SCOP介导的“睡眠-觉醒”节律偏移在老年POCD中的作用及机制研究

The morbidity of postoperative cognitive dysfunction (POCD) in the aged is 9.9% and the relevant mortality can be increased to 1.63 times. However, there is no effective therapeutic management to prevent and treat POCD. Persistent sleep-wake rhythm phase-shifting is an important pathogenesis of aging POCD. Bmal1-Clock and Per-Cry complex mediates the transcriptional-translational feedback loop (TTFL) which provides a molecular basis for circadian rhythm stability. Based on our previous studies, we hypothesize that SCN circadian oscillatory protein (SCOP) expression continues to decrease postoperatively in the aged, causing the clock genes TTFL imbalance, which might be involved in sleep-wake rhythm phase-shifting induced POCD occurrence. To test our hypotheses, in this project, we plan to knockdown and overexpress SCOP in mice and culture primary hippocampus neurons, to establish the POCD models in vivo and vitro , using sleep/cognition behavior tests, molecular biology techniques, immunohistochemistry and other techniques and methods: 1) to elucidate the effects and mechanisms of SCOP in perioperative clock genes TTFL; 2) to reveal the role of clock genes TTFL regulated by SCOP in modulating sleep-wake rhythm phase-shifting, which contributes to POCD; 3) to target to SCOP mechanisms, screen light therapy for sleep-wake rhythm. If successful, our findings will provide a new theoretical basis for revealing the pathophysiologic mechanism of aging POCD and a reliable clinical transformation basis for light therapy strategies.

老年术后认知功能障碍（POCD）发生率高达9.9%，相应死亡率可增至1.63倍，但临床尚缺乏有效防治措施。“睡眠-觉醒”节律持续偏移是老年POCD的重要诱发机制，Bmal1-Clock和Per-Cry复合体介导的钟基因环路可为节律稳态提供分子基础。我们基于前期研究提出假说：节律蛋白SCOP在老年术后持续表达下降，引起钟基因环路失衡，导致节律偏移介导的老年POCD发生。本课题将对小鼠行SCOP敲除/过表达并培养海马神经元，制备体内外POCD模型，利用睡眠/认知行为学，分子生物，组织化学等技术和方法：1）阐明SCOP对老年术后钟基因反馈环路的调控作用和机制；2）揭示SCOP调控的钟基因环路在“睡眠-觉醒”节律偏移介导的老年POCD中的作用；3）针对SCOP的机制，筛选“睡眠-觉醒”节律的光调节方案。本研究将为揭示老年POCD发生的病理生理机制提供新的理论基础，为光调节治疗策略提供临床转化依据。

老年术后认知功能障碍（POCD）发生率高达9.9%，相应死亡率增高1.63倍，但临床尚缺乏有效防治措施。“睡眠-觉醒”节律偏移是老年POCD的重要诱发机制。SCOP是重要的昼夜节律稳定蛋白。本研究发现，长时间异氟烷麻醉可以抑制年轻小鼠下丘脑视交叉上核SCOP的表达，引发核心钟基因昼夜表达节律紊乱、粗大运动昼夜节律后移、脑电波节律和睡眠结构发生改变。在老年小鼠同样发现这些改变，并且这些改变在老年小鼠的持续时间更长。过表达SCOP可以缓解上述改变，还明显减缓长时间异氟烷麻醉引发的认知功能受损。长时间异氟烷麻醉抑制神经元Ryr-CaMKII-CREB信号通路可能是导致SCOP蛋白表达减少的机制。给予咖啡因激动Ryr受体则可以明显上调SCOP蛋白的表达并改善异氟烷诱发的认知相关蛋白表达下调及认知功能受损。对于星形胶质细胞，长时间异氟烷麻醉抑制SCOP表达则会引发星形胶质细胞核心钟基因昼夜表达节律偏移，促进A1星形胶质细胞的活化，引发神经炎症。过表达SCOP可以有效的抑制A1型星形胶质细胞的活化和神经炎症。衰老是引发POCD唯一确定的独立危险因素，也是“睡眠-觉醒”节律紊乱的高发因素。我们从细胞衰老水平进行了探讨，发现RNA结合蛋白HuR与TERC结合促进端粒酶活性，是减缓细胞衰老的重要机制。下调HuR的表达则会明显抑制核心钟基因的表达。麻醉手术抑制小胶质细胞重要抗衰老分子TREM2的表达，引发小胶质细胞的活化和POCD的发生。调节“睡眠-觉醒“节律的药物和物理疗法：右美托咪定、5-HT7R抑制剂、二甲双胍、蓝光照射治疗和相对觉醒期限制性饮食可以有效的缓解异氟烷麻醉诱发的认知功能受损。这些结果提示：抑制SCOP表达导致“睡眠-觉醒”节律紊乱在POCD的形成过程中起着重要的作用。衰老是诱发“睡眠-觉醒”节律紊乱的重要危险因素。积极调控“睡眠-觉醒”节律可以有效的防治POCD的发生。