《Frontiers in Aging Neuroscience》：Camk2d upregulation is associated with postoperative cognitive dysfunction in aged rats: pharmacological inhibition of CaMKII attenuates hippocampal neuroinflammation and neuronal apoptosis
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术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction, POCD）是老年患者大手术后常见的并发症，可延迟术后恢复并增加神经退行性疾病风险。CaMKIIδ是调节神经元存活和神经炎症的关键钙信号分子，但其在POCD中的功能作用尚
术后认知功能障碍（postoperative cognitive dysfunction, POCD）是老年患者大手术后常见的并发症，可延迟术后恢复并增加神经退行性疾病风险。CaMKIIδ是调节神经元存活和神经炎症的关键钙信号分子，但其在POCD中的功能作用尚不清楚。该研究旨在识别损伤诱导的钙信号基因，并表征编码CaMKIIδ的Camk2d基因与老龄大鼠POCD进展的关联。研究人员通过七氟烷麻醉联合脾切除术建立老龄大鼠POCD模型，采用Morris水迷宫（MWM）和Y迷宫实验评估认知功能，利用RNA测序和加权基因共表达网络分析（WGCNA）进行海马转录组分析，并通过RT-qPCR、Western blot、ELISA和组织学染色验证关键分子及病理改变，同时给予泛CaMKII抑制剂KN-93进行功能验证。此外，平行检测血清炎症细胞因子以表征外周-中枢炎症耦联。结果显示，术后第3天认知功能最差，因此被确定为POCD的关键损伤窗口。海马CaMKIIδ、磷酸化NF-κB（p-NF-κB）、促炎细胞因子（IL-1β、IL-6和TNF-α）及促凋亡蛋白Bax显著上调，而抗凋亡蛋白Bcl-2降至最低水平，神经元凋亡在第3天达峰。KN-93治疗可下调CaMKIIδ表达，抑制神经炎症和神经元凋亡，并有效改善POCD大鼠的认知障碍。结论认为，Camk2d上调与POCD发病密切相关，并与海马神经炎症及神经元凋亡平行。KN-93对CaMKII的药理抑制可减轻POCD，提示CaMKII信号是围术期认知保护的潜在治疗靶点。
术后认知功能障碍（POCD）是老年患者大手术后常见的中枢神经系统并发症，主要表现为注意力下降、执行功能障碍和空间学习记忆受损，可延迟术后恢复并增加阿尔茨海默病等神经退行性疾病风险。既往研究已证实海马神经炎症和神经元凋亡是POCD发生的核心病理基础，但针对单一炎症因子或凋亡通路的干预效果有限，临床转化不佳。CaMKIIδ作为钙信号关键效应分子，在脑缺血、创伤性脑损伤等模型中可通过炎症和凋亡机制介导神经损伤，但其在POCD中的角色尚不清楚。因此，研究人员建立老龄大鼠七氟烷麻醉联合脾切除的POCD模型，结合转录组筛选和药理学干预，系统探究CaMKIIδ在POCD发病中的功能与机制。
研究人员将56只雄性Sprague-Dawley老龄大鼠（16–18月龄）购自Sipeifu（北京）生物技术有限公司，按实验阶段随机分组。通过Morris水迷宫（MWM）和Y迷宫评估认知功能，利用RNA测序及加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定与认知表型相关的核心模块，采用RT-qPCR、Western blot、ELISA、H&E染色、Nissl染色和TUNEL染色验证分子与病理变化，并给予泛CaMKII抑制剂KN-93进行体内功能验证。主要技术方法包括：七氟烷麻醉下脾切除建立模型；MWM和Y迷宫行为学测试；RNA-seq结合WGCNA筛选关键基因模块；RT-qPCR、Western blot、ELISA及组织学染色检测炎症和凋亡指标；KN-93腹腔注射（5 mg·kg
?1·d
?1）进行药理抑制。研究得出以下结果：POD3是认知损伤最严重的关键窗口；CaMKIIδ在术后显著上调，与海马NF-κB激活、促炎细胞因子升高、Bax/Bcl-2失衡及神经元凋亡平行；KN-93抑制CaMKII可减轻海马神经炎症和凋亡，改善认知障碍，提示CaMKIIδ是围术期神经保护的潜在靶点。
