circHomer1可能通过调控老年小鼠腹侧CA1区Homer1b/mGluR5相关信号通路参与术后认知功能障碍

《Frontiers in Molecular Neuroscience》：CircHomer1 may contribute to postoperative cognitive impairment by modulating Homer1b/mGluR5-associated signaling in the vCA1 region of aged mice

　　

背景：术后谵妄（Postoperative Delirium， POD）是老年患者术后常见且严重的并发症，主要表现为认知功能下降。目前，POD的发病机制尚不清楚，因此探究其转录调控的关键机制至关重要。环状RNA（circular RNAs， circRNAs）已被认为与精神和认知障碍有关。研究人员前期的circRNA谱分析提示circRNAs可能参与术后认知改变。本研究旨在通过蛋白质印迹、免疫荧光染色、透射电子显微镜和行为学测试，探究circHomer1是否参与POD样术后早期神经认知功能障碍。方法：研究人员使用蛋白质印迹、免疫荧光染色、透射电子显微镜和动物行为学测试，探索circRNA介导POD进展的机制。结果：报告了三个主要发现。首先，胫骨骨折手术诱导了12-14月龄小鼠出现显著的认知功能障碍，证据包括术后第3天情境恐惧条件反射测试中僵直时间减少，以及旷场实验中中心区域探索时间减少。其次，在腹侧CA1（ventral CA1， vCA1）区通过小干扰RNA（small interfering RNA， siRNA）介导的circHomer1敲低显著减轻了手术诱导的认知缺陷，增加了Homer1b信使RNA（messenger RNA， mRNA）表达，并上调了代谢型谷氨酸受体5（metabotropic glutamate receptor 5， mGluR5）和突触后密度蛋白95（postsynaptic density protein 95， PSD-95）的蛋白水平。相反，siRNA介导的Homer1b敲低加剧了认知功能障碍并降低了mGluR5和PSD-95的表达，而慢病毒介导的Homer1b过表达则挽救了蛋白水平和认知功能。第三，使用激动剂CHPG药理学激活mGluR5改善了认知表现并增加了PSD-95表达，而使用拮抗剂MPEP抑制mGluR5则产生了相反的效果。结论：本研究表明，vCA1区的circHomer1可能影响老年小鼠胫骨骨折术后的认知功能，其机制可能涉及Homer1b/mGluR5信号通路，为circRNAs在脑功能和疾病中的作用提供了初步的机制性见解。

**论文解读：circHomer1调控Homer1b/mGluR5信号通路在老年小鼠术后认知功能障碍中的作用**

**一、 研究背景与意义**
术后谵妄（POD）是老年患者手术后常见的一种急性、波动性的神经精神综合征，以意识清晰度下降、注意力障碍、认知功能急性改变（如记忆受损、定向力障碍）以及睡眠-觉醒周期紊乱为主要特征。随着全球人口老龄化加剧，POD已成为一个重大的公共卫生挑战。POD不仅与住院时间延长、再入院率增加等不良预后密切相关，还会导致患者长期认知功能显著下降，并增加罹患阿尔茨海默病的风险，严重影响患者的生活质量并带来沉重的社会经济负担。然而，目前针对POD的有效预防和治疗手段十分有限，亟待深入阐明其病理生理机制以开发新的干预策略。

在此背景下，研究人员将目光投向突触可塑性与认知功能的关键调控分子。代谢型谷氨酸受体5（mGluR5）广泛分布于神经系统，深度参与突触可塑性、学习与记忆过程，并在脆性X综合征、精神分裂症等多种神经精神疾病中扮演重要角色。Homer1蛋白是突触后致密区的重要支架蛋白，其不同亚型（如短亚型Homer1a和长亚型Homer1b/c）通过调控mGluR5在细胞膜上的分布及其与下游分子的相互作用，深刻影响谷氨酸能信号传导。近年来，环状RNA（circRNA）作为一类具有调控功能的非编码RNA，在精神与认知障碍中的作用逐渐受到关注。研究人员前期研究发现，在老年POD样小鼠的海马中，circHomer1（来源于Homer1基因的转录产物）的表达特异性上调。然而，circHomer1是否以及如何通过影响Homer1/mGluR5信号通路参与POD的发生发展，尚不明确。因此，本研究旨在探究vCA1脑区circHomer1在胫骨骨折手术诱导的老年小鼠术后认知功能障碍中的作用及其潜在的分子机制，论文发表于《Frontiers in Molecular Neuroscience》。

