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圍手術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知障礙（Perioperative Neurocognitive Disorders, PND）是一類常見于60歲以上手術(shù)患者的術(shù)后并發(fā)癥，包括術(shù)后譫妄（POD）、延遲性神經(jīng)認(rèn)知恢復(fù)（dNCR）及術(shù)后神經(jīng)認(rèn)知障礙（PNCD），其發(fā)生率可高達(dá)10%-40%。PND會(huì)導(dǎo)致住院時(shí)間延長(zhǎng)、護(hù)理成本增加和遠(yuǎn)期功能障礙等，但目前尚無FDA批準(zhǔn)的預(yù)防或治療方案。
既往研究提示腸道菌群-腦軸可能通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，誘發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)。而補(bǔ)體系統(tǒng)中的C3/C3aR通路近年來被認(rèn)為與神經(jīng)炎癥密切相關(guān)，但其在老年P(guān)ND中的確切作用尚不明確。此外，血小板因子4（PF4）作為衰老相關(guān)的“逆齡因子”，在調(diào)控神經(jīng)炎癥方面的潛力也尚待闡明。本研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過外源干預(yù)C3通路，采用由普健生物（AtaGenix）定制合成的選擇性C3抑制劑CR2-crry，系統(tǒng)評(píng)估其在術(shù)后神經(jīng)保護(hù)中的作用，同時(shí)結(jié)合重組PF4補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步揭示補(bǔ)體與“逆齡因子”在PND中的交叉機(jī)制。
首先，研究人員在一項(xiàng)隨機(jī)雙盲臨床研究中，對(duì)40名≥60歲的接受口腔癌根治術(shù)的患者進(jìn)行干預(yù)，分別給予第一代β-內(nèi)酰胺抗生素cefazolin（短效）或ceftriaxone（長(zhǎng)效），術(shù)后隨訪6個(gè)月。結(jié)果顯示，ceftriaxone組在術(shù)后30天及180天的PNCD發(fā)生率顯著低于cefazolin組。
Fig. 1 Ceftriaxone顯著降低老年患者術(shù)后PNCD發(fā)生率，改善認(rèn)知功能。
與認(rèn)知改善相對(duì)應(yīng)，ceftriaxone顯著抑制術(shù)后血清C3升高，同時(shí)維持更高的血小板計(jì)數(shù)和PF4水平。進(jìn)一步Spearman分析顯示，C3水平與認(rèn)知評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，而PF4水平與認(rèn)知評(píng)分呈正相關(guān)。說明Ceftriaxone可能通過“抑制C3+維持PF4”這兩條機(jī)制共同起效，進(jìn)而降低老年患者術(shù)后神經(jīng)認(rèn)知障礙的風(fēng)險(xiǎn)，從而為PND的干預(yù)提供了潛在靶點(diǎn)。這也為后續(xù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證C3/C3aR通路和PF4的因果機(jī)制提供了基礎(chǔ)。
Fig. 2 Ceftriaxone抑制C3上調(diào)、維持PF4水平，發(fā)揮認(rèn)知保護(hù)作用
動(dòng)物模型驗(yàn)證C3/C3aR通路激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞并驅(qū)動(dòng)炎癥級(jí)聯(lián)
在老年小鼠PND模型中，研究者捕捉到術(shù)后神經(jīng)炎癥發(fā)生的時(shí)間與細(xì)胞級(jí)協(xié)同反應(yīng)：術(shù)后第1天，星形膠質(zhì)細(xì)胞首先激活，并顯著上調(diào)補(bǔ)體C3的表達(dá)；緊接著第3天，小膠質(zhì)細(xì)胞活化增強(qiáng)，其特征性受體C3aR表達(dá)達(dá)峰。免疫共染顯示，C3主要定位于GFAP+星形膠質(zhì)細(xì)胞中，C3aR則集中于Iba1+小膠質(zhì)細(xì)胞中，說明兩者通過C3/C3aR通路形成“膠質(zhì)細(xì)胞級(jí)聯(lián)激活”，共同驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)。
