彭觀發(fā) 王力峰 鐘茂林 梁偉東 葉軍明

1贛南醫(yī)學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院/附屬醫(yī)院（江西贛州 341000）；2贛南醫(yī)學(xué)院（江西贛州 341000）

術(shù)后認(rèn)知功能障礙（post operative cognitive dysfunction，POCD）是外科手術(shù)后常見的并發(fā)癥，主要表現(xiàn)為精神錯亂、焦慮、人格的改變以及記憶受損［1］。POCD 在老年人和有神經(jīng)認(rèn)知障礙的患者中較為常見，根據(jù)國際術(shù)后認(rèn)知功能障礙研究小組（ISPOCD）的研究，老年患者術(shù)后7 d POCD 的發(fā)病率約為25.8%，術(shù)后3 個月內(nèi)約為10%。POCD可能導(dǎo)致長期嚴(yán)重的認(rèn)知缺陷，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，影響整體的發(fā)病率和死亡率，同時增加醫(yī)療費用，給患者和社會帶來沉重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。隨著我國老齡化社會的到來，越來越多的老年患者接受手術(shù)治療，POCD 的發(fā)病人數(shù)逐年增多，對我國醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)造成的負(fù)擔(dān)也在相應(yīng)地增加。POCD 的確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚，目前還沒有確切有效的治療方法，因此，闡明POCD 的發(fā)病機(jī)制一直是圍術(shù)期醫(yī)學(xué)研究的熱點。

非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）是一類不具備蛋白編碼能力的RNA 分子，主要包括微小RNA（microRNA，miRNA）、長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）、環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）。ncRNA 雖然不參與蛋白質(zhì)的編碼過程，然而通過深入研究發(fā)現(xiàn)，ncRNA 可以通過調(diào)控基因表達(dá)程序來調(diào)節(jié)細(xì)胞功能［2-3］。ncRNA 通過它們的一級序列和結(jié)構(gòu)元件與DNA、RNA 和蛋白質(zhì)相互作用，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的各種生命過程，包括基因轉(zhuǎn)錄、RNA 代謝、mRNA 翻譯和蛋白質(zhì)組裝［4］。研究發(fā)現(xiàn)，ncRNA 在細(xì)胞增殖、凋亡、自噬、分化、遷移和侵襲等關(guān)鍵過程的調(diào)控和執(zhí)行中起著至關(guān)重要的作用［5-6］。近年來大量研究表明，ncRNA 參與了多種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程［7］。越來越多的實驗結(jié)果表明，ncRNA 與POCD 的發(fā)病密切相關(guān)，ncRNA 參與了POCD 的發(fā)病過程。本文對ncRNA 在POCD 中的作用進(jìn)行總結(jié)，以期為POCD的防治提供新的思路。

1 miRNA 在POCD 發(fā)病過程中的作用

1.1 miRNA概述 miRNA是一類由基因編碼的長度為21 ～24 nt 的非編碼小分子RNA［8］。miRNA能夠識別目標(biāo)mRNA 的3′非翻譯區(qū)（3′UTR）中的互補(bǔ)序列，從而導(dǎo)致目標(biāo)mRNA 的翻譯抑制或降解，進(jìn)而實現(xiàn)對目標(biāo)基因的表達(dá)調(diào)控［9］。通過對靶mRNA 的作用，miRNA 在調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、神經(jīng)細(xì)胞分化、突觸可塑性等過程中發(fā)揮重要作用［10］。中樞神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡被認(rèn)為是導(dǎo)致POCD 的主要原因，近年來研究發(fā)現(xiàn)miRNA 參與了這些過程的調(diào)控［11-12］。對miRNA 進(jìn)行深入研究將有助于進(jìn)一步理解POCD 發(fā)病機(jī)制和研發(fā)新的治療藥物。

