作者：刘军林，刘文捷，南华大学附属第二医院麻醉科；李益，广东医科大学附属医院麻醉科

围术期神经认知障碍(perioperative neurocognitive disorders， PND)是围术期常见的并发症之一，根据临床发病时间先后分为术前即存在的认知功能障碍、术后谵妄(postoperative delirium， POD)、延迟的神经功能恢复、术后神经认知障碍、术后12 个月以上首次被诊断的认知功能减退。

PND 主要表现为学习记忆能力减退、反应执行能力下降、思维定向力障碍、人格改变、社交能力的减退等。在老年患者中，PND 的发病率高达40%~60%，不仅会延长老年患者住院时间、增加医疗费用和围术期其他并发症发病率，还可导致远期认知能力明显下降，痴呆症风险增加以及劳动能力丧失，显著降低老年患者生活质量，增加家庭及社会经济负担，甚至与术后1~2 年的死亡率有相关性，近年来已成为重要的公共卫生问题。

微小RNA(microRNA， miRNA)是一类长度由19~23 个核苷酸组成的单链非编码RNA，它通过与特定靶mRNA 的3'UTR 区域以互补配对的方式结合来抑制mRNA 翻译或者降解，从而调控基因的表达、蛋白质的合成，影响机体各种生理病理过程。大量miRNA 在脑中特异性表达，并在神经系统发育、功能调节、相关疾病发生发展中发挥着关键作用。

miR-124 作为大脑中最丰富的miRNA 之一，在PND、阿尔茨海默病、帕金森病、缺血-缺氧性脑病等神经系统疾病中都异常表达。miR-214-3p 表达上调能预防PND 的发生；miR-572 和miR-218 的异常表达与老年患者术后认知功能障碍( post-operative cognitive dysfunction， POCD)的发生有相关性。miRNA 在PND 中扮演着重要作用，本文对miRNA 在调控PND 中的作用进行综述，旨在为PND 的诊断、预防以及开发该疾病的靶向治疗药物提供参考。

1.miRNA 直接参与调控PND发病过程

miRNA 参与调控中枢神经炎症：麻醉和手术创伤刺激会激活先天性免疫反应，导致免疫失调，并引起局部和全身炎症信号分子的级联反应，循环中的炎性因子可破坏血脑屏障进入大脑并激活小胶质细胞，随后产生大量炎性介质、趋化因子、氧化物质，引起中枢神经毒性反应，最终导致中枢神经炎症和认知功能障碍。

1）调控血脑屏障通透性。血脑屏障由脑毛细血管内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞相互交织作用形成，是存在于血液和大脑之间的一道防线，可以阻止有害物质进入大脑，具有脑保护作用。Bernstein 等研究表明，miR-98 可减少大脑缺血-缺氧损伤后促炎细胞对大脑的浸润，从而降低血脑屏障的通透性。miR-130a-5p 直接靶向负调控紧密连接(zona occludens 1， ZO-1)蛋白抑制血脑屏障损伤。

Wu 等研发了一种纳米探针，可以通过特异性检测大脑微血管内皮细胞中的miR-155，监测血脑屏障通透性的变化，并且发现miR-155 的表达程度与炎症强度直接相关。以上研究均提示，miRNA 能通过增加或减少炎性细胞对大脑的浸润，以及影响紧密连接蛋白、连接黏附分子的表达来调节脑内皮细胞间的连接，从而调控血脑屏障的通透性，在PND 病理生理过程发挥重要作用。

2）调控小胶质细胞活化。小胶质细胞是中枢神经系统中的常驻免疫细胞，占所有脑细胞的10% ~15%，静止状态的小胶质细胞在调节大脑的发育、神经元功能和稳态维持中起着至关重要的作用。但麻醉和手术创伤后，外周炎性因子通过破坏的血脑屏障进入大脑，诱导小胶质细胞活化，大量炎性因子如白细胞介素-1β(interleukin-1β， IL-1β)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha， TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin-6， IL-6)等、趋化因子释放，从而促进神经炎症反应发展。

众多研究已经证实小胶质细胞介导的神经炎症是PND 的关键机制。Korotkou 等研究表明，miR-155 和miR-142 表达增加能促进小胶质细胞的活化和持续的神经炎症反应。动物体内实验研究也证实miR-155 对创伤后认知功能障碍的调控作用，在脑损伤模型侧脑室内注射miR-155 抑制剂后，小胶质细胞的活化明显降低，减轻了创伤后神经炎症反应，能明显改善小鼠的神经功能恢复。