Fig. 3 術(shù)后早期C3/C3aR通路介導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞協(xié)同激活
同時(shí)，炎癥相關(guān)標(biāo)志物CD86和iNOS表達(dá)也在術(shù)后同步上調(diào)，進(jìn)一步驗(yàn)證了術(shù)后早期膠質(zhì)細(xì)胞激活 + C3/C3aR通路激活 = PND相關(guān)神經(jīng)炎癥的核心機(jī)制。
CR2-crry干預(yù)阻斷C3可緩解炎癥及認(rèn)知功能下降
在明確C3/C3aR通路在PND炎癥中的關(guān)鍵作用后，研究人員進(jìn)一步驗(yàn)證了靶向干預(yù)這一通路是否能逆轉(zhuǎn)病理進(jìn)程。他們使用了選擇性C3抑制劑CR2-crry，術(shù)前注射后，僅一天時(shí)間就觀察到：術(shù)后小鼠海馬區(qū)的炎癥核心標(biāo)志——活化小膠質(zhì)細(xì)胞（Iba1+）、星形膠質(zhì)細(xì)胞（GFAP+）以及補(bǔ)體C3表達(dá)——顯著下降。與之對(duì)應(yīng)，促炎因子IL-6和TNF-α水平降低，炎癥效應(yīng)蛋白CD86和iNOS也同步受到抑制，說明 CR2-crry能有效中斷術(shù)后炎癥通路的啟動(dòng)。
并且這種炎癥抑制能帶來功能上的“實(shí)質(zhì)性獲益”，在認(rèn)知行為測(cè)試中，CR2-crry 顯著提升了小鼠對(duì)新物體的識(shí)別能力（NOR測(cè)試）和情境記憶力（FCT測(cè)試），表現(xiàn)出明確的認(rèn)知保護(hù)效果。進(jìn)一步的神經(jīng)形態(tài)學(xué)分析也證實(shí)了這一點(diǎn)——Golgi-Cox 染色顯示，CR2-crry 治療顯著改善了術(shù)后小鼠的神經(jīng)元樹突分支復(fù)雜度及突觸棘密度，證明其對(duì)神經(jīng)結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用。
Fig. 4 CR2-crry顯著改善術(shù)后神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)樹突分支和突觸密度
探索逆轉(zhuǎn)認(rèn)知下降與神經(jīng)炎癥的PF4
在揭示C3通路對(duì)炎癥的主導(dǎo)作用之后，研究者進(jìn)一步聚焦其下游關(guān)鍵分子——血小板因子4（PF4）。他們發(fā)現(xiàn)，術(shù)后老年小鼠出現(xiàn)顯著的血小板減少和PF4水平下降，而在C3基因敲除小鼠（C3?/?）中，這種下降被明顯緩解（圖5A–C），提示PF4受C3通路調(diào)控，是C3介導(dǎo)神經(jīng)損傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
Fig. 5 術(shù)后老年小鼠PF4水平下降，C3敲除小鼠顯著緩解
為了驗(yàn)證PF4是否具有“反擊”炎癥的能力，研究團(tuán)隊(duì)給老年小鼠補(bǔ)充重組PF4（rPF4）。結(jié)果令人振奮：PF4處理組在各項(xiàng)認(rèn)知行為測(cè)試（包括OFT、NOR和FCT）中表現(xiàn)顯著改善，認(rèn)知功能全面恢復(fù)。不僅如此，神經(jīng)元的樹突結(jié)構(gòu)和突觸棘密度也得到了顯著修復(fù)，腦內(nèi)炎癥因子 IL-6 和 TNF-α 降低（圖5L），膠質(zhì)細(xì)胞激活被抑制。
Fig. 6 PF4可改善并修復(fù)認(rèn)知功能
綜上，研究首次系統(tǒng)闡明補(bǔ)體C3/C3aR通路不僅促進(jìn)神經(jīng)炎癥和膠質(zhì)細(xì)胞活化，還通過影響血小板功能和PF4分泌，加劇認(rèn)知功能受損。而PF4作為一種可穿越血腦屏障的因子，其在術(shù)后補(bǔ)充可有效阻斷上述病理級(jí)聯(lián)。
在本研究中，CR2-crry由普健生物（AtaGenix）定制合成，CR2-crry作為一種選擇性C3抑制劑，在術(shù)前靜脈注射后顯著抑制了補(bǔ)體激活、膠質(zhì)細(xì)胞活化、促炎因子表達(dá)，最終保護(hù)了神經(jīng)形態(tài)和認(rèn)知功能。這表明CR2-crry在圍術(shù)期神經(jīng)保護(hù)方面具備臨床轉(zhuǎn)化潛力，也為未來圍術(shù)期干預(yù)PND提供了精準(zhǔn)的分子靶點(diǎn)。
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