3.1 七氟烷麻醉下脾切除术诱导老龄大鼠术后认知功能障碍
研究人员通过MWM训练与探针实验及Y迷宫自发交替实验发现，手术组老龄大鼠的空间学习记忆和工作记忆均显著受损，其中术后第3天（POD3）损害最重，随后逐渐恢复但与对照组仍有差异，表明POD3是POCD的急性损伤关键时间窗。
3.2 术后第3天是老龄大鼠海马神经元损伤和神经炎症的关键窗口
H&E和Nissl染色显示，术后各组海马CA1区神经元排列紊乱、细胞体皱缩、核固缩、尼氏体减少，POD3最严重。ELISA和RT-qPCR结果表明，血清和海马促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α在POD3达到峰值，且血清与海马细胞因子水平呈正相关，支持外周-中枢炎症耦联。
3.3 RNA-seq和WGCNA鉴定关键通路及共表达模块
转录组分析显示，与对照组相比，三个术后时间点共有691个差异表达基因，富集于轴突导向、钙信号、神经活性配体-受体相互作用和凋亡通路。WGCNA识别出MEred模块与三项认知行为指标均显著负相关，该模块基因富集于钙信号通路和神经活性配体-受体相互作用通路；自噬相关富集分析未发现显著结果。
3.4 鉴定Camk2d为与POCD相关的核心基因
对MEred模块基因进行时间趋势聚类分析，四个与认知损害时间过程一致的簇显著富集于钙信号通路。提取钙信号通路中8个基因，其中Atp2b4、Camk2d、Tnnc1、Adra1b均在POD3高表达，RT-qPCR验证Camk2d上调最为显著，且Camk2d表达与MEred模块特征基因及认知行为指标显著相关，提示Camk2d是POCD核心调控基因。
3.5 CaMKIIδ上调伴随海马神经炎症和凋亡增加
Western blot显示，CaMKIIδ、磷酸化NF-κB（p-NF-κB）和促凋亡蛋白Bax在POD3表达最高，抗凋亡蛋白Bcl-2在POD3降至最低；TUNEL染色证实凋亡细胞比例在POD3最高，表明CaMKIIδ表达上调与神经炎症和神经元凋亡在时间上高度一致。
3.6 抑制CaMKII改善老龄大鼠术后认知功能障碍
在药物干预阶段，KN-93给药后，MWM探针实验中平台潜伏期缩短，目标象限停留时间和平台穿越次数增加，Y迷宫自发交替率提高，而训练阶段逃避潜伏期和游泳速度无组间差异，表明CaMKII抑制可改善POCD大鼠的空间记忆和工作记忆损伤。
3.7 药理抑制CaMKIIδ减轻海马神经炎症和神经元凋亡
KN-93干预后，H&E和Nissl染色显示海马CA1区神经元损伤显著减轻；Western blot证实CaMKIIδ、p-NF-κB和Bax蛋白水平降低，Bcl-2水平恢复；ELISA显示血清和海马IL-1β、IL-6、TNF-α水平均显著下降；TUNEL凋亡指数明显降低。这些结果表明，CaMKIIδ的药理抑制可同时阻断神经炎症和神经元凋亡通路。
讨论部分指出，CaMKIIδ在正常海马中基础表达低，但在手术创伤和钙超载等应激条件下可被显著诱导，其上调幅度超过同通路其他基因，提示其作为损伤诱导型激酶参与POCD发病。CaMKIIδ通过激活NF-κB启动促炎转录，同时调节Bcl-2/Bax平衡促进凋亡，KN-93可同时干预这两条通路，优于针对单一炎症因子或凋亡分子的策略。研究还发现血清与海马细胞因子水平正相关，支持外周炎症经血脑屏障或迷走传入通路向中枢传递的外周-中枢炎症耦联机制。局限性包括未设单纯七氟烷组、使用泛CaMKII抑制剂而非CaMKIIδ特异性敲低、术中生理参数未系统记录以及自噬分析局限于转录水平等。
研究结论为：利用老龄大鼠脾切除POCD模型，研究人员确定POD3为认知下降、海马神经炎症和神经元凋亡的关键窗口。转录组分析和实验验证显示，CaMKIIδ在该时期显著上调，其表达变化与NF-κB激活及Bax/Bcl-2凋亡信号失调平行。KN-93药理学抑制CaMKII可减轻海马神经炎症、减少神经元凋亡并改善认知障碍。综上，这些发现表明Camk2d上调与POCD发病密切相关，CaMKII信号通过调节海马神经炎症和神经元凋亡参与POCD病理过程，可能成为围术期认知保护的潜在治疗靶点。
