Sirtuin-3激活通过抑制线粒体GPX4乙酰化改善麻醉/手术诱导的认知障碍与神经元铁死亡

本研究针对围手术期神经认知障碍(PND)这一老年患者常见并发症，通过激活去乙酰化酶SIRT3，揭示了其通过调控线粒体GPX4乙酰化水平抑制神经元铁死亡的新机制。研究人员采用和厚朴酚(HKL)激活SIRT3，在小鼠模型和细胞实验中证实该通路可显著改善麻醉/手术导致的认知功能损伤，为PND治疗提供了新型靶向策略。

　　

麻醉和手术后出现的认知功能障碍一直是困扰老年患者的临床难题。随着全球老龄化加剧，围手术期神经认知障碍(PND)的发生率在骨科等大手术后高达50%，表现为记忆减退、执行功能障碍等症状，显著延长住院时间并增加死亡率。尽管既往研究提出神经炎症、血脑屏障破坏等多种机制，近年来铁死亡(Ferroptosis)这种铁依赖性的程序性细胞死亡方式被证实与PND密切相关。然而，线粒体功能障碍如何通过铁死亡途径导致神经元损伤，以及是否存在关键调控靶点，仍是亟待解决的科学问题。

来自同济医院麻醉与疼痛医学研究所和湖北医药学院附属襄阳第一人民医院的研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表重要成果。研究人员发现线粒体去乙酰化酶SIRT3在PND发生过程中表达显著降低，而天然化合物和厚朴酚(Honokiol, HKL)可通过激活SIRT3，抑制线粒体谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的乙酰化，从而阻断铁死亡通路，改善认知功能。这一发现不仅阐明了PND的新发病机制，更为临床干预提供了潜在治疗靶点。

研究采用多学科技术方法：通过胫骨骨折手术建立老年小鼠PND模型，结合Morris水迷宫等行为学测试评估认知功能；利用RNA测序(RNA-seq)筛选差异表达基因；采用免疫共沉淀(Co-IP)验证蛋白相互作用；通过透射电镜观察线粒体超微结构；结合铁离子检测、GSH/GSSG比值等生化指标全面评估铁死亡特征；使用腺相关病毒(AAV)介导的SIRT3过表达进行功能验证；在PC12和HT22细胞系中建立铁死亡模型并采用GPX4基因沉默验证机制。

研究结果部分，首先在"SIRT3 was downregulated in the mouse hippocampus following anesthesia and surgery"中发现：麻醉/手术后小鼠海马CA1和CA3区SIRT3表达显著降低，伴随认知功能损伤。行为学测试显示手术组小鼠在新物体识别率、自发交替率等指标上明显恶化，而H&E染色显示神经元排列紊乱。

在"SIRT3 activation by HKL attenuated cognitive impairment"部分证实：HKL预处理可上调SIRT3表达，改善神经元形态，使Nissl阳性细胞数量增加47.3%。行为学测试中，HKL组小鼠平台穿越次数增加2.1倍，目标象限停留时间延长68%，表明认知功能显著改善。

关键发现"SIRT3 activation by HKL attenuated neuronal ferroptosis"通过多组数据揭示：HKL处理使海马铁离子含量降低42%，GSH/GSSG比值恢复至正常水平81%，同时GPX4蛋白表达增加1.8倍。透射电镜显示HKL能维持线粒体嵴结构完整，减少基质空泡化。RNA-seq分析发现HKL主要调控谷氨酸能突触和MAPK信号通路。

"Erastin activating ferroptosis mitigated the neuroprotective effect of HKL"部分通过铁死亡诱导剂erastin的反向验证：erastin处理使HKL的保护效应消失，GPX4表达下降53%，MDA水平回升至手术组的85%，证实HKL通过抑制铁死亡发挥作用。

分子机制在"SIRT3 activation by HKL inhibited mitochondrial GPX4 acetylation"中阐明：Co-IP实验显示手术组线粒体GPX4乙酰化水平增加2.3倍，而HKL处理使乙酰化降低61%。SIRT3过表达实验进一步证实该通路可使GPX4蛋白稳定性提高1.7倍。

这项研究首次揭示SIRT3-GPX4乙酰化轴在PND发生中的核心作用，创新性地提出：①SIRT3表达下降是PND发生的关键因素；②线粒体GPX4乙酰化导致其稳定性降低，引发铁死亡；③天然化合物HKL通过激活SIRT3发挥神经保护作用。该发现为临床PND防治提供了两重价值：诊断方面，SIRT3表达水平和GPX4乙酰化程度可作为生物标志物；治疗方面，HKL或靶向SIRT3的小分子药物具有转化潜力。研究同时为阿尔茨海默病等神经退行性疾病的治疗策略提供了新思路。