2024年12月26日，同济大学附属上海市第四人民医院熊利泽/田莉团队在Aging Cell在线发表题为“DNMT3a deficiency contributes to anesthesia/surgery-induced synaptic dysfunction and cognitive impairment in aged mice”的研究论文，该研究报道麻醉手术通过影响海马神经元细胞DNMT3a表达，引发老年小鼠术后DNA甲基化修饰功能紊乱，参与术后长时程增强（LTP）的减弱与术后认知功能损伤发生。

围术期神经认知障碍（PND）是老年患者最常见的围手术期并发症之一，影响高达 10.1%-59%的老年手术患者。PND与不良后果相关，包括住院时间延长、发病率和死亡率增加。随着人口老龄化的不断加剧，PND引发的医疗负担大幅增加。

衰老是PND发生的首要危险因素。表观遗传的程序化改变是衰老的重要特征，这些变化可导致衰老大脑脆弱性增加，抵抗外界刺激的恢复能力下降。当受到麻醉药物和手术创伤刺激时，衰老大脑更易出现突触可塑性和认知功能受损。尽管部分表观遗传机制（例如组蛋白修饰和非编码 RNA）最近已被证实与PND发生有关，但其具体机制仍不清楚。因此，解析麻醉手术对衰老大脑表观遗传学的影响及潜在机制，将有助于开发针对PND的早期治疗策略。 

研究首先利用RNA-Seq筛选发现，麻醉手术后老年小鼠海马脑区内多项与DNA甲基化修饰有关的功能显著变化，主要表现为5甲基胞嘧啶生成减少与DNA甲基化整体水平降低。DNMT3a是建立DNA甲基化修饰的关键酶，进一步实验发现术后海马神经元细胞内DNMT3a表达下降是DNA甲基化水平降低的重要原因。在神经元细胞中特异性敲减DNMT3a在老年小鼠中诱导明显的长时程增强功能受损及学习记忆功能损伤。这些结果提示DNMT3a降低是影响术后神经功能的重要原因。

为了深入探究潜在机制，通过RRBS甲基化测序发现，术后DNMT3a的降低会导致海马脑区甲基化修饰模式的改变。通过TBS靶向甲基化检测进一步发现DNMT3a表达下降会促使神经损伤相关因子LRG1启动子区域甲基化水平的下降，最终造成其表达升高引起导致LTP损伤。通过特异性调控神经元细胞中DNMT3a含量或补充甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM），能够有效改善术后DNA甲基化修饰功能紊乱，显著减少突触损伤，预防老年小鼠术后认知功能损伤发生。

综上所述，本研究揭示了麻醉手术对于老年小鼠脑内DNA甲基化为主的表观遗传修饰功能的影响，描绘了术后老年小鼠海马脑区DNA甲基化修饰模式的变化特征，证实了DNA甲基转移酶DNMT3a在其中的关键调控作用。为理解衰老患者术后认知功能损伤的发病机制提供了新的线索，并为PND的防治提供了潜在靶点。

同济大学附属上海市第四人民医院丛培林博士后、黄新伟研究员、张茜博士为本文第一作者。

同济大学附属上海市第四人民医院熊利泽教授、田莉教授为本文共同通讯作者。

该研究主要得到国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金和科技创新2030-脑科学与类脑研究重大项目等项目资助。

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