《Molecular Neurobiology》：Mechanistic Investigation of TSPO-Mediated Dysregulation of Mitochondrial Copper Homeostasis in Microglia and its Role in Perioperative Neurocognitive Disorders
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本研究针对老年手术患者高发的围术期神经认知障碍（PND）机制不明的临床难题，通过体内外实验首次揭示TSPO介导的铜稳态失调导致小胶质细胞线粒体功能障碍的新机制。研究发现手术/麻醉可上调海马TSPO表达，引起铜离子异常积累和线粒体损伤，而TSPO抑制剂PK11195能逆转上述改变。该研究为PND防治提供了新的理论依据和潜在治疗靶点。
随着社会老龄化进程加速，接受外科手术的老年患者数量持续攀升，而围术期神经认知障碍（PND）作为常见并发症，正日益成为困扰临床实践的突出问题。这类认知功能下降可表现为记忆力减退、执行功能受损等症状，不仅延长住院时间、增加医疗负担，更与远期痴呆发生风险密切相关。尽管研究已证实神经炎症是PND的核心病理机制，但具体分子通路仍不明确，缺乏有效的防治靶点。
近年来，铜离子稳态失调在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中的作用引人注目。铜作为必需微量元素，参与线粒体呼吸链复合物IV（细胞色素C氧化酶）的组成，在能量代谢和抗氧化防御中扮演关键角色。然而，铜稳态失衡如何参与PND发病，特别是其与小胶质细胞中线粒体功能的交互作用，尚待深入探索。
本研究聚焦于18kDa转位蛋白（TSPO）这一线粒体外膜蛋白。TSPO在神经炎症状态下表达显著上调，但其是否通过调控铜稳态影响PND进程仍属未知。研究人员创新性地提出“TSPO-铜转运-线粒体ROS”轴可能是连接神经炎症与认知损害的重要桥梁。
为验证这一假说，研究团队构建了老年小鼠右颈动脉暴露手术模型模拟临床PND，同时采用脂多糖（LPS）刺激BV-2小胶质细胞建立体外神经炎症模型。通过系列实验发现，手术麻醉可导致老年小鼠海马和血清铜水平异常升高，伴随TSPO表达上调和小胶质细胞激活。体外实验进一步证实，LPS诱导的TSPO过表达会引起细胞内铜积累、线粒体膜电位下降、活性氧（ROS）增加和线粒体超微结构损伤。值得注意的是，TSPO抑制剂PK11195能有效逆转上述病理改变。
机制探讨表明，TSPO通过调节铜转运蛋白CTR-1和ATP7A的表达影响铜离子内流，而铜死亡上游调控因子FDX-1的基因敲低可减轻铜稳态失调和线粒体损伤。这些结果首次阐明TSPO介导的铜稳态失调是PND中线粒体功能障碍的重要机制。
该研究发表于《Molecular Neurobiology》杂志，为理解PND发病机制提供了新视角，不仅将铜代谢异常与神经炎症有效联系，更提示TSPO可作为PND防治的潜在新靶点。特别是在人口老龄化加剧的背景下，这一发现为开发针对老年手术患者认知保护的新型策略奠定了理论基础。
关键技术方法包括：老年C57BL/6小鼠右颈动脉暴露手术模型构建、BV-2小胶质细胞培养与LPS炎症模型建立、开放场地实验和新物体识别等行为学检测、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定铜含量、蛋白质印迹法（Western blot）和实时定量PCR（qRT-PCR）分析基因表达、免疫荧光染色、透射电子显微镜观察线粒体超微结构、JC-1探针检测线粒体膜电位、活性氧（ROS）荧光检测、FDX-1基因siRNA干扰技术等。
麻醉和手术诱导老年小鼠认知功能障碍
通过右颈动脉暴露手术联合七氟烷麻醉建立老年小鼠PND模型。行为学测试显示，手术组小鼠在新物体识别测试中的辨别指数和Y迷宫自发交替率均显著低于假手术组，而开放场地实验中的自发活动无差异，证实手术麻醉特异性导致认知功能损害而非一般活动能力改变。
麻醉和手术后海马区小胶质细胞激活和TSPO上调
分子水平检测发现，手术组小鼠海马TSPO的mRNA和蛋白表达均显著升高，同时炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α水平增加，表明神经炎症反应和小胶质细胞激活。免疫荧光显示TSPO上调主要发生于激活的小胶质细胞中，提示TSPO可作为神经炎症状态的生物标志物。
麻醉和手术后老年小鼠铜稳态失调
元素分析显示手术组小鼠血清和海马组织铜含量明显升高。进一步检测铜代谢相关蛋白发现，海马组织中铁氧还蛋白1（FDX-1）表达增加而ATP7A表达下降，表明铜离子转运和分布异常，铜稳态失衡参与PND病理过程。
LPS诱导TSPO升高导致BV-2小胶质细胞线粒体损伤
体外实验中，LPS刺激显著上调BV-2细胞TSPO表达，导致线粒体膜电位降低、ROS生成增加和线粒体嵴结构破坏。TSPO抑制剂PK11195预处理可逆转这些改变，证实TSPO过表达直接导致线粒体功能障碍。
TSPO升高破坏BV-2细胞铜稳态
LPS刺激引起BV-2细胞内铜离子积累，伴随铜转运蛋白CTR-1和COX17表达升高，ATP7A表达下降。PK11195处理可纠正这些蛋白表达异常，表明TSPO通过调节铜转运蛋白表达影响细胞内铜稳态。
铜稳态失调是TSPO诱导线粒体结构功能异常的关键机制
通过siRNA敲低FDX-1基因表达，发现FDX-1缺失可减轻LPS引起的铜积累、线粒体ROS生成和超微结构损伤，同时部分恢复ATP7A表达。这表明铜稳态失调是TSPO导致线粒体损伤的上游事件，干预铜代谢通路可能具有保护作用。
研究结论表明，麻醉和手术通过上调小胶质细胞TSPO表达，扰乱铜离子稳态，导致线粒体功能障碍，参与PND发生发展。TSPO调控的铜稳态失调新机制的揭示，不仅深化了对PND病理生理的理解，也为开发针对TSPO的干预策略提供了理论依据。特别是TSPO抑制剂PK11195在实验中展现的保护作用，提示靶向TSPO-铜稳态轴可能是防治PND的可行途径。
讨论部分指出，虽然LPS模型和PND动物模型在炎症持续时间和作用机制上存在差异，但本研究首次将TSPO与铜代谢联系起来，为神经炎症相关认知障碍提供了新的解释框架。未来研究需进一步明确TSPO调控铜稳态的具体分子途径，并在更接近临床的慢性炎症模型中验证这些发现，推动相关治疗策略向临床转化。
