TLR4在外周手术促发POCD中的作用及其分子机制

Peripheral surgery-induced neuroinflammation plays an important role in the development of postoperative cognitive dysfunction (POCD). Peripheral surgery-activated immune cells will release abundant inflammatory cytokines and destroy the blood brain barrier. As a result, peripheral monocytes will enter the brain and promote neuroinflammation and POCD. Our previous study demonstrated that the levels of peripheral and central inflammatory cytokines, the amount of hippocampal CD11b+ cells, as well as the expression of cerebral TLR4 and S100A8/A9 increased in the aged rats with POCD. So we hypothesize that peripheral surgery will activate peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) via toll-like receptor (TLR)-4 signaling pathway, promote PBMCs entering the brain to secrete S100A8/A9, which will trigger and exacerbate neuroinflammation by combining with microglia TLR4. In our study, we will use TLR4-/- mice model and bone marrow cross transplantation technique to investigate the possible effects of bone marrow-derived macrophages, peripheral and central inflammatory cytokines, and hippocampal TLR4 and S100A8/A9 expressions on postoperative cognitive function. Furthermore, we will also evaluate the influence of S100A8/A9 on the activation of microglia and the recruitment of PBMCs in vitro and in vivo. Out research will explore the effects of TLR4 on peripheral surgery-induced POCD and provide a new target for prevention and treatment of POCD.

术后认知功能障碍(POCD)与外周手术促发的中枢炎症相关。外周手术可活化外周炎性细胞，通过分泌大量炎症因子破坏血脑屏障，促使单核细胞入脑，引发中枢炎症，进而导致POCD。我们的前期工作表明，POCD老年大鼠外周和中枢炎症因子水平升高，同时海马CD11b+细胞数、TLR4及S100A8/A9表达量增加。因此，我们假设外周手术可能通过TLR4通路活化外周血单核细胞，促使单核细胞入脑并分泌S100A8/A9，后者结合小胶质细胞上TLR4，促发并加重中枢炎症。本研究拟应用TLR4-/-小鼠，通过骨髓交叉移植技术，观察术后认知功能的改变、海马骨髓源性巨噬细胞比例、外周和中枢的炎症因子及中枢的TLR4和S100A8/A9水平；在整体和细胞模型上，观察S100A8/A9对小胶质细胞活化的影响及其对外周血单核细胞的趋化作用，从而探讨TLR4在外周手术促发POCD中的作用，为防治POCD提供新的靶标。

术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction, POCD)是病人术后常见的中枢神经系统并发症之一。中枢炎症是POCD发生发展的关键因素，而外周炎症在外周手术损伤诱发POCD的过程中也发挥重要作用。TLR4通路活化所介导的外周炎症及海马区小胶质细胞TLR4表达水平与POCD密切相关。作为TLR4的内源性配体，S100A8可活化多种免疫细胞表面的TLR4，其可能通过活化TLR4/NF-κB通路，参与促发中枢炎症与POCD。 . 我们拟研究S100A8、TLR4/MyD88信号通路及其相互调节关系在小鼠行胫骨骨折复位内固定术后早期发生的认知功能障碍中的作用。在术后48h内C57BL/6野生型小鼠的外周血单核细胞(PBMCs)、脾脏和海马的S100A8 的mRNA或蛋白表达水平升高。于术前60min给C57BL/6野生型小鼠经腹腔注射100µg的S100A8抗体可以改善术后24h小鼠认知功能，减轻海马区小胶质细胞化程度，提示外周或中枢海马区的S100A8表达水平升高是小鼠行胫骨骨折复位内固定术后出现认知功能减退的重要机制。此外，与对应的野生型小鼠相比，在术后24h，TLR4−/−小鼠脑内CD45hiCD11b+细胞数目明显减少，认知功能明显改善，TLR4−/− 和MyD88−/−小鼠在术后48h内海马CA3区的小胶质细胞的阳性面积降低，这提示TLR4/MyD88信号通路活化在小鼠术后发生认知功能障碍起到促进作用。最后，小鼠的脾脏细胞及中枢海马区胶质细胞上存有S100A8 和TLR4的共表达。一方面，我们对C57BL/6野生型小鼠的侧脑室或腹腔注射S100A8，在12h后小鼠的PBMCs和海马区CD11b+细胞上TLR4表达水平显著增加；另一方面，与相应的野生型小鼠相比，对TLR4−/−小鼠侧脑室或腹腔注射S100A8，在12h后小鼠海马区小胶质细胞化的程度明显削弱。此外，与各自对应的野生型小鼠相比，在术后48h内TLR4−/− 和MyD88−/−小鼠的脾脏和海马S100A8蛋白的表达水平均明显降低。. 总的说来，本研究进一步阐明TLR4在POCD炎症学说中的地位，为确定POCD新的治疗靶点提供实验依据和理论基础。而调控脑内S100A8的表达水平则有望成为治疗中枢炎症相关认知功能障碍的新策略。