IL-6和TNF-α)和海馬中的炎癥因子(IL-1β和IL-8)明顯增高，額皮質中的星形膠質細胞和小膠質細胞及海馬中的小膠質細胞呈持續激活狀態，同時伴有異常tau蛋白的磷酸化。應用布洛芬之后，實驗結果顯示認知功能改善，炎癥及膠質細胞的活化減弱，并且抑制了額皮質和海馬的異常tau蛋白磷酸化〔26〕。之前的研究證明星形膠質細胞起源的趨化因子(CCL)2可在體外誘導小膠質細胞活化，Xu等〔27〕利用小鼠脛骨骨折手術發現手術可促進激活的星形膠質細胞中CCL2上調，增加激活的小膠質細胞中CCR2的表達，同時誘發學習和記憶功能的下降，在預注射CCR2抑制劑之后，可減少小膠質細胞激活、炎癥因子和神經元的損傷和死亡，改善認知功能，該研究證明星形膠質細胞介導的小膠質細胞活化在中樞神經系統炎癥中起關鍵作用。

1.3腦源性神經營養因子(BDNF)與PND 生長因子已被證實對細胞的存活有顯著的影響，而BDNF作為體內神經營養因子的重要組成部分，其存在對突觸可塑性必不可少，BDNF的缺乏可導致神經元變性〔28〕。BDNF已被證明可提高小鼠恐懼學習能力。此外，BDNF表達受周圍傷害性刺激的影響，可能是通過抑制BDNF信號通路引起小鼠學習障礙，局麻藥的使用可激活BDNF信號通路減輕疼痛及降低恐懼學習損傷程度〔29〕，Hovens等〔30〕發現兩種手術類型(腹部手術和心血管手術)都會引起Wistar大鼠海馬組織中BDNF信號的減弱，同時也有研究證明增加p38MAPK的產生可能是通過抑制BDNF信號而引發神經功能障礙的關鍵因素。Tian等〔31〕發現在20月齡老年小鼠腹部手術建立PND模型后，模型小鼠認知功能下降，BDNF含量也呈相關的下降狀態，并推測這種變化與糖皮質激素受體(GR)的磷酸化有關。Zhang等〔32〕在靜脈麻醉下右頸動脈暴露的大鼠模型中腦室內注射金剛烷胺和抗膠質細胞源性神經營養因子(GDNF)抗體，結果顯示手術可導致大鼠認知功能下降，而進行金剛烷胺干預可增加GDNF的含量，注射抗GDNF抗體后可阻斷金剛烷胺對認知功能的改善作用，這可能是通過抑制GDNF信號而實現的〔32〕。同樣，一項研究結果顯示手術可加重術后2 w神經損傷和脊髓背根神經節的炎癥標志物的上調。在術后72 h，BDNF和神經炎癥標志含量增加，并且BNDF的含量在骨折后很長一段時間內都保持著升高的狀態，這些結果說明BDNF的釋放和信號傳遞的減弱可能是導致術后認知和精神缺陷的原因〔33〕。這些研究結果都提示BDNF與PND的病理發展過程有著緊密的聯系。

1.4其他影響因素與PND 除了上述多種研究結果展示出與PND發生發展過程有關的因素外，許多其他影響因素對PND的影響也多有報道。如性別、中樞膽堿能系統、麻醉方式等。Lee等〔34〕觀察出生小鼠不同性別在異氟烷麻醉下的改變，結果顯示雌雄小鼠吸入異氟烷之后都可明顯增加不同腦區神經元的死亡。然而，只有雄性小鼠的物體認知功能下降，與雌性小鼠相比，還表現出記憶功能的下降，而Sasaki等〔35〕研究發現新生4 d的雌性小鼠易于發生麻醉誘導產生的認知損傷，即性別和發育年齡都在早期麻醉誘導導致的認知功能下降中起著重要的作用。多個證據表明中樞膽堿能系統在學習和記憶中起著重要作用〔36～38〕。Zhang等〔39〕在異氟烷麻醉下使用脛骨骨折內固定建立小鼠模型，術后2 d觀察其行為學改變評估其記憶能力，并使用乙酰膽堿酯酶(ChAT)抑制劑多奈哌齊進行干預，結果顯示與對照組相比，實驗組小鼠前額皮質的ChAT蛋白水平明顯下降。多奈哌齊預處理可預防麻醉和手術引起的記憶損傷和ChAT蛋白水平下降。說明麻醉和手術導致的記憶功能下降可能與中樞膽堿能系統損害有關〔39〕。多項研究觀察了不同麻醉方式對PND的影響，結果發現麻醉方式并不會影響髖關節置換術與體外沖擊波碎石術后老年人認知功能的改變〔40,41〕。

