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目的:术后认知功能障碍(post-operative cognitive dysfunction POCD)是外科手术麻醉后发生的一种中枢神经系统并发症,表现为患者术后出现认知、定向、思维、记忆以及睡眠等方面的紊乱。与POCD密切相关的因素包括术前年龄、身体状况、酗酒等因素;手术时间、麻醉方式、术中低血压、电解质紊乱等围手术期因素;术后感染、止疼泵等因素。POCD涉及的病理过程,如神经炎症、线粒体功能障碍、氧化应激、血脑屏障损伤、神经营养支持障碍都已经有了大量的研究。在上述机制中神经炎症是目前研究最多的。有大量创伤模型的动物实验证明中枢小胶质细胞活化,伴随大量炎症介质释放,引起啮齿类动物术后学习记忆能力下降。作为POCD的唯一确定危险因素:高龄。也就是衰老,此时机体伴随着蛋白稳态丧失、营养感应改变、细胞器和线粒体损害、细胞衰老,干细胞衰竭以及其他功能障碍。这些变化中的许多变化可能至少部分是由于细胞应激期间基础自噬的恶化和/或正确的自噬通量诱导功能受损有关。近十年来关于自噬在新陈代谢、质量控制、炎症和免疫过程之间的网络和联系的探索,证明自噬是许多人类疾病的关键,包括神经退行性变、肥胖和糖尿病、慢性炎症、癌症、感染和衰老。自噬功能障碍和炎症已被认为与一系列神经退行性疾病的发病过程有关。自噬具有抗炎作用,通过调节先天免疫信号通路和炎性小体活性抑制促炎过程。POCD与神经退行性变阿尔茨海默病(AD)有着相似的分子机制。我们推测,在高龄患者多发的POCD的病理过程中,自噬功能的异常(比如自噬相关蛋白异常)引起中枢神经系统内炎性因子异常增加,必定起着重要的作用。尽管大多数评估自噬在神经变性和衰老中作用的研究都集中在神经元上,但近来的研究表明自噬控制外周和中枢先天免疫巨噬细胞的炎症反应。mTOR是控制自噬的关键靶点,存在于磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)和激酶AKT(AKT)的下游,该通路被神经营养因子和生长因子的受体激活,促进细胞生长、分化和存活,同时下调自噬信号。因此,PI3K/AKT/mTOR通路的激活原则上会促进存活、神经元保护和mTOR激活,抑制自噬。本研究提出与年龄相关的手术创伤引起的认知功能障碍与自噬功能之间的潜在作用:是在神经系统退行性变基础上,由手术创伤进一步加重了老年小鼠学习记忆能力下降,此过程中,伴随着中枢神经系统自噬相关蛋白的下降、炎性因子增加,给与自噬增强剂,逆转了手术引起的老年小鼠行为学异常;探讨了通过抑制PI3K/AKT/mTOR通路增强自噬水平,同样可以改善手术创伤所引起的小鼠学习记忆能力下降。方法:第一部分:手术创伤引起老年小鼠自噬功能改变和学习记忆能力的损害成年和老年C57BL/6J小鼠行部分肝切除术之前6周行腹腔注射雷帕霉素。术后第3、7、14天,对小鼠行旷场实验、Morris水迷宫探索实验。检测海马区自噬相关蛋白atg5,与认知功能有关的p-Tau/Tau及突触素蛋白的表达。PCR测定相关促炎因子IL-1β及自噬相关atg13的mRNA表达水平。第二部分:PI3K/AKT/mTOR信号通路参与调节自噬功能对老年小鼠术后认知功能障碍的作用成年和老年C57BL/6J小鼠行部分肝切除术或部分肝切除术后侧脑室注射LY294002。术后第7天进行旷场实验和Morris水迷宫探索实验。检测海马区相关Atg5、AKT(Ser473)、AKT、mTOR(Ser2448)、mTOR、Synaptophysin、P70S6K(Thr389)、P70S6K、Tau(Ser396)、Tau蛋白的表达,PCR测定Atg5、Synaptophysin的mRNA表达水平。结果:第一部分:自噬在手术创伤引起的老年小鼠学习记忆能力损害中的作用年龄加剧了小鼠术后第3、7天手术诱发的学习记忆能力损伤和自噬水平降低,自噬相关因子atg5、atg13、突触素蛋白水平下降,p-Tau/Tau蛋白升高。炎性细胞因子IL-1βmRNA表达水平增加。腹腔注射注射雷帕霉素可促进自噬,表现为自噬相关因子atg5、atg13增加,同时IL-1β、p-Tau/Tau降低、突触素蛋白增高及改善行为学表现。第二部分:PI3K/AKT/mTOR信号通路参与调节自噬功能对老年小鼠术后学习记忆力损伤中的作用手术创伤后,年龄加重了老年小鼠术后学习记忆力损伤并降低了自噬水平。PI3K/AKT/mTOR通路活化,p-mTOR/mTOR均升高。其下游p-P70S6K/P70S6K水平也相应升高,自噬相关蛋白Atg5下降,影响认知功能的蛋白p-Tau/Tau增加、突触素蛋白水平降低。侧脑室注射PI3K抑制剂LY294002,可降低PI3K/AKT/mTOR通路活化,降低p-mTOR/mTOR、p-P70S6K/P70S6K水平,促进自噬,增加脑内Atg5水平和突触素蛋白水平,减少了p-Tau/Tau,同时改善行为学表现。结论:1.手术创伤引起自噬功能下降和认知功能损害,这种变化在老年小鼠中尤为显著。自噬的降低促进中枢神经系统内炎性因子增加和tau蛋白磷酸化、减少突触素蛋白表达,加重手术创伤引起的老年小鼠的认知损害。雷帕霉素通过促进自噬表达、降低了炎性因子和tau蛋白磷酸化、增强了突触素蛋白改善了手术创伤引起的老年小鼠认知损害。2.PI3K/AKT/mTOR通路通过调节自噬参与了手术创伤引起的老年小鼠的认知损害。抑制PI3K/AKT/mTOR通路活化,增强了自噬水平,减少tau蛋白磷酸化、促进突触蛋白表达来改善手术创伤认知功能下降。