**二、 主要技术方法概述**
本研究以12-14月龄雄性C57BL/6J老年小鼠为研究对象，通过左后肢胫骨骨折髓内钉固定术建立POD样术后神经认知功能障碍模型。研究综合运用了多种分子生物学、形态学和行为学技术。关键方法包括：通过体外培养的海马神经元进行siRNA（小干扰RNA）筛选与验证，以确定靶向circHomer1和Homer1b的最有效干扰序列；利用立体定位注射技术，向小鼠vCA1脑区微量注射经化学修饰的siRNA、过表达Homer1b的慢病毒、mGluR5激动剂CHPG或拮抗剂MPEP，进行在体基因或药理学干预；通过情境恐惧条件反射测试和旷场实验系统评估小鼠的学习记忆能力与探索行为；采用实时定量聚合酶链式反应（qRT–PCR）和蛋白质印迹法分别检测目标基因mRNA和蛋白（如circHomer1、Homer1亚型、mGluR5、PSD-95）的表达水平；运用苏木精-伊红染色、免疫组织化学、高尔基染色以及透射电子显微镜技术，从细胞形态、蛋白定位、树突棘密度及超微结构层面观察海马vCA1区的病理变化。

**三、 研究结果**
1. **胫骨骨折手术导致老年小鼠认知功能障碍**：行为学测试显示，与假手术组相比，手术组小鼠在术后第3天情境恐惧记忆测试中的僵直时间显著缩短，在旷场实验中心区域探索时间也显著减少，而总运动距离无差异，表明手术特异性地诱发了认知功能障碍，而非活动能力改变。
2. **干扰circHomer1表达可挽救手术诱导的认知缺陷及突触相关蛋白表达**：在vCA1区注射靶向circHomer1的siRNA，能显著改善手术小鼠的情境恐惧记忆和中心区域探索行为。分子检测发现，干扰circHomer1后，手术诱导的Homer1b mRNA表达下降被逆转，同时伴随mGluR5和PSD-95蛋白水平的上调。形态学分析进一步揭示，干扰circHomer1能减轻手术引起的海马神经元皱缩、vCA1区树突棘密度降低以及轴突髓鞘的超微结构损伤。
3. **circHomer1影响Homer1亚型的表达谱**：PCR分析表明，手术组小鼠vCA1区circHomer1和Homer1a的表达水平显著升高，而Homer1b的表达降低。干扰circHomer1能特异性地下调circHomer1和Homer1a，同时促进Homer1b的表达，提示circHomer1可能负向调控Homer1b。
4. **Homer1b是调控认知功能的关键分子**：研究人员通过慢病毒过表达和siRNA干扰特异性操纵vCA1区Homer1b的表达。行为学结果显示，过表达Homer1b能改善手术小鼠的认知功能，而干扰Homer1b则加剧认知障碍。蛋白质印迹分析证实，Homer1b的表达水平与mGluR5和PSD-95的蛋白水平呈正相关。过表达或干扰Homer1b对其他亚型（Homer1a、Homer1c）的mRNA表达影响甚微，表明其效应具有特异性。
5. **mGluR5活性直接调控术后认知功能**：药理学实验表明，向vCA1区注射mGluR5选择性激动剂CHPG，能上调mGluR5和PSD-95蛋白表达，并改善手术小鼠的认知表现。相反，注射拮抗剂MPEP则产生降低蛋白表达和损害认知功能的相反效果。这直接证明了mGluR5信号通路的激活状态对术后认知功能具有决定性影响。

**四、 讨论与结论**
本研究通过一系列体内外实验，揭示了老年小鼠胫骨骨折术后，海马vCA1区circHomer1表达上调，可能通过抑制Homer1b的表达，进而削弱Homer1b/mGluR5信号通路功能，导致突触后支架蛋白PSD-95表达减少、树突棘结构受损，最终引发认知功能障碍。具体而言，手术应激可能导致circHomer1异常积累，其通过与Homer1b mRNA相互作用（基于文献支持）或竞争性调控，抑制了Homer1b的生成。Homer1b表达的下降，破坏其与mGluR5形成的稳定支架复合体，影响mGluR5在突触后膜的正确定位和信号传导效率，损害突触可塑性。同时，研究中观察到的Homer1a急性期上调可能进一步通过竞争性结合mGluR5，加剧长时程Homer1b/c-mGluR5复合体的解离，协同导致信号通路功能障碍。而干预circHomer1或直接增强Homer1b/mGluR5信号（通过过表达Homer1b或使用CHPG激动剂），则能恢复突触蛋白表达、改善突触结构，从而缓解认知缺陷。

研究人员在讨论中也指出了本研究的局限性：未能通过RNA下拉等实验直接验证circHomer1与Homer1b mRNA的相互作用；由于老年小鼠脑片活性难以维持，未能检测长时程增强效应；受经费所限，未在Homer1b和mGluR5正负调控层面进行免疫荧光或电镜验证；也未检测circHomer1在胶质细胞中的表达及更下游的mGluR5信号事件。这些均为未来研究指明了方向。

**研究结论翻译**：这些发现表明，circHomer1可能通过调控老年小鼠vCA1区的Homer1b/mGluR5相关信号通路，参与POD样术后早期认知功能障碍的发生。然而，circHomer1与Homer1b之间的直接相互作用在本研究中未得到验证，需要进一步的研究。