《Brain Research》：Inhibition of the IRE1α/ASK1/JNK signaling pathway ameliorates perioperative neurocognitive disorder in aged mice following abdominal surgery
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张文文|刘慈宝|徐如坤|李子轩|徐雅洁|尹家琳|韩峰|孟青海|段曼琳|张志远|王晓亮中国南京医科大学南京第一医院麻醉学、围手术期与疼痛医学科摘要背景围手术期神经认知障碍（PND）是一种常见的术后并发症，尽管其病理生理机制尚未完全明了。肌醇依赖性酶1α（IRE1α）是一种内质网（E
张文文|刘慈宝|徐如坤|李子轩|徐雅洁|尹家琳|韩峰|孟青海|段曼琳|张志远|王晓亮
中国南京医科大学南京第一医院麻醉学、围手术期与疼痛医学科
摘要
背景
围手术期神经认知障碍（PND）是一种常见的术后并发症，尽管其病理生理机制尚未完全明了。肌醇依赖性酶1α（IRE1α）是一种内质网（ER）膜传感器，通过内质网应激参与认知障碍的发病机制。然而，它与PND之间的关系仍不清楚。本研究旨在探讨IRE1α是否通过手术诱导的内质网应激导致PND。
方法
采用腹部手术模型来研究手术对小鼠海马体的影响。进行了行为测试、海马组织mRNA测序、蛋白质检测、尼氏染色、免疫组化染色和电子显微镜观察。手术组的老化小鼠接受了IRE1α抑制剂的腹腔注射。
结果
主要在老化小鼠中观察到手术引起的认知障碍。手术诱导的内质网应激与IRE1α/ASK1/JNK通路的激活、小胶质细胞活化增强、炎症因子释放增加以及线粒体损伤有关。IRE1α抑制剂的治疗改善了这些结果。
结论
手术诱导的内质网应激与老化小鼠的IRE1α过度激活和术后认知障碍有关。抑制IRE1α/ASK1/JNK通路可减轻术后神经炎症、线粒体病变和小胶质细胞活化，从而改善老化小鼠的术后认知功能。
引言
围手术期神经认知障碍（PND）是全身麻醉和手术后常见的神经系统并发症，尤其是在老年患者中（Li等人，2022年）。其主要表现为麻醉和手术后记忆、理解力和注意力的下降，这严重影响了接受手术患者的生活质量（Zeng等人，2023年）。近年来，神经炎症已成为研究PND发病机制的重点，越来越多的证据证实了其在PND发展中的关键作用（Li等人，2022年；Liu等人，2023年；Cheng等人，2022年）。海马体小胶质细胞的活化是神经炎症的主要来源（Liu等人，2021年）。手术创伤可导致海马体小胶质细胞过度活化，这些细胞从静止的分支形态转变为活化状态，并分泌促炎细胞因子（Feng等人，2017年）。小胶质细胞与认知功能密切相关；活化的小胶质细胞可释放炎症介质并引发神经毒性反应，导致突触功能障碍，最终导致认知障碍（Liu等人，2021年；Gao等人，2023年），这与全身麻醉和手术引起的神经炎症机制一致（Vutskits和Xie，2016年）。因此，减少术后小胶质细胞活化及神经炎症已成为预防和治疗PND的主要策略。
内质网（ER）应激是当蛋白质折叠需求增加时发生的细胞反应，通常由多种外部因素触发，如钙调节紊乱和炎症刺激（Zhang和Kaufman，2008年）。内质网中过度的蛋白质折叠需求会导致活性氧的积累和钙及氧化还原平衡的破坏，进而引发炎症和线粒体损伤（Zhang和Kaufman，2008年；Lin等人，2019年）。肌醇依赖性酶1（IRE1）是一种具有RNA内切酶活性和丝氨酸/苏氨酸激酶活性的I型跨膜蛋白（Langlais等人，2021年）。它是内质网应激最保守的传感器之一，在应激信号转导中起关键作用（Koizumi等人，2001年；Mori，2022年）。IRE1有两种亚型：IRE1α和IRE1β；前者在哺乳动物中广泛表达，而后者主要在胃肠道细胞中表达（Duran-Aniotz等人，2017年）。