此外，临床中常用的麻醉药物如丙泊酚，可以通过诱导miRNA 表达来抑制小胶质细胞活化，减少炎性因子表达释放，减轻中枢神经炎症反应，从而减少PND 的发生。以上临床研究和动物实验研究均证实，miRNA 在调控小胶质细胞的活化中充当非常重要的角色，这可能是其参与形成神经损伤、认知功能障碍的重要原因。因此，深入探索miRNA 在小胶质细胞中的调控作用，或许对预防、治疗炎症级联反应引起的一系列继发性脑损伤有深远的意义。

3）调控炎性介质表达。研究发现miR-181b-5p可直接靶向结合TNF-α mRNA 的3'UTR 位点。通过抑制炎性因子TNF-α 的表达，减少POCD 的发生。在一项长时间吸入七氟醚与POCD 的相关性研究中，七氟醚明显下调miR-190a-3 表达水平，并且激活NF-κB 信号通路，导致大鼠出现认知功能障碍。

而另一项关于右美托咪定减轻七氟醚神经毒性的研究表明，给大鼠注射右美托咪定后，miR-129 表达上调，通过靶基因分析miR-129 可以直接靶向Toll 样受体4 ( Toll-like receptor-4，TLR4) / 核因子κB(nuclear factor kappa-B， NF-κB)通路，降低炎性因子IL-1β 和IL-6 的表达，从而改善七氟醚诱导的POCD。以上研究提示，miRNA 能通过直接参与调控炎性因子的表达以及介导相关的炎症信号通路，发挥调节神经炎症的作用，从而调控神经认知功能。因此，抑制围术期中枢炎症反应可能对改善PND 有积极的作用。

miRNA 参与调控细胞凋亡：神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位，海马区神经元凋亡是导致神经功能损伤以及认知，障碍的重要病理基础。miR-106a 与细胞凋亡的关键蛋白单丝氨酸蛋白激酶1(LIM domain kinase 1， LIMK1)的3'UTR结合，促进神经元凋亡，致小鼠认知功能障碍。

miR-124 可以抑制半胱氨酸蛋白酶3 ( cleaved-caspase-3)和细胞凋亡调节因子Bax 等促凋亡因子的表达，并增强抗凋亡因子Bcl-2 的表达，从而改善大鼠空间学习记忆能力，显著提高海马神经元活力和凋亡抵抗能力。此外，miR-410-3p 可通过磷脂酰肌醇3 激酶(phosphoinositide 3-kinase， PI3K) / 蛋白激酶B(protein kinase B， AKT)信号通路抑制七氟醚麻醉诱导的海马神经元凋亡，发挥神经保护作用。

以上研究提示，miRNA 可以通过多种机制参与调控神经元凋亡，并且miRNA 与麻醉药导致的术后认知能力下降相关，如何进行干预以减少麻醉药物的神经毒性作用，可能是未来研究的重点。

miRNA 参与调控突触功能：突触是生物体内各个神经元之间传递信息并发放特定指令的关键位点，突触功能障碍是认知障碍和记忆丧失的基础。miRNA 与突触功能的调节关系非常紧密，miRNA 可以通过调控突触的生长和可塑性来影响记忆能力、学习能力以及认知能力。神经细胞粘附分子1(neural cell adhesion molecule 1， NCAM1)在神经细胞形成、突触的生长中起着关键作用，通过下调miR-572 来促进NCAM1 的表达， 可以改善POCD 小鼠术后认知功能恢复。

Lu 等通过基因编辑技术构建miR-218 基因敲除小鼠，发现基因敲除小鼠的认知能力出现明显缺陷，而miR-218 过表达小鼠展现出增强的认知功能，冷冻电镜分析结果中miR-218 敲除小鼠神经元中突触囊泡转运和释放减少，该研究表明miR-218 在海马中通过调节突触功能，最终影响小鼠的认知功能。此外，miR-9-3p、miR-206、miRNA-9-5p 等可通过调控突触数量、突触的生长成熟、突触可塑性以及传递功能等各种方式参与调节认知功能。

miRNA 参与调控氧化应激：手术和麻醉过程中，由于创伤刺激、体温变化、血流动力学波动、氧供需失衡、药物等影响，使机体产生不同程度的氧化应激，过度氧化应激导致活性氧和抗氧化剂之间的失衡是神经元损伤和POCD 发生的关键。氧化应激影响多种miRNAs 的表达水平，miRNAs 也参与调节氧化应激反应，如miR-146、miR-433 被证实参与调控POCD 氧化应激的表达，使海马丙二醛(malondialdehyde， MDA)水平降低、氧化物歧化酶(superoxide dismutase， SOD)水平升高。

