隨著年齡增長，接受外科手術的老年患者面臨一個常見卻棘手的并發癥——圍術期神經認知障礙。這是一種發生在麻醉和手術后的認知功能下降，輕則表現為短暫的記憶模糊，重則可能發展為長期的認知損害，甚至增加未來罹患阿爾茨海默病的風險。盡管臨床研究早已發現，患者腦脊液中的乳酸水平升高與PND的嚴重程度密切相關，但乳酸究竟是如何“搞亂”大腦認知功能的，其背后的分子“黑匣子”卻一直未能打開。乳酸，這個曾經被視為代謝廢物的分子，如今已被證明能在細胞內扮演“信使”角色，通過一種名為“組蛋白乳酰化”的表觀遺傳修飾，像開關一樣調控基因的表達。那么，在PND的發生過程中，乳酸是否也通過這一機制“作祟”？它會打開哪些有害基因的“開關”？這些基因的異常表達又如何最終損害神經細胞的功能，導致認知障礙？解開這些謎團，對于理解PND的發病機理和尋找新的干預靶點至關重要。

發表于《Cellular and Molecular Life Sciences》的這項研究，正是為了破解這一系列謎題。研究人員發現，麻醉/手術會引發老年小鼠海馬區乳酸水平飆升，并特異性地升高了神經元中組蛋白H3第9位賴氨酸的乳酰化修飾水平。這種表觀遺傳變化像一個“分子開關”，激活了一個名為Ralbp1的基因，其編碼的RalBP1蛋白進而推動線粒體分裂關鍵蛋白Drp1的第616位絲氨酸發生磷酸化，導致神經元內的線粒體過度分裂、功能受損，突觸結構遭到破壞，最終表現為學習記憶能力下降。令人振奮的是，無論是通過藥物抑制乳酸生成以降低H3K9la水平，還是利用基因技術特異性敲低海馬神經元的Ralbp1，都能有效阻斷這條有害通路，挽救線粒體平衡和突觸結構，從而顯著改善小鼠的認知功能。這首次揭示了“乳酸-H3K9乳酰化-RalBP1-Drp1”信號軸在PND發生中的核心作用，將大腦代謝紊亂、表觀遺傳調控、線粒體動力學失衡和突觸功能障礙串聯成一個完整的致病鏈條，為PND的早期診斷和靶向治療提供了嶄新的思路和潛在的干預靶點。

為開展這項研究，作者主要運用了以下幾項關鍵技術：首先，他們建立了老年小鼠的圍術期神經認知障礙動物模型，采用腹腔手術聯合異氟烷麻醉進行模擬。在行為學層面，通過曠場實驗評估運動與焦慮狀態，利用巴恩斯迷宮和情境恐懼條件反射測試來量化空間學習記憶與恐懼記憶功能。在分子與細胞機制探索上，運用了蛋白質免疫印跡和免疫熒光染色檢測蛋白表達與定位；采用CUT&Tag（靶向切割及標簽化）測序技術在全基因組范圍內篩選H3K9la修飾所調控的靶基因；通過染色質免疫共沉淀定量PCR對候選基因進行驗證；利用高爾基染色觀察神經元樹突棘密度以評估突觸結構；并借助高分辨率顯微鏡觀察和定量分析神經元內線粒體的形態變化。在體外實驗中，使用小鼠海馬神經元細胞系HT22，通過添加乳酸及乳酰轉移酶抑制劑進行干預，驗證了上游信號對下游靶點的調控關系。最后，通過在海馬區立體定位注射攜帶短發夾RNA的腺相關病毒，實現了在體神經元特異性Ralbp1基因敲低，以驗證該靶點的功能。

通過行為學測試（巴恩斯迷宮和恐懼條件反射）發現，經歷麻醉/手術的老年小鼠表現出明顯的空間學習和恐懼記憶能力缺陷。同時，海馬CA1區神經元樹突棘密度顯著降低，關鍵突觸蛋白PSD95和SYN的表達也同步下降，證實了認知障礙伴隨海馬突觸的結構與功能損傷。

