下丘腦室旁核血管緊張素Ⅱ1型受體-Toll樣受體4信號(hào)介導(dǎo)高血壓的研究進(jìn)展

趙珊 張琪

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院,陜西 咸陽(yáng) 712046;2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,陜西 咸陽(yáng) 712046)

人們對(duì)于探索高血壓這一疾病治療的腳步從未停歇。在1935—1960年,人們就已經(jīng)引入外科交感神經(jīng)切除術(shù)作為治療高血壓的手段,卻難以避免各種術(shù)后的副作用[1]。隨著對(duì)藥物的深入研究,腎上腺素受體拮抗藥、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑、血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑(angiotensin Ⅱ receptor blocker,ARB)等逐步成為高血壓的首選治療方案。然而,仍有部分患者難以達(dá)到目標(biāo)血壓。對(duì)于無(wú)法控制的高血壓患者,基于導(dǎo)管的腎交感神經(jīng)切斷是一種可行的治療選擇[2]。該治療方案通過減少交感神經(jīng)活動(dòng)和腎素的釋放,從而達(dá)到降低血壓的目的[2]。然而此方案并不能保證交感神經(jīng)活動(dòng)被完全阻斷[3]。最新的微創(chuàng)治療方案腹腔鏡去腎神經(jīng)術(shù)可切除腎動(dòng)脈外壁的交感神經(jīng),達(dá)到治療高血壓的目的[3]。但受限于設(shè)備儀器的問題,該方案還有待進(jìn)一步開發(fā)。目前,電針治療已被證實(shí)可通過抑制下丘腦室旁核(paraventricular hypothalamic nucleus,PVN)內(nèi)的交感神經(jīng)活動(dòng)治療高血壓大鼠[4]。有體外試驗(yàn)[5]表明,從玄參中提取的哈巴苷可通過抑制Toll樣受體4(Toll-like receptor 4, TLR4)相關(guān)通路,減輕血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ, Ang Ⅱ)介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥和血腦屏障破壞。基于現(xiàn)有的研究成果,為了有效治療高血壓,確定新的可行的治療方案,筆者將以交感神經(jīng)為切入點(diǎn),通過對(duì)PVN小膠質(zhì)細(xì)胞活化機(jī)制的梳理,確定血管緊張素Ⅱ 1型受體(angiotensin Ⅱ type 1 receptor, AT1R)-TLR4信號(hào)在高血壓進(jìn)程中扮演的角色,以期探尋高血壓治療神經(jīng)系統(tǒng)方面的有效靶點(diǎn)。

1 腦內(nèi)源性AngⅡ的合成及高血壓的發(fā)生和發(fā)展

AngⅡ是一種血管活性多肽,源自于腎素和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶對(duì)此前的血管緊張素原進(jìn)行一系列的復(fù)雜處理。因?yàn)槠渚哂姓{(diào)節(jié)血壓的功能,所以AngⅡ被認(rèn)定是高血壓的關(guān)鍵參與者。

大腦是自主神經(jīng)功能的中樞調(diào)節(jié)器,通過影響體液動(dòng)態(tài)平衡以及交感神經(jīng)活動(dòng),在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[6]。同時(shí),大腦具備合成內(nèi)源性AngⅡ的能力和條件。血管緊張素原、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶、腎素均被發(fā)現(xiàn)可在腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞或神經(jīng)元表達(dá)[6]。

腦內(nèi)源性血管緊張素原和腎素-血管緊張素系統(tǒng)的變化,與動(dòng)脈壓的變化密切相關(guān),這一點(diǎn)在小鼠模型上已經(jīng)得到驗(yàn)證[7]。盡管大腦對(duì)外源性和內(nèi)源性AngⅡ均可作出反應(yīng),神經(jīng)源性高血壓的產(chǎn)生是否完全歸因于腦內(nèi)源性AngⅡ的作用仍有待明確。畢竟高血壓的發(fā)生不可避免地影響血腦屏障通透性的變化。但究其根本,是來(lái)自循環(huán)的AngⅡ還是來(lái)自中樞的AngⅡ?qū)Ω哐獕旱挠绊懜?仍待商榷。

2 PVN交感神經(jīng)活動(dòng)與高血壓的發(fā)生和發(fā)展

腎素-血管緊張素系統(tǒng)是血壓和體液平衡的主要調(diào)節(jié)器,其功能主要由AT1R介導(dǎo),包括血管收縮、醛固酮釋放、血管平滑肌收縮等[8]。在大腦不同區(qū)域?qū)T1R進(jìn)行阻斷,均會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的降壓效應(yīng)[9]。ARB在臨床應(yīng)用中已被證實(shí)對(duì)高血壓患者具有有益作用,ARB的代表藥物奧美沙坦是目前臨床實(shí)踐中的一線降壓藥物[10]。然而,對(duì)于部分難治性高血壓患者,這樣的治療方案仍不足以應(yīng)對(duì)。

