靶向Foxo3-ctnna2转录抑制的诱饵寡核苷酸预防小鼠术后神经认知障碍的机制研究

这篇研究揭示了围术期神经认知障碍(PND)的新机制，发现Foxo3通过调控α-N-连接蛋白(α-N-catenin/CTNNA2)的转录抑制参与PND发生。研究团队基于rs12472215 SNP位点设计出特异性诱饵寡核苷酸(decoyODNs)，可阻断Foxo3与ctnna2增强子区的结合，有效预防小鼠术后海马CA1区神经元突触可塑性和认知功能损伤。该研究为PND防治提供了新型干预靶点和潜在治疗策略。

　　

Foxo3介导的ctnna2转录抑制在围术期神经认知障碍中的作用机制

背景

围术期神经认知障碍(PND)影响高达31%的手术患者，其发病机制尚未完全阐明。前期全基因组关联分析(GWAS)发现，ctnna2基因上的6个单核苷酸多态性(SNP)位点与PND易感性相关，其中rs12472215位于新定义的增强子区域。α-N-连接蛋白(α-N-catenin)作为神经元特异性细胞黏附分子，在突触可塑性中起关键作用，但其在PND中的调控机制尚不清楚。

Foxo3对人类CTNNA2的转录调控

生物信息学分析显示，rs12472215位点A>T突变增强了Foxo3与该增强子区的结合亲和力。在分化的SH-SY5Y细胞中，肿瘤坏死因子α(TNF-α)联合异氟烷(T+I)刺激显著降低CTNNA2 mRNA水平。染色质免疫共沉淀(ChIP)证实Foxo3特异性结合增强子区域，且对突变型(T)序列的转录抑制更强。荧光素酶报告实验显示Foxo3剂量依赖性抑制增强子活性，而Foxo1无此效应。

小鼠PND模型中α-N-连接蛋白的作用

腹腔探查术联合异氟烷麻醉的小鼠出现空间学习记忆障碍，伴随海马CA1区：

1. 1.

   树突棘密度降低，成熟棘（蘑菇型、粗短型）减少

2. 2.

   自发放电频率下降，NMDA受体(NMDAR)介导的兴奋性突触后电流(EPSC)振幅降低

3. 3.

   AMPA/NMDA电流比值异常升高

   腺相关病毒(rAAV)介导的ctnna2敲减重现上述表型，而过表达则改善认知功能，提示α-N-连接蛋白表达量与认知功能呈正相关。

Foxo3/Ascl1调控ctnna2转录的分子机制

在原发性皮层神经元中，T+I刺激：

1. 1.

   增强Foxo3与ctnna2基因R1/R2位点结合

2. 2.

   降低组蛋白激活标记(H3K4me1/3)亲和力

3. 3.

   增加抑制性标记(H3K27me3)沉积

   共免疫沉淀(Co-IP)证实Foxo3与转录激活因子Ascl1存在物理相互作用。Ascl1 siRNA可消除Foxo3抑制剂卡贝诺酮(CBX)对α-N-连接蛋白的挽救效应，表明Foxo3通过抑制Ascl1功能间接调控ctnna2转录。染色体构象捕获(3C)实验进一步揭示Foxo3影响R2-R3/R4-R3的染色体空间互作。

Sirt1-Foxo3-ctnna2调控轴

手术麻醉后：

1. 1.

   海马Sirt1表达下降，乙酰化Foxo3水平升高

2. 2.

   Sirt1激活剂SRT1720可逆转T+I诱导的Foxo3过表达和α-N-连接蛋白减少

   ChIP-PCR发现Sirt1作为转录抑制因子结合foxo3基因远端调控元件(R1/R7)，其亲和力降低导致foxo3转录激活。

诱饵寡核苷酸的神经保护作用

基于rs12472215(T)序列设计的双链诱饵：

1. 1.

   静脉注射2小时后可透过血脑屏障

2. 2.

   阻断Foxo3与R1/R2位点结合，恢复H3K4me1/3修饰

3. 3.

   维持CA1区树突棘正常形态和NMDAR功能

   行为学测试显示单次给药即可预防空间记忆缺陷，且不影响运动能力和焦虑水平。

研究意义

该研究首次阐明：

1. 1.

   Sirt1-Foxo3-ctnna2轴是PND的关键病理机制

2. 2.

   rs12472215(T)增强Foxo3介导的转录抑制可能是PND遗传易感因素

3. 3.

   靶向转录因子-基因组相互作用的decoyODNs策略为神经退行性疾病防治提供新思路