AbstractObjective: To explore the therapeutic effect and mechanism of mesenchymal stem cells-conditioned medium in the model of postoperative cognitive dysfunction. Methods: Sixty old C57BL/6 mouse were randomly alligned to the normal control group, the postoperative cognitive dysfunction group and the postoperative cognitive dysfunction treatment group with mesenchymal stem cells-conditioned medium. We constructed the postoperative cognitive dysfunction mouse model through left liver lobectomy. Morris water maze test was used to determine the function. Elisa was used to detect the expression of IL-1β, IL-6, TNF-α and malondialdehyde. Western blot was used to detect the expression of brain derived neurotrophic factor. Results: Mesenchymal stem cells-conditioned medium attenuated postoperative cognitive dysfunction induced decreased function, increased expression of IL-1β, IL-6, TNF-α, malondialdehyde, decreased expression of brain derived neurotrophic factor. Conclusion: Mesenchymal stem cells-conditioned medium alleviated postoperative cognitive dysfunction through anti-inflammatory, anti-oxidative and inducing neurotrophic factor expression.
关键词 间充质干细胞培养液上清；术后认知功能障碍；脑源性神经营养因子
Keywords Mesenchymal stem cells-conditioned medium (MSC-CM); Postoperative cognitive dysfunction (POCD); Brain derived neurotrophic factor (BDNF)
术后认知功能障碍(Postoperative cognitive dysfunction, POCD)是指手术麻醉后发生的持续性记忆减退、注意力下降、兴趣爱好降低、理解力减弱等认知功能的障碍，常发生于需要手术麻醉的老年患者[1]。术后认知功能障碍的主要易感因素有：高龄、合并有高血压、糖尿病、冠心病等基础疾病、手术类型和时间、麻醉药物的种类、麻醉方式等。术后认知功能障碍不仅不利于患者自身基础疾病的康复，更会严重影响患者的社会适应能力，给患者及其家庭带来沉重的心理和经济压力，因此研究如何有效的治疗术后认知功能障碍具有重要的临床意义。
关于术后认知功能障碍的病理机制，目前认为是众多细胞和分子参与的复杂过程，主要与中枢神经系统炎症反应、氧化应激和自由基损伤、神经保护因子的代谢紊乱等发病机制有关[1,2]。据报道吸入异氟烷、七氟烷麻醉剂后可导致大鼠认知功能减退，海马等中枢神经部位IL-1β、IL-6、TNF-α等炎性细胞因子释放增加，NF-κB信号通路激活[3]。此外，氧化自由基的产生和中枢神经抗氧化能力的失衡也被认为是一个重要的方面，例如在脂多糖诱导术后认知功能障碍的小鼠模型中，SOD的活性降低，而MDA的含量增加，通过具有抗氧化作用的对乙酰氨基酚治疗，可以升高小鼠中枢神经中SOD的表达，降低MDA的活性[4]。同时，研究发现脑源性神经营养因子(Brain derived neurotrophic factor, BDNF)、神经生长因子(Nerve growth factor, NGF)、血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)、碱性成纤维细胞生长因子(Basic fibroblast growth factor, bFGF)等神经保护因子在术后认知功能障碍的表达紊乱，姜黄素、运动、电针等治疗方法可以通过增加神经保护因子的表达，激活其相应的信号通路缓解术后认知功能障碍[5,6]。因此，关于术后认知功能障碍治疗的研究关键在于寻找一个可以有效干预上述发病机制的药物。
间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)因具有多向分化能力而被广泛应用于各种组织器官的再生和修复，如神经、子宫、心肌、肺、骨、皮肤等[7]。然而，近年研究发现间充质干细胞的培养液上清(Mesenchymal stem cells-conditioned medium, MSC-CM)因富含间充质干细胞分泌的BDNF、NGF、VEGF、bFGF等活性蛋白而具有抗炎、抗氧化、促进组织再生和损伤保护作用[8]，因此被广泛研究于各种疾病的治疗中，如支气管哮喘[9]、骨性关节炎[10]、皮肤创伤[11]等。尽管如此，MSC-CM在术后认知功能障碍中是否具有保护作用仍缺乏研究，因此本文将构建术后认知功能障碍的动物模型，然后使用制备的MSC-CM进行尾静脉注射，通过观察小鼠的行为功能情况评价MSC-CM的效应，并从中枢神经系统炎症、氧化应激水平、BDNF的表达及其信号通路等方面探讨其作用机制。
1 材料与方法
1.1 间充质干细胞培养液上清的制备方法
1.2 术后认知功能障碍动物模型的构建
1.3 Morris水迷宫试验
1.4 Elisa定量检测脑组织中IL-1β、IL-6、TNF-α和丙二醛(malondialdehyde, MDA)的表达
1.5 Western blot检测脑组织中BDNF的表达
1.5 统计学处理
2 实验结果2.1 间充质干细胞培养液上清可以改善POCD小鼠的行为功能学表现
2.2 间充质干细胞培养液上清的抗炎作用
2.3 间充质干细胞培养液上清的抗氧化作用
2.4 间充质干细胞培养液上清对脑组织中BDNF表达的影响
3 结果讨论
术后认知功能障碍是手术麻醉后常见的中枢神经系统并发症，常常阻碍患者的康复治疗，且给患者及家庭带来沉重的心理压力。目前的主要治疗措施有胆碱酯酶抑制剂、改善脑血流量、增强记忆力等，但是仍然缺乏有效的治疗药物[12]。研究发现，术后认知功能障碍主要与中枢神经系统炎症反应、氧化应激和自由基损伤、神经保护因子的代谢紊乱等发病机制有关，因此治疗的关键在于阻断这些发病机制的参与[13,14]。
近年研究发现间充质干细胞治疗不仅仅通过定向分化为损伤组织的细胞参与损伤修复，还可以分泌各种促细胞生长因子、促血管生长因子，这些保护因子可以与周围的细胞相互作用，从而构建出一个对再生修复有利的微环境，因此间充质干细胞培养液上清在近年被用于各种疾病的治疗研究，包括支气管哮喘[9]、骨性关节炎[10]、皮肤创伤[11]等。尽管间充质干细胞培养液上清在其他各种研究中发现具有抗炎、抗氧化和促进细胞保护因子分泌的作用，但是其在术后认知功能障碍的是否发挥治疗作用仍不清楚，因此开展间充质干细胞培养液上清在术后认知功能障碍中的生物学作用及其机制具有较高的基础研究和临床应用价值。.............
参考文献
[1] 张秦缤. 术后认知功能障碍相关发病机制研究进展. 医学综述, 2015, 21(1): 34-36.
[2] 李鹏, 徐志鹏, 米卫东. 中枢炎症在术后认知功能障碍中的机制研究进展. 北京医学, 2017, 39(4): 386-389.
[3] Zhu Y, Wang Y, Yao R, et al. Enhanced neuroinflammation mediated by DNA methylation of the glucocorticoid receptor triggers cognitive dysfun