在對(duì)部分難治性高血壓患者的治療中發(fā)現(xiàn),針對(duì)交感神經(jīng)系統(tǒng)的干預(yù)措施能顯著降低患者血壓[11]。交感神經(jīng)失活作為抗高血壓治療模式的干預(yù)措施逐漸走入人們的視野,目前,以導(dǎo)管為基礎(chǔ)的腎去交感神經(jīng)治療、腎交感神經(jīng)血管內(nèi)消融術(shù)等治療方案展現(xiàn)了良好的臨床前景[1]。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)內(nèi),有多個(gè)心臟調(diào)節(jié)核團(tuán)支配交感神經(jīng)流出,這其中就包括PVN。 作為大腦的重要腦區(qū)之一,PVN可通過直接和間接投射來(lái)刺激脊髓交感神經(jīng)流出,參與控制心血管、神經(jīng)內(nèi)分泌和其他與體內(nèi)平衡有關(guān)的生理功能。近年研究[12]表明,在正常生理?xiàng)l件下,室旁核似乎并未展現(xiàn)多大作用;但在持續(xù)缺水、慢性間歇性低氧這類長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)挑戰(zhàn)下,室旁核前交感神經(jīng)元對(duì)交感血管活動(dòng)的增加作出了重大貢獻(xiàn),而交感神經(jīng)促進(jìn)血管收縮的活動(dòng)恰是導(dǎo)致高血壓的重要原因。有研究[13-14]明確指出,PVN通過一些神經(jīng)遞質(zhì)參與高血壓的發(fā)生和發(fā)展,這些神經(jīng)遞質(zhì)包括去甲腎上腺素和谷氨酸。最新的研究[15]證實(shí),通過增強(qiáng)PVN前交感神經(jīng)元的谷氨酸能輸入和激發(fā)其放電活性,增加高血壓患者交感神經(jīng)的流出。除此之外,抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸對(duì)PVN的交感神經(jīng)前神經(jīng)元表現(xiàn)為負(fù)性影響。在大鼠交感神經(jīng)活性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)[14]中,向PVN注射γ-氨基丁酸受體拮抗劑荷包牡丹堿,也會(huì)使交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng),血壓、心率增加。谷氨酸能神經(jīng)元和γ-氨基丁酸能神經(jīng)元傳入PVN,使興奮性和抑制性沖動(dòng)達(dá)成平衡,以此調(diào)控交感神經(jīng)活動(dòng)[16]。最新的報(bào)道[17]也支持PVN交感過度活動(dòng)對(duì)高血壓影響這一觀點(diǎn)。故而,以交感神經(jīng)為切入點(diǎn)探索更多更有效的高血壓治療方案是切實(shí)可行的,未來(lái)的研究或可聚焦于與交感神經(jīng)密切相關(guān)的眾多遞質(zhì)。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞的激活與AngⅡ的作用

哺乳動(dòng)物CNS的正常發(fā)育和功能與小膠質(zhì)細(xì)胞的活性密切相關(guān),小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS穩(wěn)態(tài)的重要參與者,即便在靜息狀態(tài)下,小膠質(zhì)細(xì)胞依然處于高度變化的運(yùn)動(dòng)過程中[18]。小膠質(zhì)細(xì)胞在不同的時(shí)期、環(huán)境和刺激下可極化成多種表型[19],其中的M1表型也被稱為是經(jīng)典激活的小膠質(zhì)細(xì)胞,特征是產(chǎn)生各種促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)以及活性氧(reactive oxygen species, ROS)、一氧化氮等[20]。M1狀態(tài)由促炎因子和病原體誘導(dǎo)產(chǎn)生,刺激TLR4被認(rèn)為是主要的激活途徑之一[21]。在正常生理?xiàng)l件下,小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)為典型的分叉形態(tài),胞體小、突起細(xì),被稱為靜止性小膠質(zhì)細(xì)胞[22]。一旦被激活,小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)也會(huì)發(fā)生變化,經(jīng)典表現(xiàn)為突起回縮和增厚,細(xì)胞體肥大[22]。小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)的變化可作為其激活與否的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

AngⅡ?qū)NS具有深遠(yuǎn)影響。有證據(jù)[23]表明,AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓涉及小膠質(zhì)細(xì)胞的激活以及PVN中促炎細(xì)胞因子的增加,這些因子包括TNF-α、IL-6和IL-1β。對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rats, SHR)和Wistar京都大鼠進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),PVN小膠質(zhì)細(xì)胞的端點(diǎn)和分支長(zhǎng)度均減少,這表明,大多數(shù)PVN小膠質(zhì)細(xì)胞被慢性激活,可能傾向于M1表型[21]。以上促炎細(xì)胞因子的增加和形態(tài)學(xué)的改變,無(wú)疑是證明AngⅡ可激活PVN小膠質(zhì)細(xì)胞更有力的證據(jù)。