1.2 miRNA 參與中樞神經(jīng)炎癥 中樞神經(jīng)炎癥水平的增加是導(dǎo)致POCD 的主要原因。研究［13］發(fā)現(xiàn)，miR-181b-5p 在POCD 小鼠海馬中的表達(dá)下調(diào)，向POCD 小鼠海馬內(nèi)注射miR-181b-5p 的模擬物可以有效減輕中樞神經(jīng)炎癥水平，提高其在恐懼箱中的凍結(jié)時間，通過雙熒光素酶報告實驗檢測發(fā)現(xiàn)，miRNA-181b-5p 可直接靶向TNF-α mRNA 的3′UTR。由此可知，miR-181b-5p 通過抑制炎癥因子TNF-α 的表達(dá)，調(diào)控中樞炎癥水平，進(jìn)而改善POCD。miRNA 不僅直接調(diào)控炎癥因子的表達(dá)，也參與調(diào)控炎癥相關(guān)的信號通路。TLR4/NF-κB 通路是經(jīng)典的促炎信號通路，活化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子核因子-κB（NF-κB）可從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入到細(xì)胞核中并促進(jìn)炎癥因子白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，增加中樞神經(jīng)炎癥水平。最新的研究［14］發(fā)現(xiàn)，miRNA-129 可以直接靶向Toll 樣受體4（TLR4）進(jìn)而抑制NF-κB 通路，降低炎癥因子IL-1β和IL-6 的mRNA 和蛋白表達(dá)，并且提高POCD 大鼠在水迷宮中穿越平臺的次數(shù)和降低逃逸潛伏期，改善七氟烷誘導(dǎo)的大鼠認(rèn)知功能障礙，提示靶向miRNA-129 可能是改善認(rèn)知功能的潛在靶點。以上研究表明，miRNA 參與了中樞神經(jīng)炎癥的調(diào)控過程，靶向miRNA 可能是治療POCD 的新靶點。

1.3 miRNA 參與細(xì)胞凋亡 近年來研究發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)神經(jīng)元的凋亡是導(dǎo)致POCD 的重要原因之一。有研究指出，麻醉和（或）手術(shù)誘發(fā)抗凋亡蛋白B 細(xì)胞淋巴瘤-2（Bcl-2）和促凋亡蛋白Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bax）的比例失衡并促使細(xì)胞色素C（cytc-c）從線粒體釋放到胞漿中，導(dǎo)致凋亡小體的形成和半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）的激活，并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［15］。單絲氨酸蛋白激酶1（LIMK1）是抑制絲切蛋白（Cofilin）介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵蛋白［16］。ZHANG 等［17］研究發(fā)現(xiàn)，miR-106a 可以與LIMK1 的3′UTR 結(jié)合，海馬內(nèi)注射miR-106a 的抑制劑可提高POCD小鼠LIMK1和Bcl-2的水平，降低Bax 和caspase-3 的表達(dá)水平，并增加POCD 小鼠在水迷宮測試中目標(biāo)象限的停留時間。由此可知，miR-106a 通過直接調(diào)控細(xì)胞凋亡過程中的關(guān)鍵蛋白LIMK1 在異氟醚麻醉誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙中起重要作用。miRNA 不僅可以直接調(diào)控細(xì)胞凋亡，也可以通過調(diào)控炎癥信號通路間接調(diào)控細(xì)胞凋亡。ZHAO 等［18］研究發(fā)現(xiàn)，七氟醚處理可抑制小鼠海馬神經(jīng)元中miR-124 的表達(dá)；過表達(dá)miR-124 可以提高Bcl-2 的表達(dá)水平，降低Bax 和caspase-3 的表達(dá)水平，抑制細(xì)胞凋亡水平。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-124 通過靶向鈣蛋白酶小亞基1（Capn4）和NF-κB 信號通路來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，提示miR-124 可能通過抑制炎癥信號通路進(jìn)而抑制七氟烷誘導(dǎo)的小鼠認(rèn)知功能障礙。由此可知，miRNA 通過調(diào)控細(xì)胞凋亡在POCD 的發(fā)病過程中起重要作用。