此外，Tang 等研究表明，上调miR-215 水平可以通过抑制活性氧(reactive oxygen species， ROS) 的产生和MDA、乳酸脱氢酶的分泌，抑制机体氧化应激水平。在大鼠海马神经元细胞体外脑缺血-缺氧损伤细胞模型中，Yang 等研究表明，右美托咪定通过激活miR-205-5p/ 高迁移率族蛋白B1(high mobility groupbox-1 protein， HMGB1)轴，抑制脑氧化应激和炎症，从而改善脑缺血- 缺氧损伤。以上研究提示，miRNA 调节网络通过调控机体氧化应激水平，影响神经炎症和神经元凋亡，与PND 的发生息息相关。因此，适当调节miRNAs 水平可能会减轻机体氧化应激反应，发挥神经保护作用。

miRNA 参与调控β 淀粉样蛋白沉积：Požgain等临床试验研究发现， 血浆Aβ1-42 浓度与POCD 之间可能存在相关性。一项Meta 分析表明，术前脑脊液Aβ42 水平较低与POD、POCD 发生率较高有关。基础实验研究也表明，敲除miR-155 可以促进小胶质细胞吞噬Aβ 斑块的能力，显著提高小鼠空间认知学习和记忆能力。此外，衰老会导致脑老化，加速Aβ、τ 蛋白等在脑中的病理性沉积；miRNA 作为衰老的调节因子，其中人脐带间充质干细胞的miR-206 低表达可以可重建衰老小鼠海马神经元生理功能，改善D-半乳糖诱导的衰老认知下降。

以上研究提示，麻醉手术后Aβ 蛋白沉积参与早期POCD 的发病机制，而miRNA 通过调控Aβ 蛋白沉积在POCD 病理生理过程发挥重要作用。目前，关于利用miRNA 来治疗阿尔茨海默病的药物研发成果显著，鉴于PND 发病机制与阿尔茨海默病的相关性，未来可以进一步探索miRNA 在PND 治疗中的应用前景。

2.miRNA 间接参与调控PND 发病过程

miRNA 参与调控微生物-肠-脑轴：“微生物-肠-脑轴”是胃肠道和中枢神经系统之间存在的一条信号传导通路，肠道菌群紊乱和POCD 之间有密切相关性，肠道菌群主要通过调节神经、免疫、内分泌、代谢等多种途径调控大脑神经功能。Liu等研究表明，粪便中的miRNA 主要来源于肠道上皮细胞，并且能进入细菌内调节细菌的表达，影响细菌的生长，如miR-515-5p 能促进核梭杆菌的生长，miR-1226-5p 能促进大肠杆菌的生长。而miRNA 通过对肠道菌群调控，不仅仅能维持肠道稳态、调节胃肠道功能，还能对神经认知功能进行调节。

一项关于肠道菌群和miRNA 在轻度认知受损(mild cognitive impairment， MCI) 中的综合作用研究，通过分析对比MCI 患者和健康人群肠道菌群和血清miRNA 表达谱差异，发现肠道内栖粪杆菌属、瘤胃球菌科和另枝菌属丰度显著降低，而变形杆菌属和γ-变形菌属的相对丰度显著升高，且这两种肠道菌的相对丰度与血浆中血let-7g-5p、miR-107、miR-186-3p 表达水平有明显的相关性。

此外，Hoban 等研究表明肠道菌群可能通过影响大脑杏仁核和前额皮质内特定的miRNA 参与小鼠调节情绪及认知能力应答。Mao 等研究表明，益生菌(VSL#3)通过促进miR-146a 表达来改善POCD 并抑制神经元凋亡。虽然有关miRNA-肠道菌群与神经认知功能相关性的临床或基础研究较少，但现有的证据提示miRNA 在微生物-肠-脑轴中发挥一定的作用，其机制可能是miRNA 通过靶向干预特定的肠道菌群、代谢产物；或者是肠道菌群特异性地影响脑中miRNA 表达水平，从而对认知功能进行调节。然而目前具体分子机制尚不明确，未来值得深入探讨。

miRNA 参与调控围术期焦虑和抑郁：术前患者常常因为疾病引起的身体不适、难以适应环境改变，以及对麻醉手术的担忧而产生不同程度的生理和心理应激，导致围术期焦虑和抑郁，老年患者术前焦虑是发生POD 和POCD 的独立危险因素。Maurizio 等总结了多个miRNA 在应激反应以及应激相关的精神障碍中，通过调节神经元结构/ 功能和行为变化，介导大脑对压力的响应。

