异氟烷通过直接抑制胱硫醚-β-合成酶(CBS)活性导致小鼠神经认知恢复延迟的机制研究

为解决围术期神经认知障碍(PND)的机制难题，研究人员聚焦异氟烷麻醉后认知恢复延迟现象，发现其通过直接抑制胱硫醚-β-合成酶(CBS)活性，导致脑内同型半胱氨酸(Hcy)选择性积累和H2 S减少，进而影响突触蛋白硫巯基化修饰。该研究揭示了CBS-H2 S通路在PND中的关键作用，为临床防治提供了新靶点。

　　

手术后的认知功能下降一直是困扰医学界的难题，特别是老年患者在接受全身麻醉后常出现记忆力和注意力障碍，这种现象被称为围术期神经认知障碍(PND)。尽管已知麻醉药物、手术创伤和年龄增长是主要风险因素，但具体机制仍不明确。更令人困惑的是，即使没有手术创伤，单纯使用吸入麻醉药异氟烷也会导致认知功能暂时性下降，这种延迟恢复的现象背后隐藏着怎样的分子秘密？

第四军医大学的研究团队通过系列实验揭开了这一谜题。他们发现异氟烷会像"分子钥匙"一样精准插入大脑中的胱硫醚-β-合成酶(CBS)活性口袋，直接抑制这种关键代谢酶的活性。CBS是调控同型半胱氨酸(Hcy)代谢的核心酶，其抑制导致脑内Hcy异常堆积，同时减少具有神经保护作用的硫化氢(H₂
S)生成。这种双重打击通过改变突触相关蛋白的硫巯基化修饰(-SSH)，最终延缓了海马神经元电活动的恢复，造成记忆编码功能障碍。这项突破性研究发表在《British Journal of Anaesthesia》上，为PND防治提供了全新视角。

研究人员运用多学科技术手段：通过水-配体观测梯度光谱法(WaterLOGSY)和分子动力学模拟证实异氟烷与CBS的直接结合；利用近红外荧光探针AZ-NO₂
进行H₂
S生物成像；采用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS)绘制蛋白硫巯基化图谱；结合在体多通道电生理记录系统监测海马CA1区神经元放电特性；并通过条件性基因敲除小鼠验证靶点特异性。

【Isoflurane induces delayed memory recovery and homocysteine accumulation in the brain】
研究发现2小时1.4%异氟烷麻醉可特异性损害情境恐惧记忆的编码过程，且恢复延迟至少8小时。器官特异性分析显示，异氟烷选择性地增加脑内Hcy浓度，而血清、肝脏和肾脏中Hcy反而降低，这种独特现象提示脑内存在特殊调控机制。

【Isoflurane inhibits cystathionine-β-synthase activity by direct binding】
通过纯化CBS蛋白实验证实，远低于临床浓度的异氟烷即可抑制酶活性。分子对接显示异氟烷通过与Ser147、Lys119等关键氨基酸结合，形成类似抑制剂AOAA的PLP结合中间体。这种相互作用通过WaterLOGSY核磁共振技术得到直接验证。

【Distribution of cystathionine-β-synthase in the brain and effects of downregulation】
免疫荧光显示CBS主要表达于海马神经元。RNA测序发现CBS敲低导致3512个基因差异表达，涉及突触可塑性、钙信号等神经活动相关通路，证实CBS对神经元功能的广泛调控作用。

【Reduction of hydrogen sulfide by isoflurane disrupts protein sulfhydration in the hippocampus】
创新性使用AZ-NO₂
探针发现异氟烷显著降低海马H₂
S水平。硫巯基化蛋白质组学鉴定出73个与突触功能相关的差异修饰肽段，包括突触可塑性调控蛋白PSD95、Synapsin-1等。

【Hydrogen sulfide accelerates the recovery of hippocampal neuronal activity after isoflurane anaesthesia】
电生理记录显示NaHS处理组海马CA1区神经元在苏醒期放电频率恢复更快(2.45±0.68 Hz vs 1.42±0.49 Hz)，θ节律功率显著增加，表明H₂
S可加速神经电活动重建。

【Activation of cystathionine-β-synthase prevents delayed recovery of cognition after isoflurane anaesthesia】
使用CBS变构激活剂S-腺苷甲硫氨酸(SAM)预处理，使小鼠冻结时间从4.86±3.30%提升至9.89±3.03%，而在CBS条件敲除小鼠中该保护作用消失，证实疗效的靶点特异性。

这项研究首次阐明异氟烷通过"麻醉-CBS抑制-H₂
S减少-蛋白硫巯基化异常-神经元活动抑制"的级联反应导致认知恢复延迟。临床价值在于：①发现CBS是吸入麻醉药的新靶点；②提出SAM作为术前用药的转化潜力；③建立的蛋白硫巯基化图谱为神经退行性疾病研究提供参考。局限性在于仅使用雄性小鼠，且未探讨不同氧浓度的影响。未来研究可拓展至临床样本验证，并开发特异性更强的CBS激活剂。这项工作为理解麻醉药物神经毒性开辟了新途径，对实现精准麻醉具有重要指导意义。