1.4 miRNA 參與氧化應(yīng)激 POCD 的發(fā)生發(fā)展與氧化應(yīng)激損傷密切相關(guān)。機(jī)體在受到手術(shù)創(chuàng)傷后會產(chǎn)生大量的活性氧（ROS），這些ROS 可作用于線粒體膜磷脂發(fā)生過氧化反應(yīng)，致使呼吸鏈復(fù)合體功能失調(diào)；同時ROS 還可攻擊體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的凋亡［19］。丙二醛（MDA）是脂質(zhì)氧化終產(chǎn)物，反映機(jī)體脂質(zhì)過氧化的程度，標(biāo)志著氧化應(yīng)激水平的高低，而超氧化物歧化酶（SOD）是抵御線粒體過度產(chǎn)生ROS 及MDA 等產(chǎn)物所造成損害的第一道防線，是清除自由基的關(guān)鍵酶［20］。近年來研究發(fā)現(xiàn)，miRNA 通過調(diào)控參與氧化應(yīng)激反應(yīng)的基因在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程中起著重要作用［21-22］。MAO 等［23］研究發(fā)現(xiàn)，在POCD 患者的血液樣本中發(fā)現(xiàn)miR-146 表達(dá)下調(diào)，對POCD 小鼠給予miR-146 模擬物后，海馬組織中ROS、MDA 含量降低并且SOD 活性升高；而敲低miR-146 的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)海馬組織中ROS、MDA含量升高并且SOD 活性降低，說明miR-146 可以抑制氧化應(yīng)激損傷，給予外源性益生菌后可以提高POCD 小鼠miR-146 的水平，降低氧化應(yīng)激水平，進(jìn)而改善POCD 小鼠的認(rèn)知功能障礙，提示miR-146 可能是改善POCD 的潛在治療靶點。

2 lncRNA 在POCD 發(fā)病過程中的作用

2.1 lncRNA 概述 lncRNA 是一類從基因組區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來長度大于200 nt的非蛋白編碼RNA分子。lncRNA 起初被認(rèn)為只是作為轉(zhuǎn)錄“噪音”存在，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)lncRNA 在表觀遺傳調(diào)控、基因轉(zhuǎn)錄、蛋白翻譯、RNA 代謝調(diào)控等多種細(xì)胞活動過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用［24-25］。近年來研發(fā)發(fā)現(xiàn)，lncRNA在大腦中有很高的表達(dá)并在腦發(fā)育、神經(jīng)分化和維持、突觸可塑性、認(rèn)知功能和記憶等方面發(fā)揮重要作用［26］。最近的研究表明，IncRNA 還參與了POCD 的發(fā)病過程，靶向IncRNA 有望成為治療POCD 的新靶點。

2.2 lncRNA 參與中樞神經(jīng)炎癥 中樞神經(jīng)炎癥是導(dǎo)致POCD 的重要原因，lncRNA 參與了中樞神經(jīng)炎癥的調(diào)控過程。七氟烷可誘導(dǎo)海馬區(qū)炎癥水平的升高，是誘導(dǎo)POCD 動物模型的麻醉劑之一［27］。ZHU 等［28］研究發(fā)現(xiàn)，七氟醚干預(yù)的原代海馬神經(jīng)元中l(wèi)ncRNA Gm5106 的表達(dá)增加，而沉默lncRNA Gm5106 可降低炎癥因子IL-6、IL-10 和TNF-α 的水平，說明lncRNA Gm5106 參與了七氟醚誘導(dǎo)的原代海馬神經(jīng)元炎癥反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA Gm5106 是miR-27b-3p 的直接靶點，而miR-27b-3p 可抑制炎癥反應(yīng)，因此lncRNA Gm5106通過靶向抗炎分子進(jìn)而促進(jìn)炎癥水平的升高。WEI 等［29］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA NONMMUT055714 在POCD 小鼠模型中表達(dá)下調(diào)。在體外實驗發(fā)現(xiàn)，抑制NONMMUT055714 的表達(dá)后原代海馬神經(jīng)元中炎癥因子（TNF-α，IL-1β，IL-6）的水平顯著升高；向小鼠海馬區(qū)注射NONMMUT055714 過表達(dá)慢病毒后可以降低小鼠在水迷宮實驗中找到平臺的潛伏期時間，并增加目標(biāo)象限停留時間的百分比，由此可知，NONMMUT055714 的過表達(dá)對POCD 小鼠的認(rèn)知障礙有保護(hù)作用，其機(jī)制與調(diào)控中樞炎癥有關(guān)。由以上研究可知，lncRNA 廣泛參與了中樞炎癥反應(yīng)，在POCD 的發(fā)病過程中起重要作用。

