术后认知功能障碍（postoperativecognitiondysfunction,POCD）是一种常见的中枢神经系统并发症,出现在手术和/或麻醉后,它的主要临床表现是患者在手术和/或麻醉后认知功能下降。近年来研究提出POCD的发病机制假说有Aβ假说、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor,BDNF）假说、胆碱能学说、氧化应激学说、炎症反应假说等等,这些病理机制相互关联、互相促进。有研究人员假设,POCD不是一种诊断学意义上的疾病,而更像是一种综合征,是一组病理改变的统合,表现出了相同或相近的症状,集中体现为麻醉手术后出现的年龄相关的记忆丧失和个性改变。已有大量研究表明,吸入麻醉剂,包括异氟醚、地氟醚、七氟醚等,与术后认知功能障碍的发生密切相关。与之相对的是,近年来,研究人员发现,中低剂量氯胺酮对认知功能具有改善作用。氯胺酮不仅镇痛效果好,而且较少影响呼吸,常用于临床外科手术中。有介于此,同样作为临床外科手术麻醉用药,异氟醚联合氯胺酮用药可能具备抗POCD的应用潜力。但是在异氟醚吸入和氯胺酮同时使用时,认知功能的变化以及具体作用机制尚不清楚。PI3K/AKT/GSK-3β信号通路是重要的信号通路、在各处细胞中广泛存在。这个信号转导通路在维持细胞生存、抑制细胞凋亡中起着重要的作用,是一个经典的抗凋亡、促存活通路。这一通路变化同氯胺酮和异氟醚参与的生物学过程密切相关。因此,在本研究中,我们通过PI3K/AKT/GSK-3β途径来观察氯胺酮对异氟醚诱导的认知功能损伤的保护作用。具体研究如下:方法:使用20月龄Sprague Dawley老年大鼠进行实验研究。将大鼠分成六组,每组10只,分别接受不同剂量的氯胺酮、美金刚以及空白对照。具体如下:组Ⅰ:空白对照组,只接受腹腔注射生理盐水;组Ⅱ:异氟醚组:只吸入异氟醚;组Ⅲ:低剂量氯胺酮实验组,异氟醚吸入后,腹腔注射氯胺酮（2.5 mg/kg）;组Ⅳ:中剂量氯胺酮实验组,异氟醚吸入后,腹腔注射氯胺酮（5 mg/kg）;组V:高剂量氯胺酮实验组,异氟醚吸入后,腹腔注射氯胺酮（10mg/kg）;组Ⅵ:美金刚实验组,异氟醚吸入后,腹腔注射美金刚（10mg/kg）。大鼠的认知功能测定使用Morris水迷宫实验、避暗实验进行。之后将大鼠麻醉后心内注射处死、取海马检测多种指标的表达。结果:（1）此次动物学实验中,我们首先进行了空白对照组和异氟醚组的老年大鼠实验,以验证异氟醚造模的可靠性。实验结果表明,与空白对照组相比,在Morris水迷宫实验、避暗实验中,异氟醚组大鼠的认知功能表现都较差,可以认为异氟醚诱导出了老年大鼠的认知功能障碍。之后进行的不同剂量氯胺酮实验组行为学实验研究结果显示,氯胺酮明显增强了认知功能,并且呈现剂量依赖效应,对异氟醚诱导的认知功能损伤表现出了神经保护作用。（2）异氟醚吸入引起老年大鼠海马Aβ增加、BDNF下降,氯胺酮治疗可减少Aβ、增加BDNF表达,为氯胺酮剂量依赖性;异氟醚吸入影响大鼠海马胆碱能系统活性,氯胺酮治疗可升高AchE活性,反映出胆碱能系统活性升高;氯胺酮的干预能逆转异氟醚引起的大鼠海马氧化应激,减少蛋白质羧基含量、减少脂质氧化产物MDA,提高抗氧化物质SOD、GSH、CAT等;氯胺酮可逆转异氟醚引起的神经系统炎症,降低异氟醚诱导的促炎细胞因子Il-1β、Il-6、Tnf-α、Caspase-3基因mRNA表达,以及IL-1β、IL-6、TNF-α、caspase-3的蛋白表达;随着氯胺酮剂量逐渐增加,各指标逐渐接近美金刚治疗组。（3）对组蛋白乙酰化的影响:暴露于异氟醚的老年大鼠海马中,组蛋白乙酰化失调,表现为Ac-H3K9和Ac-H4K12浓度降低。经氯胺酮治疗后,异氟醚引起的组蛋白去乙酰化作用,随着氯胺酮的剂量升高、依赖性降低。同时,对组蛋白乙酰化酶基因以及蛋白表达的检测表明,Hdac1基因mRNA、HDAC1蛋白表达水平未因异氟醚和氯胺酮治疗而改变。异氟醚诱导组Hdac2基因mRNA、HDAC2蛋白表达水平升高、Cbp基因mRNA、CBP蛋白表达水平降低。氯胺酮治疗组Hdac2基因mRNA、HDAC2蛋白表达水平降低,Cbp基因mRNA、CBP蛋白表达水平水平升高。随着氯胺酮剂量逐渐增加,各指标逐渐接近美金刚治疗组。（4）对p53、p21WAF1/CIP1表达的影响:异氟醚诱导神经细胞衰老、神经元DNA损伤,表现为大鼠海马细胞p53、p21WAF1/CIP1表达增加,介导细胞周期停止。