在ER应激期间，IRE1α可因未折叠蛋白质负荷增加而被激活，从而导致中枢神经系统的神经元损伤（Yang等人，2024年；Jing等人，2022年）。IRE1的RNase活性在小胶质细胞介导的神经炎症中起关键作用，其过度激活会导致促炎细胞因子的持续释放，从而引发神经炎症状态（Jing等人，2022年；Liu等人，2013年）。此外，IRE1的激酶结构域通过与TNF受体相关因子2（TRAF2）和凋亡信号调节激酶1（ASK1）的相互作用激活c-Jun N末端激酶（JNK）（Kato等人，2012年）。
作为内质网应激的传感器之一，IRE1α信号通路与多种中枢神经系统疾病和与衰老相关的认知功能障碍有关，最近的研究强调了这一点（Cong等人，2025年）。有充分的证据表明，IRE1α信号通路与多种神经系统疾病有关，包括阿尔茨海默病、亨廷顿病和其他神经退行性疾病，在这些疾病中它起着重要作用（Duran-Aniotz等人，2017年；Hetz和Saxena，2017年）。然而，尚不清楚手术刺激是否通过持续激活IRE1α影响术后认知功能。
目前尚不清楚IRE1α是否促进促炎信号的释放，从而激活小胶质细胞，增强其促炎表型，并最终导致老化小鼠的认知障碍。鉴于这一研究空白，本研究旨在探讨IRE1α是否参与术后认知功能障碍的发展，并阐明其潜在的机制。
章节片段
动物
从南京医科大学动物中心获得了30只16个月大的雄性C57BL/6小鼠和20只6-8周大的雄性C57BL/6小鼠。动物在22°C、40-60%湿度和12小时光照/黑暗周期的受控条件下饲养，可自由获取食物和水。小鼠饲养在尺寸为375毫米×270毫米×160毫米的笼子中，笼子底面积约为1012.5平方厘米，高度为16.0厘米。每个笼子最多饲养10只小鼠。
腹部手术会导致老化小鼠的术后认知功能障碍
为了确定腹部手术是否会导致术后认知功能障碍，对年轻和老化小鼠进行了行为评估。手术后的第八天，使用MWM测试来评估小鼠的学习和记忆能力。在术后第8天到第12天的学习阶段，记录了每组小鼠找到隐藏平台所需的平均潜伏时间（图1A和B）。术后第13天的探针测试显示，手术并未显著改变MWM
讨论
我们的研究结果表明，麻醉和腹部手术引起的刺激与内质网应激和IRE1α过度激活有关。这一过程伴随着ASK1/JNK的下游磷酸化、炎症介质表达增加、线粒体损伤、小胶质细胞过度活化以及促炎表型的增加。这些发现表明，IRE1α/ASK1/JNK通路的激活与术后认知障碍有关。
结论
我们的研究表明，手术诱导的内质网应激通过激活IRE1α/ASK1/JNK通路促进小胶质细胞过度活化，导致炎症介质的释放，进而引发神经炎症和术后认知功能障碍。抑制IRE1α可能通过减轻神经炎症来改善术后认知功能。
CRediT作者贡献声明
张文文：撰写——原始稿件、可视化、实验研究。刘慈宝：撰写——原始稿件、可视化、实验研究。徐如坤：撰写——原始稿件、可视化、实验研究。李子轩：可视化、实验研究。徐雅洁：可视化、实验研究。尹家琳：实验研究、数据管理。韩峰：方法学、数据分析。孟青海：方法学、数据分析。段曼琳：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。张志远：
资助
本研究得到了江苏省中医药科学技术发展项目（MS2023059）和南京市卫生健康委员会研究项目（YKK24115）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢实验室所有成员的技术支持。
伦理批准和参与同意
所有实验程序，包括动物饲养和实验方案，均符合美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南，并得到了南京第一医院动物护理和使用委员会的批准，动物伦理批准号为DWSY-23027331。机构动物伦理批准文件已提供。
