头孢呋辛联合甲硝唑减轻脓毒症诱导的认知功能障碍

《Neuroscience》：Cefuroxime combined with metronidazole alleviates sepsis-induced cognitive dysfunction

　　

脓毒症相关性脑病（SAE）是脓毒症的严重并发症，以认知功能障碍和突触改变为特征。已知神经炎症参与SAE的发病机制，抗生素仍是脓毒症治疗的主要手段。然而，抗生素能否改善SAE尚不清楚。本研究在盲肠结扎穿刺（CLP）小鼠脓毒症模型中，探讨了头孢呋辛联合甲硝唑治疗对SAE诱导的认知损害的影响，重点关注炎症和突触蛋白表达。研究人员的发现表明，头孢呋辛联合甲硝唑治疗显著减轻了脓毒症诱导的学习和记忆缺陷。此外，给予HDAC2抑制剂伏立诺他（SAHA）同样减轻了脓毒症相关的认知功能障碍。这些改善与神经炎症减轻以及关键突触蛋白（包括drebrin和突触素）表达恢复相关。此外，该治疗使突触可塑性和免疫应答的关键调节因子TrkB、PD-1和PD-L1的异常表达恢复正常。总之，本研究强调了在SAE中靶向炎症和突触完整性的治疗潜力，并为进一步探索抗生素在脓毒症幸存者认知恢复中的作用提供了理论依据。

论文解读：头孢呋辛联合甲硝唑对脓毒症诱导认知功能障碍的改善作用

一、研究背景与目的

脓毒症相关性脑病（sepsis-associated encephalopathy, SAE）是脓毒症常见且严重的并发症，约半数脓毒症患者可发生SAE，并与病死率升高和远期并发症相关。慢性神经认知功能障碍是脓毒症幸存者最常见的长期后遗症之一，然而SAE的机制尚未完全阐明，也缺乏有效的药物治疗手段。神经炎症、突触改变、神经血管变化和免疫功能障碍均可能参与SAE的发病。程序性死亡配体1（programmed death ligand 1, PD-L1）新近被证实在SAE发病中发挥关键作用。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）-TrkB信号通路、突触素（synaptophysin）及drebrin等突触相关蛋白在认知功能维持中具有重要意义。抗生素是脓毒症治疗的基础，但不同抗生素能否预防或减轻脓毒症诱导的认知损害及其机制仍不清楚。头孢呋辛和甲硝唑是临床常用的抗脓毒症药物，能显著降低CLP脓毒症动物的炎症、死亡率和病态行为，但二者对幸存者认知功能的影响尚未见报道。基于此，研究人员提出假说：头孢呋辛联合甲硝唑以及组蛋白去乙酰化酶抑制剂伏立诺他（vorinostat, SAHA）可能通过改善脓毒症幸存小鼠海马drebrin表达来减轻认知功能障碍。该研究发表于《Neuroscience》。

二、关键技术与方法

研究人员选用雄性CD-1野生型小鼠（8–10周龄），随机分为对照组（N）、脓毒症模型组（P，盲肠结扎穿刺法建立多微生物脓毒症模型）、头孢呋辛联合甲硝唑治疗组（PM）和SAHA治疗组（PV）。术后3小时开始给药，PM组腹腔注射头孢呋辛和甲硝唑，连续3天；PV组腹腔注射SAHA。认知功能采用Barnes迷宫（评估空间学习和记忆）和恐惧条件化测试（评估情景和声音相关记忆）进行评价。在术后第1天和第21天取海马组织，采用Western blot检测p-TrkB、TrkB、PD-L1、PD-1、drebrin、synaptophysin及β-actin蛋白表达，采用ELISA检测白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）水平。

三、主要研究结果

（一）头孢呋辛联合甲硝唑减轻脓毒症诱导的学习和记忆损害

在Barnes迷宫测试中，对照组小鼠的潜伏期随训练逐渐缩短；术后第11天（短期记忆测试），模型组潜伏期显著长于对照组，而PM和PV组潜伏期显著短于模型组。术后第18天（长期记忆测试）各组无显著差异。恐惧条件化测试中，模型组在情境相关测试中的冻结时间显著减少，PM和PV组基本恢复；声音相关测试各组间无显著差异。该结果表明，脓毒症损害短期空间学习和记忆，头孢呋辛联合甲硝唑及SAHA治疗可减轻该损害。

（二）头孢呋辛和甲硝唑恢复脓毒症小鼠海马TrkB和PD-L1/PD-1表达

术后第1天，模型组海马p-TrkB和总TrkB水平显著降低，PD-L1和PD-1水平显著升高；PM和PV组上述异常均被逆转。术后第21天，p-TrkB、PD-L1和PD-1在各组间无显著差异，但模型组总TrkB仍然降低。该表明这些蛋白表达改变主要发生在脓毒症早期，联合用药或SAHA可改善这些改变。

（三）头孢呋辛和甲硝唑治疗逆转脓毒症小鼠海马炎症

术后第1天，模型组海马IL-1β和IL-6水平显著升高，PM和PV组均显著逆转该升高，提示两种治疗具有重要的抗炎作用。

（四）头孢呋辛和甲硝唑治疗减轻脓毒症小鼠海马drebrin表达下调

drebrin是树突棘中的肌动蛋白结合蛋白，与记忆形成维持有关。术后第1天，模型组drebrin表达显著下降，PM和PV组表达升高；术后第21天各组drebrin水平相当，而此时认知功能障碍已不明显。该提示drebrin减少可能参与脓毒症诱导的认知损害。

（五）头孢呋辛和甲硝唑治疗改善脓毒症小鼠海马突触素表达

突触素是突触前蛋白，常作为突触密度标志物。与文献一致，术后第1天模型组海马突触素表达降低，PM和PV组使其恢复；术后第21天各组间无显著差异。该表明治疗保护了突触完整性。

四、讨论与结论

脓毒症期间全身炎症可导致血脑屏障破坏、神经炎症以及脑内促炎因子释放，进而引起神经元功能障碍和突触损伤。本研究中IL-1β和IL-6升高伴随drebrin下降，而抗生素和SAHA的抗炎作用可能通过这些通路改善认知。PD-1/PD-L1过度激活可能加重免疫抑制和神经炎症，治疗下调其表达可能减轻炎症。TrkB是BDNF的高亲和力受体，其激活对树突棘形态和突触完整性至关重要，治疗恢复了其表达。突触素减少与认知缺陷相关，治疗通过减轻炎症而升高突触素水平。SAHA作为HDAC抑制剂，可通过调节突触可塑性和基因表达改善记忆，并恢复drebrin和突触素。研究人员指出，本研究提供的是相关性而非因果性证据，未来需通过drebrin过表达或敲减、细胞因子中和或PD-L1阻断等实验验证机制。局限性包括未设单药抗生素组、仅使用单一SAHA剂量、未检测外周细菌载量和脑内药物浓度、仅使用雄性小鼠，以及SAHA为泛HDAC抑制剂而非选择性HDAC2抑制剂。总之，脓毒症幸存动物脑内存在PD-L1/PD-1升高、神经炎症、p-TrkB和TrkB降低，继而导致drebrin和突触素减少及认知障碍；头孢呋辛联合甲硝唑或SAHA治疗可通过减轻炎症和恢复drebrin、突触素表达来挽救脓毒症诱导的认知功能障碍。