AngⅡ刺激小膠質(zhì)細(xì)胞激活也導(dǎo)致了PVN內(nèi)ROS的產(chǎn)生,這有助于高血壓交感神經(jīng)的興奮[24]。最新報(bào)道[17]顯示,AngⅡ通過誘導(dǎo)PVN小膠質(zhì)細(xì)胞活化,釋放促炎細(xì)胞因子并引起氧化應(yīng)激,促進(jìn)交感神經(jīng)過度活動(dòng)引發(fā)高血壓。使用小膠質(zhì)細(xì)胞活化抑制劑米諾環(huán)素進(jìn)行干預(yù)可減輕炎癥和氧化應(yīng)激,改善AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓[17]。這項(xiàng)研究?jī)H在SHR模型進(jìn)行,尚存在局限性,未來(lái)或可進(jìn)行神經(jīng)元細(xì)胞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4 室旁核小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的AT1R-TLR4信號(hào)對(duì)高血壓的調(diào)節(jié)

TLR4來(lái)自于Toll樣受體家族,在先天免疫中起著至關(guān)重要的作用[25]。此前的研究[26]確定了TLR4信號(hào)參與腦損傷和缺血性損傷引發(fā)的炎癥。在最新的研究[27]中,對(duì)PVN的TLR4進(jìn)行抑制可顯著逆轉(zhuǎn)交感神經(jīng)的激活。

小膠質(zhì)細(xì)胞是CNS內(nèi)主要的脂多糖反應(yīng)細(xì)胞,在CNS的先天免疫活動(dòng)中發(fā)揮極其重要的作用。類似于巨噬細(xì)胞,小膠質(zhì)細(xì)胞能表達(dá)多種識(shí)別病原體相關(guān)分子模式的受體。這些模式識(shí)別受體主要有Toll樣受體家族、NOD樣受體、RIG-I樣受體和C型凝集素受體。在CNS內(nèi),小膠質(zhì)細(xì)胞比星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)TLR4介導(dǎo)的病原體相關(guān)分子模式檢測(cè)更敏感[28]。小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)TLR4 mRNA的這一特性也是小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的重要區(qū)別點(diǎn)[29]。

AngⅡ-AT1R信號(hào)在調(diào)節(jié)TLR4蛋白表達(dá)中起到了正向作用,AngⅡ通過AT1R上調(diào)TLR4 mRNA和蛋白的表達(dá)[30]。不僅如此,中樞TLR4的前饋上調(diào)也依賴于AT1R-TLR4信號(hào)通路的激活[21]?？驳厣程棺鳛锳RB的一種,已被證實(shí)體內(nèi)外均能抑制脂多糖誘導(dǎo)的TLR4在mRNA和蛋白水平的表達(dá)[31]。有研究[30]表明,AngⅡ通過刺激TLR4 mRNA的轉(zhuǎn)錄進(jìn)而上調(diào)TLR4蛋白,這一過程與TLR4啟動(dòng)子上的激活蛋白-1和E-26特異序列結(jié)合位點(diǎn)相關(guān)。

無(wú)論是體內(nèi)還是體外,TLR4在脂多糖誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷和細(xì)胞死亡中起著至關(guān)重要的作用——TLR4的激活將導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,對(duì)神經(jīng)元或許造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害[29]。針對(duì)TLR4的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)[32]證明了TLR4信號(hào)可通過神經(jīng)元內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活小膠質(zhì)細(xì)胞,促進(jìn)炎癥反應(yīng)。一項(xiàng)報(bào)道小膠質(zhì)細(xì)胞中含半胱氨酸的胱天蛋白酶(caspase)信號(hào)的研究[33]指出,激活的TLR4將依次激活caspase8、caspase3和caspase7,而這些caspase信號(hào)又參與了小膠質(zhì)細(xì)胞中TLR4的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。其中,caspase3能裂解蛋白激酶Cδ(protein kinase Cδ, PKCδ),而裂解的PKCδ可調(diào)節(jié)核因子-κB(nuclear factors-κB, NF-κB)的激活以及炎癥因子的產(chǎn)生,這些炎癥因子包括IL-1β和TNF-α[33]。在最新的研究[34]中,木犀草素就可通過抑制PVN中NF-κB介導(dǎo)的炎癥進(jìn)而降低高血壓。另一方面,對(duì)SHR模型使用特異性TLR4抑制劑,可發(fā)現(xiàn)PVN內(nèi)TLR4被抑制,SHR中平均動(dòng)脈壓,TNF-α、IL-1β這類炎性細(xì)胞因子和交感神經(jīng)驅(qū)動(dòng)力降低,但這在Wistar京都大鼠中并未發(fā)生[35]。同樣使用TLR4抑制劑的另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)[36]也肯定了這個(gè)結(jié)果。在最新的報(bào)道[37]里,研究者探討了Toll樣受體拮抗劑在腦卒中誘發(fā)腎血管性高血壓大鼠模型中的應(yīng)用,結(jié)果表明模型大鼠的行為得到改善,腦白質(zhì)損傷減少,包括TLR4以及NF-κB在內(nèi)的幾種關(guān)鍵炎癥因子、氧化應(yīng)激因子表達(dá)減少。也就是說,SHR中的高血壓反應(yīng)至少部分由PVN中的TLR4介導(dǎo),并且當(dāng)PVN中TLR4被抑制,交感神經(jīng)的活性會(huì)隨著減弱,這為降低血壓和改善炎癥的治療方案提供了較為明確的一項(xiàng)靶點(diǎn)。

