Caveolin-1/MMP2/9信号轴介导血脑屏障破坏在术后认知功能障碍中的作用机制及干预策略

为解决术后认知功能障碍（POCD）中血脑屏障（BBB）破坏的分子机制不明问题，浙江大学医学院附属第一医院麻醉科团队通过小鼠胫骨骨折内固定模型和体外炎症模型，揭示了Caveolin-1（Cav-1）通过上调MMP2/9降解紧密连接蛋白（TJs）导致BBB通透性增加的机制。研究发现，药物抑制Cav-1可恢复TJs表达并改善认知功能，为POCD治疗提供了新靶点。

　　

术后认知功能障碍（POCD）是老年患者大手术后常见的并发症，表现为记忆力和执行功能下降，严重影响生活质量。尽管血脑屏障（BBB）破坏被认为是关键病理环节，但其分子机制尚未明确。BBB作为中枢神经系统的“守门人”，由内皮细胞（ECs）、周细胞和星形胶质细胞足突构成，其完整性依赖紧密连接蛋白（TJs）如Claudin-5和ZO-1的稳定表达。既往研究发现，海马区BBB尤其脆弱，而这一脑区恰与学习记忆密切相关。与此同时，小窝蛋白Caveolin-1（Cav-1）作为血管内皮细胞膜脂筏的标志性蛋白，在多种认知障碍疾病中调控BBB功能，但其在POCD中的作用仍是未解之谜。

为破解这一科学问题，浙江大学医学院附属第一医院麻醉科李新锐、丁卫华等研究人员联合口腔医院团队，在《Neurochemical Research》发表研究，通过体内外实验揭示了Cav-1/MMP2/9信号轴在POCD中的核心作用。研究采用10-12月龄C57BL/6J雄性小鼠建立胫骨骨折内固定手术模型，结合迷宫行为学测试、免疫荧光染色、Western blot等技术，发现手术创伤可导致海马区Cav-1表达上调、TJs蛋白降解及BBB通透性增加。进一步通过药物甲基-β-环糊精（MβCD）抑制Cav-1，成功逆转了上述病理变化并改善认知功能。体外实验采用LPS刺激脑微血管内皮细胞（bEnd.3），证实Cav-1通过激活基质金属蛋白酶MMP2/9降解TJs的分子机制。

关键实验方法

1. 动物模型：建立老年小鼠胫骨骨折内固定手术模型，模拟临床POCD；
2. 行为学评估：通过旷场实验（OFT）排除运动干扰，痕迹恐惧条件反射（TFC）检测认知功能；
3. BBB通透性检测：静脉注射荧光标记葡聚糖（10 kDa）示踪渗漏；
4. 分子机制解析：Western blot检测海马区Cav-1、Claudin-5、ZO-1表达，ELISA定量MMP2/9水平；
5. 体外验证：LPS刺激bEnd.3细胞构建炎症模型，MβCD干预后观察TJ蛋白变化。

主要研究结果

手术创伤导致认知障碍但不影响运动功能
通过旷场实验证实手术组与假手术组小鼠运动距离无差异，排除运动干扰。TFC测试显示术后3天小鼠冻结时间显著缩短（^*P<0.05），提示海马依赖性记忆受损。

手术诱发海马区Cav-1上调及BBB破坏
术后6小时即观察到海马区Cav-1表达增加（P<0.00005），伴随Claudin-5和ZO-1水平下降（^**P<0.005）。免疫荧光显示Dextran tracer渗出血管（图2a），证实BBB完整性丧失。

抑制Cav-1改善BBB功能及认知
MβCD处理显著降低Cav-1表达（^####P<0.00005），恢复TJs蛋白水平（图3c-e），减少Dextran渗漏（图2f）。TFC测试中治疗组冻结时间较手术组延长50%（^#P<0.05）。

Cav-1通过MMP2/9降解TJs的机制
体外实验显示LPS刺激后bEnd.3细胞Cav-1和MMP2/9表达同步升高（图4e-f），TJ蛋白减少。MβCD干预可抑制MMP2/9（^@@@@P<0.00005）并挽救Claudin-5表达（图5h）。

结论与意义
该研究首次阐明Cav-1通过调控MMP2/9介导TJ蛋白降解，是手术诱发BBB破坏和POCD的核心机制。临床转化方面，MβCD作为FDA批准的药物辅料，其干预效果为POCD防治提供了潜在策略。理论层面，研究填补了外周手术创伤与中枢BBB损伤间的分子桥梁认知空白，为理解神经血管单元（NVU）在围术期认知障碍中的作用提供新视角。未来研究可探索内皮细胞特异性Cav-1敲除模型的长期效应，以及MMP抑制剂联合治疗的可行性。