檢測發現，手術后第一天老年小鼠海馬組織的乳酸含量顯著升高。相應地，組蛋白整體乳酰化及特定位點H3K9la的水平也明顯上升。進一步免疫熒光共定位分析揭示，H3K9la的增加特異性地發生在海馬CA1區的神經元中，而非小膠質細胞或星形膠質細胞。

使用糖酵解抑制劑2-脫氧葡萄糖降低乳酸生成后，不僅海馬乳酸和H3K9la水平回落，神經元樹突棘密度以及突觸蛋白PSD95和SYN的表達也得到恢復。行為學測試進一步證實，降低乳酸水平能有效緩解小鼠的認知功能障礙。

通過CUT&Tag測序篩選H3K9la修飾的靶基因，結合生物信息學分析（GO和KEGG富集分析），發現“線粒體分裂的正調控”通路顯著富集。進一步分析將目標鎖定在Ralbp1基因上。染色質免疫共沉淀定量PCR證實，麻醉/手術后小鼠海馬組織中H3K9la在Ralbp1基因啟動子區的富集顯著增加。

在動物模型中，麻醉/手術后小鼠海馬區Ralbp1的mRNA和蛋白表達均上調，且RalBP1蛋白與神經元標記物NeuN共定位增加。同時，線粒體分裂關鍵蛋白Drp1的第616位絲氨酸磷酸化水平升高，電鏡觀察顯示神經元內線粒體平均長度顯著變短，表明發生了過度分裂。

在HT22細胞系中，乳酸處理可劑量和時間依賴性地增加H3K9la水平。使用乳酰轉移酶p300的抑制劑C646干預后，乳酸誘導的H3K9la升高、RalBP1蛋白表達上調以及Drp1 Ser616磷酸化增強均被部分逆轉。同時，乳酸處理導致的線粒體過度分裂和線粒體膜電位下降也得到改善。

通過向老年小鼠海馬區注射攜帶Ralbp1短發夾RNA的腺相關病毒，特異性敲低神經元中的Ralbp1表達。結果顯示，敲低Ralbp1能有效抑制麻醉/手術引起的Drp1 Ser616磷酸化增強、線粒體過度分裂以及樹突棘密度和突觸蛋白的降低，并最終改善小鼠的認知功能障礙，而不影響其運動能力。

本研究系統地闡明了麻醉/手術誘發圍術期神經認知障礙的一條新穎且完整的分子通路：手術應激導致海馬區乳酸堆積，進而驅動神經元組蛋白H3K9發生乳酰化修飾；這種表觀遺傳改變作為“基因開關”，特異性上調了Ralbp1基因的轉錄；其蛋白產物RalBP1通過促進線粒體分裂引擎蛋白Drp1的第616位絲氨酸磷酸化，觸發了神經元內線粒體的過度分裂；線粒體網絡的失衡最終損害了突觸的結構與功能，導致認知障礙。研究通過多種技術手段，從動物模型到細胞實驗，從表觀基因組篩選到在體驗證，層層遞進地證實了“乳酸-H3K9la-RalBP1-Drp1”信號軸的核心作用。

這項研究的發現具有多重重要意義。首先，它首次將代謝產物乳酸、表觀遺傳修飾組蛋白乳酰化、線粒體動力學調控和突觸功能障礙在PND的病理過程中串聯起來，提供了一個全新的、機制清晰的致病框架。其次，研究明確了H3K9la和RalBP1是這一通路中的關鍵節點，為開發針對PND的早期生物標志物和新型治療策略（例如，抑制特定組蛋白乳酰化或靶向RalBP1）提供了極具潛力的方向。最后，該研究也加深了人們對代謝-表觀遺傳互作在神經系統疾病中作用的理解，不僅為PND，也為阿爾茨海默病等其它以線粒體功能障礙和突觸丟失為特征的神經退行性疾病的機制研究提供了重要參考。盡管研究仍存在一些局限，例如未包含雌性動物模型以及缺乏電生理學證據直接關聯突觸功能變化，但其揭示的核心機制為未來更深入的研究和臨床轉化奠定了堅實的基礎。