2.3 lncRNA 參與細(xì)胞凋亡 與認(rèn)知功能相關(guān)的神經(jīng)元的凋亡是引起POCD 的直接原因。研究［30］發(fā)現(xiàn)，經(jīng)七氟醚處理后的7日齡大鼠海馬組織中神經(jīng)細(xì)胞的凋亡增加，并且高表達(dá)lncRNA MALAT1；lncRNA MALAT1 的下調(diào)則減輕了大鼠的病理改變，抑制了神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，說明lncRNA MALAT1參與了七氟烷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。通過進(jìn)一步實驗發(fā)現(xiàn)，lncRNA MALAT1 的下調(diào)降低了caspase-3 和Bax 的水平，增加了Bcl-2、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）和神經(jīng)生長因子（NGF）的水平，并且增加了大鼠海馬神經(jīng)元的密度，提示lncRNA MALAT1可通過調(diào)控Bcl-2 與Bax 進(jìn)而影響細(xì)胞凋亡過程。另一項研究［31］發(fā)現(xiàn)，lncRNA Rian 在七氟醚麻醉誘導(dǎo)小鼠認(rèn)知功能障礙的過程中起重要作用。過表達(dá)lncRNA Rian 可改善七氟醚誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷和凋亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA Rian 與miR-143-3p 結(jié)合，通過負(fù)調(diào)控miR-143-3p，降低LIMK1的表達(dá)，減輕七氟醚麻醉后神經(jīng)元的損傷，提示lncRNA Rian 可能是抑制凋亡的潛在靶點。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活是POCD 的病理特征之一，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞會對神經(jīng)元造成損傷并誘導(dǎo)神經(jīng)元的凋亡［32］。最近的研究［33］發(fā)現(xiàn)，lncRNA LOC102546895在POCD大鼠中表達(dá)下降；過表達(dá)lncRNA LOC102546895后可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖并促進(jìn)其凋亡，提示lncRNA LOC102546895 可通過調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的活化來抑制手術(shù)創(chuàng)傷誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡，進(jìn)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。由以上研究可知，lncRNA廣泛參與了神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡過程。

2.4 lncRNA 參與氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激損傷會破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞死亡，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病過程中起重要作用。BDNF 是內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)因子之一，在維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)、防止脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化損傷等方面起到重要作用，能代表氧化應(yīng)激的初始反應(yīng)［34］。研究［35］發(fā)現(xiàn)，lncRNA HOTAIR 在七氟醚麻醉后大鼠海馬中表達(dá)升高且BDNF 的表達(dá)降低；給予si-HOTAIR 抑制其表達(dá)后BDNF 的表達(dá)升高，并且改善了七氟醚誘導(dǎo)的大鼠認(rèn)知功能障礙，說明lncRNA HOTAIR 通過抑制BDNF 的表達(dá)增加細(xì)胞氧化應(yīng)激水平，進(jìn)而介導(dǎo)了七氟醚誘導(dǎo)的大鼠認(rèn)知功能障礙。由以上研究可知，lncRNA 參與了氧化應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)控過程，在POCD 的發(fā)病過程中起了重要作用。

3 circRNA 在POCD 發(fā)病過程中的作用

3.1 circRNA 概述 circRNA 是一類特殊的非編碼RNA 分子，最早于1976年在植物類病毒中發(fā)現(xiàn)［36］。隨著RNA 測序技術(shù)的進(jìn)步和生物信息學(xué)的發(fā)展，circRNA 已成為RNA 領(lǐng)域的研究熱點。與傳統(tǒng)的線性RNA 分子不同，circRNA 不具有5′-3′極性，也不含有5′末端帽結(jié)構(gòu)和3′末端poly（A）尾結(jié)構(gòu)，以共價鍵連接形成封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。circRNA 雖然不編碼蛋白質(zhì)，但卻能與miRNA 和蛋白質(zhì)相互作用，在調(diào)控細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯和表達(dá)等方面轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用［37］。近年來研究發(fā)現(xiàn)，circRNA 可能通過影響血管生成、神經(jīng)元可塑性、自噬、凋亡和炎癥等機(jī)制來調(diào)節(jié)多種疾病的發(fā)生發(fā)展，包括腦腫瘤生長，以及急慢性神經(jīng)退行性疾?。?8］。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，circRNA 具有穩(wěn)定、豐富、保守、組織特異等特點，有望成為臨床診斷、治療和預(yù)后的新的分子標(biāo)志物。進(jìn)一步了解circRNA 的功能及其與其他類型ncRNA 的相互作用和轉(zhuǎn)錄/翻譯機(jī)制，將有助于尋找治療POCD 的新靶點。