總體來說，國內外學者在關于PND各方面影響因素的研究已經非常廣泛，但其確切機制仍未明了，進一步深入探究PND的發生發展機制是極為重要。

2 p75NTR

2.1p75NTR與AD p75NTR是TNF受體家族中的一種Ⅰ型蛋白單跨膜受體，具有4個富含半胱氨酸的胞外結構域，它們分別與4種神經營養因子(NGF、BDNF、NT-3或NT-4)結合〔42〕。p75NTR不僅與多種神經營養因子結合，Yaar等〔43〕還發現Aβ與p75NTR特異性結合，表達p75NTR的3T3細胞在Aβ聚集的情況下發生凋亡。Ovsepian等〔44〕提出p75NTR在清除大腦中的Aβ過程中發揮一種穩態作用，另外一項研究指出Aβ與p75NTR的高親和力結合與Aβ的清除和淀粉樣斑塊的成核有關〔45〕。Chakravarthy等〔46〕研究顯示，AD患者海馬組織中膜相關p75NTR含量明顯高于同齡非AD患者。有研究稱在脈絡膜叢上皮細胞中存在p75NTR受體，且p75NTR受體可能參與了脈絡膜叢Aβ誘導的細胞死亡機制和損傷，并提出p75NTR在Aβ轉運到脈絡膜叢屏障外的過程中發揮重要作用〔47〕。還有研究證明，受Aβ刺激的星形膠質細胞可增加tau蛋白磷酸化，降低海馬神經元的存活率，這些現象可通過caspase抑制劑、阻斷NGF或p75NTR抗體來阻止，該研究結果表明，Aβ激活的星形膠質細胞可導致表達p75的海馬神經元死亡。Saez等〔48〕在抑制p75NTR信號的小鼠中觀察到可以逆轉膽堿能下降和Aβ表型的抗NGF小鼠，但tau過度磷酸化加劇，結果顯示可通過抑制原肌球蛋白激酶(Trk)A信號通路來調節p75NTR信號傳遞激活Aβ聚集〔49〕。這些研究都說明了p75NTR在AD病理過程中起著重要的作用，且多與Aβ的產生和清除有關。

2.2p75NTR與炎癥 p75NTR是TNF受體超家族的成員，表達于腦損傷后外周血單核細胞上，活化的小膠質細胞可急性表達p75NTR,p75NTR特異性拮抗劑可顯著降低小膠質細胞活化及神經炎癥反應〔50〕。p75NTR不僅由神經元表達，還由某些免疫細胞表達，這意味著神經營養因子信號在免疫系統中發揮作用。Dusedau等〔51〕在p75敲除的小鼠中，消除了神經炎癥引起的脊柱密度變化，其研究結果表明，神經營養因子信號通過p75NTR影響免疫細胞，從而影響炎癥條件下神經元的結構可塑性。有研究證明，p75NTR信號參與了中樞神經系統損傷后外周促炎反應的產生，提示p75NTR是參與促炎級聯反應的部分之一。p75NTR可能在外周炎癥的發生中發揮作用。因此，p75NTR可能是治療人類創傷性腦損傷的靶點〔52〕。免疫細胞中的NGF受體，如TrkA和p75NTR的表達受到動態調控；NGF有多種作用，可促炎也可抗炎，其在激活免疫反應的同時，也能發揮抑制炎癥反應和限制組織損傷的作用〔53〕。 Song等〔54〕研究發現IL-10通過抑制proNGF、p75NTR和Bax/Bcl-2的水平，減輕炎癥和凋亡，從而保護腦出血后的腦組織。不僅如此，糖尿病中的視網膜炎癥介質的產生也可由p75NTR基因缺失來實現〔55〕。上述各種研究都明確指出p75NTR與炎癥反應的發生密不可分。

