通过药物抑制乳酸生成可减轻术后认知功能障碍

《Experimental Gerontology》：Pharmacological suppression of lactate mitigates postoperative cognitive dysfunction

　　术后认知功能障碍（POCD）的乳酸代谢调控机制及SNAP25介导的线粒体自噬与炎症小体抑制途径研究。通过抑制乳酸生成与转运发现其可改善POCD，并揭示SNAP25在调节PINK1线粒体自噬和抑制caspase-3/GSDME炎症通路中的关键作用。

　　

魏王|宋文琴|龚平|卜学山|张雷|赵波

武汉大学人民医院麻醉科，中国武汉430060

摘要

海马体从氧化磷酸化代谢重编程为糖酵解是术后认知功能障碍（POCD）的病理特征。然而，术后创伤后乳酸水平升高与认知缺陷之间的关系仍需进一步阐明。在建立POCD模型之前，通过腹腔注射给予乳酸脱氢酶A（LDHA）抑制剂草酰胺（OXA）和乳酸转运蛋白抑制剂α-氰基-4-羟基肉桂酸（4-CIN）。使用重组腺相关病毒9（AAV9）-Syn敲低突触体相关蛋白25（SNAP25），以研究神经元特异性SNAP25缺失是否会影响OXA介导的表型。异氟醚麻醉和无菌剖腹手术后，海马体和海马神经元中乳酸积累。OXA和4-CIN均能减轻由麻醉和手术引起的认知障碍，增强SNAP25、PINK1和LC3B蛋白的表达，增加树突棘密度和突触后密度，并减少与焦亡相关的因子，包括切割的caspase-3、N-GSDME、IL-1β和IL-18。SNAP25敲低作用抵消了OXA对认知功能的积极作用，表现为突触可塑性受损、PINK1介导的线粒体自噬不足以及caspase-3/GSDME介导的焦亡激活。我们的研究结果表明，药物抑制乳酸可能成为治疗POCD的一种新的神经保护策略。

引言

术后认知功能障碍（POCD）是指记忆、注意力和信息处理的急性或持续性恶化，主要影响老年手术患者（He等人，2024；Thedim和Vacas，2025）。这种情况引起了越来越多的关注，因为它不仅严重影响患者的术后生活质量，还给医疗系统带来了巨大负担（Boone等人，2020）。其病因和发病机制很复杂，涉及多种因素，如神经炎症、线粒体自噬异常、铁积累、焦亡和突触可塑性受损（Bu等人，2024a；Kong等人，2024；Li等人，2024；Wang等人，2023c；Wu等人，2024a）。值得注意的是，突触可塑性的抑制是学习和记忆能力下降的核心原因（Mayne和Burne，2019）。因此，开发促进突触可塑性的辅助神经保护策略对于对抗POCD至关重要。

突触可塑性是指神经元网络的活动依赖性重塑和重组，包括突触的加强或减弱，以及突触的重建或去除。研究表明，突触可塑性是学习和记忆的基础（Ho等人，2011；Magee和Grienberger，2020；Mattson和Leak，2024）。异氟醚麻醉和胫骨骨折髓内固定导致的认知恶化与树突棘密度降低和海马场兴奋性突触后电位斜率降低有关（Wu等人，2024a）。突触体相关蛋白25（SNAP25）属于可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着受体（SNARE）复合体成员，该复合体调控神经递质释放、囊泡运输和突触可塑性（Rizo，2022；Wang等人，2014）。SNAP25缺乏的小鼠在海马CA1区的树突棘密度和长时程增强（LTP）减弱（Yang等人，2023）。我们之前的研究表明，SNAP25沉默会破坏线粒体外膜上的PTEN诱导激酶1（PINK1），从而影响Parkin向线粒体的募集。SNAP25过表达通过促进PINK1介导的线粒体自噬来抑制caspase-3/GSDME的激活，从而缓解POCD（Wang等人，2023b）。