3.2 circRNA 參與POCD 的發(fā)病過程 CAO 等［39］研究發(fā)現(xiàn)，右美托咪啶（Dex）對POCD 有治療作用，RNA測序結(jié)果顯示，circRNA-Shank 3 在POCD 組與Dex組之間高度差異表達(dá)。通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，CIRC-Shank 3 的靶基因可顯著富集到p53 信號通路和NF-κB 信號通路，提示circRNA-Shank 3可能通過調(diào)節(jié)P53 和NF-κB 信號通路參與了Dex改善POCD 的過程。目前，POCD 的診斷主要依靠評分量表，這具有較大的主觀性，尋找特異的分子標(biāo)志物一直是POCD 研究的熱點。與miRNA 和lncRNA 相比，circRNA 由于其特殊的結(jié)構(gòu)不易被核糖核酸酶快速降解，具有較長的半衰期，是POCD診斷較為理想的分子標(biāo)志物。WU 等［40］用微陣列檢測發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，在POCD 海馬組織中circRNA 28795、circRNA 44122、circRNA 22058、circRNA 44559 和circRNA 22673 的表達(dá)差異顯著。以上結(jié)果提示，circRNA 在小鼠海馬中表達(dá)異常，可能與老年小鼠POCD 的發(fā)生有關(guān)，circRNA 有可能是POCD 的特異分子標(biāo)志物。circRNA 不僅在POCD 的動物模型上有差異表達(dá)，近年來發(fā)現(xiàn)在臨床POCD 患者中也有差異表達(dá)。WANG 等［41］用微陣列技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，冠狀動脈旁路移植術(shù)后POCD患者的9 種circRNA水平高于正常人，6 種circRNA 水平低于對照組。RT-qPCR 結(jié)果顯示，與對照組相比，POCD 患者中circRNA 089763 表達(dá)顯著增加，提示circRNA-089763 可能是一種新的生物標(biāo)志物。綜上所述，circRNA 在POCD 的發(fā)生和發(fā)展過程中具有特殊的調(diào)節(jié)作用，并有望成為新的臨床診斷標(biāo)志物，并為POCD 的治療提供新的思路。

4 小結(jié)

POCD 是外科手術(shù)后常見的并發(fā)癥，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和預(yù)后，如何降低POCD 的發(fā)生率一直是近年來研究的熱點。然后，POCD 的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，確切發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，目前也無有效的防治藥物與方法。首先，POCD 的臨床診斷缺乏客觀的評價指標(biāo)，目前主要使用評分量表來評價患者的術(shù)后情況，具有一定的主觀性。其次，POCD 動物模型的建立目前尚無統(tǒng)一的方法，有學(xué)者主張單純使用麻醉藥物誘導(dǎo)POCD 模型；而有的學(xué)者則主張麻醉藥物聯(lián)合手術(shù)創(chuàng)傷來建立POCD模型。POCD 的動物模型眾多，研究結(jié)果在不同動物模型之間的一致性和重復(fù)性差異較大。第三，目前主要通過POCD 的嚙齒類動物模型來研究ncRNA 在POCD 中的作用，而人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于嚙齒類動物的，如何將基礎(chǔ)研究成果在臨床上轉(zhuǎn)化仍是目前面臨的重大挑戰(zhàn)。因此，未來的研究要進(jìn)一步深入探索ncRNA在POCD 發(fā)病中的作用，并將基礎(chǔ)研究成果向臨床應(yīng)用上轉(zhuǎn)化。隨著對ncRNA 在POCD 發(fā)病機(jī)制中作用的深入理解，基于ncRNA 的有效干預(yù)將有望成為預(yù)防、診斷和治療POCD 的可行方法。