使用PVN切片的離體研究[38]也證實(shí)了TLR4的重要性,在使用外源性AngⅡ后,AT1R信號(hào)與TLR4之間存在相互作用,具體表現(xiàn)為AngⅡ介導(dǎo)的PVN小膠質(zhì)細(xì)胞的激活需要功能性的TLR4。另一項(xiàng)SHR的實(shí)驗(yàn)[21]也表明,AT1R和TLR4是小膠質(zhì)細(xì)胞激活所必需的。AngⅡ通過AT1R誘導(dǎo)PVN內(nèi)ROS的產(chǎn)生,這一過程同樣離不開功能性的TLR4[38]。TLR4在血腦屏障通透性的變化中也發(fā)揮了相當(dāng)大的作用,抑制TLR4能恢復(fù)PVN中血腦屏障的通透性,這無(wú)疑表明TLR4的激活是AngⅡ促進(jìn)血腦屏障破壞的潛在機(jī)制[21]。

可以非?？隙ǖ卣f,AT1R與TLR4關(guān)系匪淺,至少在PVN中是這樣的(見圖1)。同樣使用SHR模型,對(duì)其使用AT1R拮抗劑替米沙坦進(jìn)行干預(yù)后,SHR的PVN中TLR4依賴性的TNF-α、IL-1β和IL-6水平明顯降低[39]。若在實(shí)驗(yàn)中將SHR的AT1R或TLR4封鎖,則促炎細(xì)胞因子(proinflammatory cytokines, PIC)被下調(diào)[21]。PVN中PIC的激活對(duì)于交感神經(jīng)興奮和高血壓反應(yīng)非常重要[40]。這些研究結(jié)果提示AT1R-TLR4信號(hào)機(jī)制均參與SHR交感神經(jīng)興奮和高血壓反應(yīng)的調(diào)節(jié)。

圖1 CNS中AngⅡ通過AT1R-TLR4信號(hào)通路使交感神經(jīng)興奮

5 小結(jié)

大量研究和數(shù)據(jù)支持AT1R-TLR4信號(hào)在中樞高血壓中的重要作用,PVN小膠質(zhì)細(xì)胞似乎是高血壓干預(yù)治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。中樞對(duì)于心血管系統(tǒng)的調(diào)控十分復(fù)雜,但隨著技術(shù)的進(jìn)步,高血壓進(jìn)程中小膠質(zhì)細(xì)胞和血腦屏障的變化或可依托成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化,以期對(duì)中樞調(diào)控心血管系統(tǒng)得到更加深入的了解。盡管諸多研究已證實(shí)AT1R-TLR4信號(hào)在高血壓模型PVN小膠質(zhì)細(xì)胞活化中的機(jī)制,但大多在SHR上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,因此這部分的理論研究亟需大量臨床數(shù)據(jù)加以佐證。部分用到TLR4抑制劑和AT1R拮抗劑的實(shí)驗(yàn)也僅限于雄性大鼠,性別是否具有差異性仍不能準(zhǔn)確定論,因此需進(jìn)一步研究TLR4抑制劑和AT1R拮抗劑對(duì)雌性高血壓狀態(tài)的影響程度。在CNS內(nèi),除了PVN,尚有其他心臟調(diào)節(jié)核團(tuán)支配交感神經(jīng)流出,如延髓頭端腹外側(cè)核和孤束核,AT1R-TLR4信號(hào)對(duì)于它們中的小膠質(zhì)細(xì)胞活化機(jī)制的研究也有待深入,未來(lái)也許同樣會(huì)成為高血壓干預(yù)治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。