雌激素通过调控突触锌稳态改善七氟醚诱导认知功能障碍的机制研究

《Molecular Medicine》：Estrogen improves sevoflurane-induced cognitive dysfunction by regulating synaptic zinc homeostasis

本研究针对七氟醚麻醉相关认知功能障碍的发病机制，发现其通过上调锌转运蛋白Znt3破坏突触锌稳态，导致Tau蛋白磷酸化(AT8)增加、突触囊泡减少、神经元放电频率降低及细胞死亡。研究人员通过锌螯合剂CaEDTA和雌激素干预证实，雌激素可下调Znt3表达恢复锌平衡，显著改善神经元损伤和认知功能。该研究为围术期神经保护提供了新靶点。

　　

随着全球手术量的持续增长，麻醉相关认知功能障碍已成为影响患者术后生活质量的重要临床问题。七氟醚作为常用吸入麻醉药，虽具麻醉优势，但其神经毒性机制尚未明确。近年研究发现突触锌稳态失衡可能与神经退行性疾病密切相关——锌离子作为神经调节因子，在学习和记忆关键脑区海马体中通过锌转运蛋白Znt3调控突触可塑性，而锌代谢紊乱可引发兴奋性毒性。与此同时，雌激素因其神经营养作用备受关注，但其在麻醉认知损伤中的调控机制仍是未解之谜。

本研究通过系列实验揭示：七氟醚暴露通过上调Znt3表达导致突触锌离子过度释放，引发Tau蛋白病理改变和突触结构损伤；利用锌螯合剂CaEDTA中和细胞外锌可缓解相关神经毒性；更重要的是，雌激素干预能通过调控Ap3δ-Znt3通路恢复锌稳态，显著改善认知功能。这些发现不仅阐明七氟醚神经毒性的新机制，还为围术期认知保护提供了雌激素疗法的理论依据。

研究人员主要采用老年雌性C57BL/6小鼠模型，通过3%七氟醚吸入建立认知功能障碍模型。技术方法包括：立体定位注射技术进行海马区CaEDTA螯合干预和AAV-Znt3病毒过表达；蛋白质印迹法(Western blot)和免疫荧光检测Znt3、AT8、Ap3δ蛋白表达；透射电镜观察突触超微结构；TUNEL染色评估神经元凋亡；在体电生理记录CA1区神经元放电频率；Morris水迷宫和Y迷宫行为学测试空间记忆能力；同步采用突触体分离与荧光探针法测定突触锌浓度。

七氟醚破坏突触锌稳态并诱导神经损伤

研究发现七氟醚暴露显著升高突触锌水平（图2A），同时海马区TUNEL⁺/NeuN⁺双阳性细胞数增加（图2B-C），提示神经元死亡加剧。行为学测试显示七氟醚组小鼠在Morris水迷宫中平台穿越次数减少、逃避潜伏期延长（图2D,F,G），Y迷宫新奇臂探索时间和次数显著下降（图2E,H,I），而开场实验证实运动功能未受影响。

CaEDTA缓解七氟醚神经毒性

锌螯合剂CaEDTA虽不改变突触锌总量（图3A），但能显著降低七氟醚引起的Tau磷酸化（AT8）水平（图3B,G）。电镜观察发现CaEDTA未能逆转突触囊泡减少（图3F,H），但成功抑制神经元凋亡（图3I-J）。在体电生理记录显示CaEDTA可恢复七氟醚抑制的神经元放电频率（图4A-C），行为学测试进一步证实其改善空间记忆功能（图4D-I）。

雌激素调控锌稳态的神经保护作用

雌激素补充显著降低七氟醚组突触锌浓度（图5A），Western blot和免疫荧光显示其通过下调Znt3表达（图5B-E）及减少Ap3δ蛋白（图5I）实现该效应。同时雌激素显著降低AT8磷酸化水平（图5G），增加突触囊泡密度（图5F,H），减少神经元死亡（图5J-K）。电生理数据表明雌激素可逆转七氟醚对神经元放电的抑制（图6A-C），行为学测试验证其认知改善作用（图6D-I）。

Znt3过表达阻断雌激素保护效应

通过腺相关病毒AAV-Znt3过表达验证靶点特异性（图7A-D），发现Znt3过表达可取消雌激素对突触锌水平的调控（图7E）、Tau磷酸化的抑制（图7F）及突触囊泡的修复作用（图7G-H）。行为学测试表明AAV-Znt3完全阻断雌激素对七氟醚认知损伤的保护效应（图7I-N），证实Znt3是雌激素作用的关键下游靶点。

本研究首次揭示七氟醚通过Znt3介导的突触锌失衡诱导认知功能障碍的新机制，并阐明雌激素通过Ap3δ-Znt3通路恢复锌稳态的神经保护作用。值得注意的是，虽然突触囊泡数量减少，但锌含量反而增加，提示Znt3功能紊乱而非囊泡数量主导锌代谢异常。研究创新性地发现细胞外锌螯合即可缓解Tau病理，而雌激素的多元调控作用为临床转化提供更优策略。这些发现不仅深化对麻醉神经毒性机制的理解，也为围术期认知保护提供了新的干预策略和理论依据。未来研究需进一步明确锌稳态与激酶通路的交互作用，并探索雌激素在男性模型及临床应用的可行性。

该成果发表于《Molecular Medicine》杂志，为麻醉相关认知障碍的防治提供了重要科学依据，突显了靶向锌稳态在围术期神经保护领域的应用前景。