C60-RAPA纳米微球上调自噬和突触CaMKII在改善七氟烷诱导POCD中的作用机制研究

Postoperative cognitive dysfunction (POCD) is a common complication after general anesthesia and surgery in elderly patients, whose clinical manifestations are similar to those of Alzheimer's disease (AD). But its mechanism is not clear. Previous studies have shown that Aβ accumulation can reduce the synaptic CaMKII. Applicants have previously found that rapamycin (RAPA) reverses sevoflurane-blocked "autophagic flux" and decreases Aβ aggregation in the hippocampus, and C60 increase CaMKII transport to synapses. We hypothesize that sevoflurane disrupts “autophagic flux” leading to the accumulation of intracellular Aβ, and the decrease of synaptic CaMKII caused by accumulated Aβ may be the molecular mechanism of POCD; while C60-RAPA drugs may improve general anesthetics-induced POCD by upregulating autophagy and increasing synaptic CaMKII levels. Using sevoflurane as the model anesthesia, this project intends to test mice cognitive function change by Morris water maze, to detect the effect that sevoflurane on "autophagy flux" and Aβ levels by IF, WB, ELISA, to explore the relationship between Aβaccumlation and synaptic CaMKII by adding or clearing Aβ. Finally, we investigate whether C60-RAPA can block sevoflurane-induced POCD, and expect to provide new strategies for the prevention and treatment of POCD.

术后认知功能障碍（POCD）是老年患者全麻术后常见并发症，其临床表现与早期阿尔兹海默症（AD）相似，但确切分子机制不明。既往研究表明，Aβ可减少突触膜上CaMKII。同时，我们预实验发现，雷帕霉素（RAPA）可逆转七氟烷破坏的“自噬流”并减少AD模型小鼠海马Aβ聚集；纳米C60可增加突触CaMKII。我们推测：七氟烷破坏“自噬流”致胞内Aβ积累，进而减少突触CaMKII可能是其诱导POCD的分子机制；而C60载RAPA药物可通过上调自噬和突触CaMKII改善七氟烷诱导的POCD。本课题拟以七氟烷为模式药，通过Morris水迷宫检测老年小鼠空间记忆水平变化；通过IF、WB、ELISA等检测七氟烷对“自噬流”、Aβ水平的影响；通过增加或清除Aβ探讨七氟烷所致Aβ积累与突触CaMKII水平的关系；最后，检测C60-RAPA能否改善POCD，以期为POCD提供新的防治策略。

术后认知功能障碍（POCD）是术后常见并发症，但尚无有效防治手段，发生机制也不完全清楚。临床和基础研究表明POCD与阿尔兹海默病(AD)的发生发展可能具有部分共同的分子机制。故该项目对β淀粉样蛋白(Aβ)与CaMKII在不同麻醉剂诱发POCD中的机制进行全面、深入研究。同时，在临床研究中探究诱发病人术后认知下降的风险因素。研究发现：1. Aβ暴露导致体外原代海马神经元及HT22海马神经元突触磷酸化CaMKIIα水平减少，而纳米C60可逆转上述改变；在体内，纳米C60可增加APP/PS1小鼠海马中突触磷酸化CaMKIIα水平并改善小鼠的空间学习记忆能力；2.麻醉和手术引起小鼠海马Aβ水平显著上升、海马依赖的恐惧记忆受损；而氧化石墨烯（GO）可抑制APP的β剪切并增强了APP的溶酶体降解，从而减少Aβ积累、改善小鼠恐惧记忆；3.镇静剂咪达唑仑可抑制TFEB向细胞核转运，破坏溶酶体稳态并诱发Aβ和脂滴积累，而雷帕霉素可减少咪达唑仑诱发的脂滴积累；4.手术可损害小鼠线索恐惧消退的获得、巩固和提取；5.在老年非心脏手术患者中，术中脑电抑制时间在衰弱—术后谵妄相关性中具有显著的中介效应。该项目通过基础研究，揭示了Aβ与CaMKII在POCD中的重要作用，提示磷酸化CaMKII可能是防治POCD的潜在靶点；创新性的提出碳基纳米药物C60及GO在改善动物受损的认知功能方面具有独特作用，提示C60、GO具有开发防治POCD纳米药物的潜力。通过临床研究，提示减少病人术中脑电抑制时间或可降低POCD发生率。

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