HDAC6在术后认知功能障碍中的作用及其机制研究

HDAC6 is picked out from many histone deacetylases(HDACs) in our primary experiments, whose increased expression is closely associated with postoperative cognitive dysfunction(POCD)of aged rats. We also have investigated the possible transfactors and their binding sequences of HDAC6 by bioinformatics analysis. And we have checked the information of these trasnfactors in Pubmed. Combining the information of transfactors with pathologic mechanism of POCD, we think that transfactor STAT1 plays important roles at modulating HDAC6 expression. Thus we further detect the action of STAT1. Increased action of STAT1 is detected at hippocampus of aged rats after surgery, corresponding to the impairment of cognitive function. Based on these above, we suppose that surgery induces POCD by activating STAT1, then increasing HDAC6 expression and impairing the synaptic plasticity of neurons. In the study, we will detect: 1) the roles of HDAC6 in POCD and the effects of HDAC6 on synaptic plasticity of neurons, 2) the direct modulation of transfactor STAT1 to HDAC6 expression. Our study will be useful for 1）taking clinical new drugs into the prevention and treatment of POCD， 2）breaking the ice of no drug for prevention and treatment of POCD, and 3) forming a new method of prevention and treatment of POCD targeting at multiple pathological aspects.

我们在前期工作中率先从多个组蛋白去乙酰化酶（HDACs)中筛选出HDAC6，并证明其表达上调与老年大鼠术后记忆损伤密切相关。通过生物信息学方法,我们对HDAC6的转录因子及其结合序列进行了预测，结合pubmed文献检索结果、已经报道的术后认知功能障碍 (POCD)的发病机理，我们推测在POCD病理条件下转录因子STAT1对HDAC6的表达起关键的调控作用。我们预实验也证明术后STAT1活化显著增加。因此，本项目提出"手术通过活化STAT1,上调 HDAC6的表达, 后者损伤了神经元的突触可塑性,进而导致POCD"的科学假设。围绕假说,我们将检测：①HDAC6在POCD中的作用及其对突触可塑性的影响；② 转录因子STAT1对HDAC6表达的直接调节作用。这些结果将有助于一些成熟的临床新药及时引入POCD的防治，打破当前POCD防治无药可用的困境，开辟出一种针对POCD多个病理环节的治疗手段。

本研究主要围绕POCD以及脓毒症脑病中的脑功能损伤机制以及对应的治疗手段。主要探索了：1）HDAC6 在POCD发生发展中的作用及其机制，2）围术期外周血HMGB1导致POCD的机制， 3）AMPK在POCD发生发展中的作用和机制，4）焦亡与POCD发生发展的关系和机制， 5）miR-124与正常脑老化和散化性AD的关系及其机制， 6）NMDA受体与脓毒症脑病的关系，7）β-羟丁酸对脓毒症脑病的防治作用及其机制。.发现：1）老年大鼠术后内侧前额叶（mPFC）至背侧海马的联系损伤、HDAC6和AMPK活性的上调，抑制HDAC6能显著改善老年大鼠的POCD。2）发现外周静脉给予HMGB1的中和抗体能显著改善老年大鼠术后认知功能障碍，其作用机制与抑制神经炎症、增加记忆相关蛋白NMDAR和p-CREB的表达有关，与HMGB1的胞核胞浆转位无关。3）发现麻醉和手术可以年龄依赖的方式活化海马AMPK； 抑制围术期AMPK活化可改善POCD，同时减轻术后神经炎症、NR2B和p-NR2B丢失、Tau和p-Tau的增加。4）抑制焦亡相关蛋白RIPK1活性可显著改善POCD，减轻术后神经炎症、焦亡、GluA1丢失。5）正常老年和散发性AD时，脑内miR-124进行性丢失.而miR-124敲除复制脑老化和散发性AD的核心表型---如学习记忆障碍、神经元和突触丢失、神经炎症、LTP损伤、LTD出现。RYR3是miR-124的直接下游靶点，抑制RYR3可部分逆转miR-124敲除诱导的表型。6）在脓毒症导致的脑功能损伤中，与突触可塑性相关的受体通道GluN2A, GluN2B 和 GluN1的mRNA和蛋白水平都有显著下调，腹腔膜内注射NMDA受体的激动剂D-serine能够缓解脓毒症脑病中的神经炎性，神经可塑性损伤和认知损伤。7）系统性给予β-羟丁酸能够显著降低脓毒症导致的死亡率，并且改善外周和中枢炎症，以及改善认知损伤，而β-羟丁酸的这种脑保护作用，主要通过HCA2 （β-羟丁酸受体）和 MCT2（β-羟丁酸转运体）来起作用。