高齢ラットにおけるイソフルラン誘発術後認知機能障害に対するPYRIN含有Apaf1様タンパク質1の効果

Effects of PYRIN-containing Apaf1-like protein 1 on isoflurane-induced postoperative cognitive dysfunction in aged rats.

• Xiaona Zhang
• Xiushuang Fan
• Fan Li
• Jinpeng Qiu
• Yang Zhang

抄録

術後認知機能障害（POCD）は、手術や麻酔後に流行する神経認知障害であり、特に高齢者に多い。イソフルランは広く使用されている麻酔薬であり、POCDの発症と関連しているが、その正確なメカニズムは明らかにされていない。本研究では、高齢ラットを2%イソフルランに曝露し、POCDモデルを構築した。その結果、PYRIN含有Apaf1様タンパク質1(PYPAF1)の発現を特異的なショートヘアピンRNAを含むレンチウイルスを用いてノックダウンした。その後、モリス水迷路を用いてラットの空間学習能力を評価した。また、逆転写定量PCRおよびウエスタンブロット解析により、mRNAおよびタンパク質の発現量をそれぞれ検出した。また、海馬におけるPYPAF1とIba-1の発現量を免疫蛍光二重染色で測定した。また、TUNEL-NeuN二重染色を用いて神経のアポトーシスを観察した。その結果、ラットではイソフルラン暴露により空間学習能力が低下し、PYPAF1のノックダウンにより認知障害が緩和されることが明らかになりました。さらに、イソフルラン暴露はPYPAF1とカスパーゼリクルートドメインを含むアポトーシス関連スペックク様蛋白質の発現を増加させ、PYPAF1のサイレンシングはこの効果を部分的に逆転させることが明らかになった。さらに、イソフルラン暴露はミクログリアとカスパーゼ-1の活性化を促進し、インターロイキン(IL)-1βとIL-18の分泌を促進したが、これらはすべてPYPAF1サイレンシングにより緩和された。さらに、イソフルラン曝露は神経細胞のアポトーシスを誘導し、BaxとCleaved caspase-3のレベルを上昇させ、Bcl-2の発現を抑制した。以上のことから、本研究の結果、PYPAF1サイレンシングにより、イソフラン誘発性の認知障害、神経炎症、神経細胞のアポトーシスが部分的に抑制されることが示唆された。このことから、PYPAF1はPOCDの治療標的となる可能性があると考えられます。

Postoperative cognitive dysfunction (POCD) is a prevalent neurocognitive disorder following surgery and anesthesia, particularly in elderly patients. Isoflurane is a widely used anesthetic agent, which is associated with the development of POCD; however, the precise mechanisms remain unclear. In the present study, aged rats were exposed to 2% isoflurane to establish a POCD model. The expression of PYRIN‑containing Apaf1‑like protein 1 (PYPAF1) was knocked down using a lentivirus containing specific short hairpin RNA. Subsequently, the spatial learning ability of rats was assessed using the Morris water maze. In addition, mRNA and protein expression levels were detected using reverse transcription‑quantitative PCR and western blot analysis, respectively. Immunofluorescence double staining was also used to determine the expression of PYPAF1 and Iba‑1 in the hippocampus. Neural apoptosis was observed using TUNEL‑NeuN double staining. The results revealed that isoflurane exposure impaired the spatial learning ability of rats, while PYPAF1 knockdown alleviated cognitive impairment. In addition, isoflurane exposure induced activation of the PYPAF1 inflammasome, as evidenced by elevated expression of PYPAF1 and apoptosis‑associated speck‑like protein containing a caspase recruitment domain, while silencing of PYPAF1 partially reversed this effect. Furthermore, isoflurane exposure promoted the activation of microglia and caspase‑1, and the secretion of interleukin (IL)‑1β and IL‑18, all of which were alleviated following PYPAF1 silencing. Moreover, isoflurane exposure induced neuronal apoptosis, elevated the levels of Bax and cleaved caspase‑3, and inhibited the expression of Bcl‑2; all of these effects were partially abrogated following PYPAF1 silencing. In conclusion, the results of the present study indicated that PYPAF1 silencing partially abolished isoflurane‑induced cognitive impairment, neuroinflammation and neuronal apoptosis. Therefore, PYPAF1 may be a potential therapeutic target for treatment of POCD.