氯胺酮治疗,降低了异氟醚诱导的大鼠神经元DNA损伤,减少p53、p21WAFl/CIP1的表达。随着氯胺酮剂量逐渐增加,各指标逐渐接近美金刚治疗组。（5）对PI3K/AKT/GSK-3β通路蛋白表达的影响:异氟醚诱导组大鼠p-AKT/AKT水平降低。氯胺酮治疗后p-AKT/AKT水平升高,随着氯胺酮浓度升高、p-AKT/AKT水平逐渐升高,为氯胺酮浓度依赖性。异氟醚诱导组大鼠GSK-3β表达水平受到抑制,氯胺酮治疗后GSK-3β表达上调,随着氯胺酮浓度升高、GSK-3β水平逐渐升高,为氯胺酮浓度依赖性。异氟醚抑制了 PI3K/AKT/GSK-3β通路,损害认知功能。而氯胺酮激活了异氟醚诱导抑制的PI3K/AKT/GSK-3β通路。随着氯胺酮剂量逐渐增加,各指标逐渐接近美金刚治疗组。讨论:认知功能障碍的神经病理机制包括Aβ错误折叠、聚集,以及引发的神经毒性。BDNF可能是认知表现的关键因素,尤其是在学习和记忆方面。BDNF表达和信号的变化,可能导致神经退行性变。本次实验,异氟醚吸入引起大鼠海马Aβ增加、BDNF下降,氯胺酮治疗可减少Aβ、增加BDNF表达。各种内源性和外源性活性氧的不断产生导致细胞持续和累积的氧化损伤,并改变许多细胞功能。蛋白质羰基化是氧化应激相关疾病的主要标志,是一种氧化蛋白质修饰,这种修饰是不可逆的。氯胺酮的干预能逆转异氟醚引起的脑部氧化应激,减少蛋白质羧基含量、减少脂质氧化产物MDA,提高抗氧化物质SOD、GSH、CAT等。炎症在POCD的发病机制中起着重要作用。细胞因子在学习记忆中发挥重要作用。氯胺酮可逆转异氟醚引起的神经系统炎症。组蛋白的赖氨酸乙酰化和脱乙酰化是基因表达的关键调节因子,调控着神经元生长和增殖,在认知功能中发挥非常重要的作用。赖氨酸乙酰化由赖氨酸乙酰转移酶（KATs）催化,通常促进基因转录,促进认知能力,CBP是一种关键的乙酰转移酶,而相反的过程,由组蛋白赖氨酸脱乙酰酶（HDAC）催化,拮抗基因转录,对多个大脑区域的认知产生负调节。其中,HDAC2是HDAC抑制对认知功能影响的主要媒介,HDAC1对认知功能影响较小。此次研究中,异氟醚可引起大鼠海马神经细胞组蛋白脱乙酰化,表现为Ac-H3K9和Ac-H4K12浓度降低,HDAC2水平升高,CBP水平降低。而氯胺酮治疗,可改善这种变化,减少组蛋白脱乙酰化,进而改善认知功能。神经元细胞衰老,指细胞周期停滞,主要发生在细胞周期的G0/G1期,病理情况下会造成神经退行性疾病。其中最重要的是DNA损伤修复反应。在损伤过程中,p53基因被激活,p53的表达可以诱导p21（CIP1/WAF1）的转录表达,诱导细胞G1期停滞,避免损伤后的DNA进入下一步的S期,确保细胞分裂时遗传信息的传递正确进行。PI3K/AKT/GSK-3β信号通路在衰老和许多神经退行性疾病过程中,发挥多个方面的作用。包括促进tau蛋白的过度磷酸化,调节BDNF和其他神经肽的转录,参与神经炎症的进展,影响线粒体功能,影响突触可塑性,调控CREB-CBP通路参与组蛋白乙酰化,参与调节神经元的生长、增殖、分化和凋亡等等。皮层和海马中PI3K/AKT/GSK-3β信号通路抑制导致了动物实验中神经退行性变和空间学习障碍。我们发现,异氟醚诱导抑制PI3K/AKT/GSK-3β通路,损害认知功能。而氯胺酮能够激活异氟醚抑制的PI3K/AKT/GSK-3β通路,改善认知功能。Morris水迷宫实验和避暗实验是目前经典的学习记忆实验之一,广泛用于大鼠/小鼠动物实验来检测其认知功能。本次行为学实验结果表明,异氟醚诱导了大鼠的认知功能损伤,氯胺酮治疗改善了大鼠的认知功能。与我们的预期符合。综上,我们得出结论,在异氟醚诱导认知功能障碍的老年大鼠中,氯胺酮发挥抗凋亡、抗炎、抗氧化等作用,改善组蛋白脱乙酰化、改善DNA损伤,进而阻止异氟醚麻醉带来的认知功能损伤。而氯胺酮的这种作用可能是通过PI3K/AKT/GSK-3β通路实现的。本次研究的不足在于样本量相对较小以及缺乏对P13K-AKT-GSK-3β通路内部的具体研究,比如异氟醚、氯胺酮对该通路的抑制/激活是否通过共同的位点。这些都需要进一步研究。另外,氯胺酮副作用较多,包括精神症状、溃疡性膀胱炎等。同时氯胺酮的代谢产物（R）-氯胺酮副反应较少。需要进一步研究探索（R）-氯胺酮是否可以发挥同样的认知保护作用。