2.3p75NTR與BDNF BDNF屬于中樞和外周神經系統合成的神經營養因子家族。它在中樞和外周的作用在于調節重要的生理功能，如神經元的發育和生長、學習和記憶的過程、細胞凋亡，通過激活TrkB和p75NTR受體影響神經發生和神經再生〔56〕。在Wong等〔57〕研究中，缺乏p75NTR的突變雄性小鼠可抵抗睡眠剝奪(SD)干預在細胞和行為水平上對海馬可塑性的有害影響，從機理上講，SD增加p75NTR的表達。而p75NTR的缺失阻止SD介導的對海馬cAMP-環磷酸腺苷反應元件結合蛋白(CREB)-BDNF等通路的影響，保護了海馬的結構及其功能可塑性。同樣，Bomba等〔58〕2018年報道艾塞那肽(降糖藥)可通過降低p75ntr介導的信號通路，促進活化BDNF-TrkB神經營養軸，從而抑制細胞凋亡。綜上，BDNF與p75NTR的研究也多有報道，且多與各種疾病導致的神經元病理改變有關。

2.4p75ECD p75ECD是AD中抗Aβ的生理保護因子，富含半胱氨酸的結構域(CRD)2和CRD4是p75NTR的Aβ結合域，能拮抗Aβ神經毒性。有研究證明AD大腦中細胞表面p75ECD脫落，大腦中p75ECD水平增高〔59〕。p75NTR通過增加Aβ的產生來調控Aβ的沉積，但又通過P75ECD抑制Aβ的聚集〔6〕。Wang等〔7〕通過使用腺病毒載體在AD小鼠模型顱內及更進一步研究外周注射p75ECD，顯著提高血液中p75ECD的表達水平，同時明顯改善淀粉樣前體蛋白/PS1轉基因小鼠的行為表型，減少腦中淀粉樣蛋白的表達和tau過度磷酸化及神經炎癥。說明p75ECD外周給藥是一種安全有效的AD治療策略。

3 PND與AD

Xie等〔60〕在2006年時首次提出使用臨床相關濃度的異氟烷可誘導人神經膠質瘤細胞凋亡，改變淀粉樣前體蛋白，增加Aβ的產生。Isik〔61〕指出術后AD的生物標志的表達和Aβ聚集暗示麻醉藥的應用可能與AD的病理過程有關。Marques等〔62〕檢索了2005年到2016年之間探討麻醉與AD相關性的文獻，分析結果顯示麻醉藥物、認知功能障礙及AD的發病確實是相關的。在動物實驗中，通過全身麻醉下脾切除建立POCD小鼠模型，觀察預給予口服甘草酸來防治PND的發生，結果顯示，這種干預能抑制高遷移率族蛋白(HMG)B1的表達，增加PSD-95蛋白的表達，減弱術后記憶損害的嚴重程度，此外，甘草酸預處理可減輕小鼠海馬術后神經炎癥(如炎癥因子IL-1β、TNF-α、IL-6及NF-κB的表達下降)和AD相關的病理過程(如tau蛋白磷酸化和Aβ40、Aβ42的聚集)，結果提示甘草酸的應用可通過減輕老齡小鼠海馬的炎癥及AD相關的病理改變來防治PND〔63〕。而Evered等〔64〕研究表示目前還不確切地清楚麻醉和手術是否在輕度認知障礙和癡呆的發病或進展中起作用。因此，需要更深入的研究PND的發病機制。

綜上，隨著中國老齡化社會的到來，老年人的接受手術情況的越來越多，平穩安全的術后恢復顯得越來越重要，而PND的存在，會大大降低術后患者的恢復，嚴重損害患者健康，降低患者術后生活質量，增加家庭與社會負擔，應該引起臨床醫務人員的警惕與關注。現如今，PND在麻醉學領域中受到越來越多的關注，眾多研究結果表明麻醉、手術與患者自身因素、麻醉方式等有可能誘發PND的產生，而在基礎研究當中，炎癥、Aβ和tau蛋白磷酸化，腦源性神經營養因子及中樞膽堿能系統等機制在PND的病理發生發展過程中起著關鍵的作用。然而PND的發生機制仍不明確，進一步研究其內在機制尤為重要。

目前有研究確切證明p75ECD是一種針對AD腦淀粉樣蛋白毒性的生理神經保護分子〔6〕，而在給予使用AAV8載體轉染重組人ECD-Fc基因之后可恢復AD小鼠腦中的p75ECD的水平，干擾Aβ-p75NTR的結合及抑制Aβ的聚集，明顯減輕與Aβ病理有關的神經元損害〔59〕。由于PND與AD所表現出的類似的臨床表現與病理過程，因此假設PND可能會在長期的發展過程中演變成AD。然而在現在的研究中，并未提及p75NTR在PND中的作用，鑒于其在神經炎癥、神經元存活及AD中的重要作用，且目前并沒有關于p75ECD-Fc治療方法的研究，其具體作用機制還有待進一步研究。