此外，miR-16、miR-34 家族(包括miR-34a、miR-34b、miR-34c、miR-34s)和miR-135 等多种miRNA 可以调控大脑中5-HT 的传递，在围术期焦虑和抑郁的情绪调节中起着至关重要的作用。目前，关于利用miRNA治疗心境障碍的研究也取得新进展。Luo 等将miR-22-3p 装载到DNA 四面体纳米结构(tetrahe-dralDNA nanostructure， TDN) 中，发现TDN 可以帮助miR-22-3p 穿过血脑屏障和细胞膜，对小鼠的抑郁症状有治疗作用。Mucha 等研究也表明，靶向激活miR483-5p/ Pgap2 神经通路可发挥减轻焦虑的作用。以上研究提示，miRNAs 在焦虑和抑郁的治疗方面具有巨大的潜力。

miRNA 参与调控术后疼痛：疼痛也是POD 和认知下降的独立危险因素。据统计，静息时VAS 疼痛评分每增加1 分，患者术后3 d 发生谵妄的风险将增加1. 2 倍。手术创伤可引起局部或全身炎症反应，使机体释放类前列腺素、白介素、P 物质、组胺、缓激肽、5-羟色胺等物质，通过影响外周感觉神经和脊髓背角神经最终可以导致外周和中枢痛觉敏化，而术后痛觉过敏以及大量炎性介质释放与POD 和POCD 的发生密切相关。

目前关于miRNA 参与调控术后疼痛机制有以下两点：(1)调控炎性疼痛。炎性疼痛是术后急性疼痛的主要原因，Kong 等在胫骨骨折术后疼痛致认知障碍小鼠模型的海马体内注射外泌体miR-124-3p 后，可通过小胶质细胞极化，抑制炎症反应，减轻老年小鼠术后疼痛引起的认知功能障碍。(2)调控神经病理性疼痛。神经病理性疼痛一般继发于神经损伤，与术后持续的慢性疼痛有关。

Simeoli 等研究表明，神经损伤后该区域的疼痛神经元会释放出含有miR-21 的细胞囊泡，最终导致神经病理性疼痛，进一步给小鼠鞘内注射miR-21 抑制剂和选择性地敲除miR-21 基因后，可减少小鼠神经性超敏反应。此外，李萌等临床试验表明，miR-132 和miR-34a 通过转录后调控因子蛋白的表达，参与调节神经病理性疼痛。炎症、疼痛和神经认知损伤在生物化学基础上紧密联系，miRNA 作为重要的调控因子，可能存在一些共同的靶基因通路，可以同时调控疼痛和认知功能，寻找相关通路并进行干预或许可以预防疼痛诱发的PND。

3.小结

PND 发生机制复杂，涉及多种通路，虽然目前研究取得了进展，但是具体的分子机制、信号通路仍有待进一步研究证实，PND 的诊断和防治仍是国际上研究的难点问题。miRNA 作为神经系统发育和功能调节的关键基因表达调控因子，可以通过参与调控血脑屏障通透性、小胶质细胞活化、炎性介质表达、突触功能调节、神经元细胞凋亡、氧化应激、Aβ 蛋白沉积等，直接参与PND 发生发展过程；同时，miRNA 还通过参与调控微生物-肠-脑轴、围术期焦虑抑郁、睡眠，以及术后疼痛间接影响PND的发生。

目前，单一标志物用于预测或者诊断老年患者的POD 或POCD，在临床上尚且难以实现。未来的研究可以探索miRNA 的功能和调控机制，以及他们与其他生物标志物的相互作用；通过动物模型和临床试验验证miRNA 作为早期诊断和治疗靶点的可行性和有效性，以期构建miRNA 谱，提高术前评估预测或术后随访诊断认知能力的敏感性和特异性。进一步的研究还可以继续探索miRNA 在PND 治疗中的应用前景，通过调节miRNA 表达来干预神经病理过程、抑制麻醉药物的神经毒性作用、利用相关特异性载体传递miRNA 靶向损伤区域，也为PND提供了治疗前景。

来源：刘军林,李益,刘文捷.微小RNA参与调控围术期神经认知障碍的研究进展[J].临床麻醉学杂志,2024,40(10):1079-1084.

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