乳酸已被证明是一种具有代谢活性的信号分子，而不仅仅是糖酵解的副产物。然而，它在突触可塑性和认知功能中的作用仍存在争议。在生理状态下，高糖酵解活性的星形胶质细胞通过单羧酸转运蛋白（MCTs）将乳酸直接输送到邻近神经元，以维持神经可塑性（Monsorno等人，2023）。运动期间，海马体中的乳酸浓度可升高至1.2 mM，从而促进啮齿动物的神经发生、神经可塑性和记忆形成（Cunnane等人，2020；El Hayek等人，2019）。相反，长期和过量的L-乳酸摄入会破坏APP/PS1小鼠的突触可塑性并加重认知缺陷（Yang等人，2024）。在戊巴比妥麻醉下进行探索性剖腹手术的大鼠海马体中，乳酸浓度显著降低（Chen等人，2020）。然而，对老年小鼠进行七氟醚麻醉和颈动脉暴露后，海马组织的代谢组分析显示氧化磷酸化减弱而糖酵解增强（Luo等人，2021）。腹腔注射糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）可缓解手术创伤引起的术后认知缺陷（Luo等人，2021）。在临床实践中，高乳酸血症被认为与重症患者的较高死亡率相关（Zhou等人，2017）。值得注意的是，长期L-乳酸处理的小鼠表现出学习和记忆能力下降，以及海马SNAP25表达和神经元L-乳酸-丙酮酸转化减弱（Xie等人，2024）。这些看似矛盾的效果可能取决于多种因素，包括乳酸浓度、暴露时间和细胞来源。

在这里，我们试图确定乳酸是否以SNAP25依赖的方式影响术后认知能力。鉴于SNAP25通过增强PINK1依赖的线粒体自噬和抑制caspase-3/GSDME依赖的焦亡具有神经保护作用（Wang等人，2023b），我们进一步研究了乳酸对神经元线粒体自噬和焦亡的影响。

实验动物和试剂

从湖北省预防医学科学院购买了12个月大的无特定病原体的雄性C57BL/6小鼠（28–32克）。动物在标准实验室条件下（22–25°C，50%湿度，12小时光照/黑暗周期）适应一周，并可自由摄取食物和水。所有动物实验均获得了武汉大学人民医院医学伦理委员会的批准，符合美国国立卫生研究院的护理指南。

麻醉和手术导致乳酸积累和丙酮酸减少

为了确定异氟醚和手术创伤对术后认知功能的影响，在手术后的4–13天进行了开放场地测试、新物体识别测试和Morris水迷宫测试。在麻醉或手术过程中，没有动物出现缺氧（脉搏氧饱和度<90%）。异氟醚麻醉和剖腹手术未影响啮齿动物的运动能力，表现为移动距离和中央区域停留时间无统计学差异。

讨论

我们的研究将乳酸积累与麻醉和手术引起的神经认知缺陷联系起来。我们观察到，在接受异氟醚和剖腹手术处理的小鼠海马体和海马神经元中乳酸过度积累。用草酰胺抑制乳酸生成，并用4-CIN阻碍乳酸进入神经元，可以增强SNAP25表达，改善POCD、突触损伤、PINK1依赖的线粒体自噬不足和过度活跃的

伦理批准和参与同意

实验动物研究的方案已获得武汉大学人民医院医学伦理委员会的批准。

出版同意

不适用。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82571512）、湖北省自然科学基金（项目编号2023AFB714，2024AFB780）以及湖北省卫生健康和计划生育科学研究项目（项目编号WJ2023F024，WJ2025M128）的支持。

CRediT作者贡献声明

魏王：撰写——原始草案、可视化、验证、方法学、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。宋文琴：撰写——原始草案、可视化、验证、方法学、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。龚平：撰写——原始草案、软件、资源、方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化。卜学山：研究、正式分析

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

不适用。