NaB/GPR41/β-catenin信号通道调控的血脑屏障内皮细胞紧密连接参与肠道菌群干预POCD的机制

The mechanism of postoperative cognitive dysfunction (POCD) of the aged is not completely clear. Increased permeability of blood brain barrier (BBB) which results in postoperative CNS inflammation is regarded as one major pathomechanism. The reduction of beneficial gut microbiome due to aging results in discounted production of short chain fatty acid (SCFA). However, sodium butyrate (NaB), one major composition of SCFA, can increase BBB compactness in brain injury model, so as to exert neuroprotective function. Our previous researches showed that endothelial cells (ECs) of brain blood vessel expressed NaB receptor GPR41; When aged mice were supplemented with probiotics/NaB, the tight junction (TJ) protein expression between ECs increased apparently; The BBB permeability decreased; Postoperative cognitive function of aged mice improved.We suppose that: The NaB/GPR41/β-catenin signal pathway modulate the TJ between ECs in brain vessels which may participate in the beneficial effect of gut microbiome on POCD. The present research is to investigate the mechanism of NaB/GPR41/β-catenin signal pathway in mediating the modulation of gut microbiome on BBB blood vessel ECs tight junction in vitro and in vivo by means of gene knockout, gene silencing, etc. Meanwhile the present research is to reveal a new mechanism of POCD and provide a new target and clue for the treatment and prevention of POCD.

老年术后认知障碍（POCD）机制不完全明确。血脑屏障（BBB）通透性增高，导致术后CNS炎症是引起POCD的一个主要病理机制。老龄伴随着肠道有益菌群减少，导致短链脂肪酸（SCFA）生成降低，而SCFA中的重要成分：丁酸钠（NaB），可增强脑损伤模型的BBB紧闭性，发挥神经保护作用。我们前期研究发现脑血管内皮细胞（ECs）上表达NaB受体GPR41，给予老龄小鼠补充肠道益生菌/NaB后，ECs间紧密连接（TJ）蛋白表达增高，BBB通透性降低， POCD显著改善。我们推测：NaB/GPR41/β-catenin信号通道调节BBB ECs间TJ，参与益生菌干预POCD的保护作用。本项目拟通过基因敲除、沉默等方法，在体、离体研究NaB/GPR41/β-catenin信号通道介导肠道菌群调控BBB ECs间TJ的分子机制，揭示POCD 的一个新机制，为采用益生菌预防和治疗POCD提供理论依据。

老年术后认知障碍（POCD）机制不完全明确。血脑屏障（BBB）通透性增高，导致术后CNS炎症是引起POCD的一个主要病理机制。老龄伴随着肠道有益菌群减少，导致短链脂肪酸（SCFA）生成降低，而SCFA中的重要成分：丁酸钠（NaB），可增强脑损伤模型的BBB紧闭性，发挥神经保护作用。但该现象的潜在机制尚不清楚。..本研究采用了老龄小鼠、抗生素诱导的青年小鼠菌群失调模型以及GPR41基因敲除小鼠，给与补肠道益生菌或其代谢产物NaB，侧脑室注射人重组Norrin，通过评估术后认知功能，BBB渗漏情况，BBB血管ECs间紧密连接（TJ）蛋白及相关基因产物表达的变化，研究益生菌和其代谢产物NaB对BBB紧闭性，术后认知功能的影响。在细胞层面，采用GPR41基因沉默细胞系，给予过表达Norrin、GPR41特异性阻断剂及NaB干预，从分子生物学及超微结构层面研究和探索介导该影响的受体及其相应的信号转导通路。..老龄小鼠，菌群失调青年小鼠BBB紧密连接结构受损；麻醉和手术可引起该动物模型空间学习记忆功能受损，补充益生菌合剂或其代谢产物NaB可显著BBB TJ蛋白的表达，增加BBB紧闭性，提高其空间学习记忆能力。细胞学研究发现，NaB可上调永生化人脑微血管内皮细胞株β-catenin的下游TJ相关信号分子的表达，并激活经典Wnt信号通道，改善细胞间TJ超微结构。而在GPR41基因沉默细胞系无此现象发生。..本项目发现了肠道菌群或NaB引起的BBB紧密连接改变可能是造成老龄鼠POCD的原因。随后又通过基因敲除，基因沉默等方法探索了该现象的机制。本项目对于探讨衰老相关的CNS功能退行变提供了新思路；为老年患者POCD的预防和治疗提供了新策略，即：可采用肠道菌群调节剂进行老年患者围术期BBB屏障功能优化，预防并辅助治疗POCD。