下丘腦室旁核調(diào)控心血管活動(dòng)的研究進(jìn)展

劉宣宣，許 馭，王晨辰，綦振寶，韓 瑩*

1南京醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)系，江蘇 南京 211166；2南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院生理學(xué)教研室，江蘇 連云港 222000；3東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院秦淮醫(yī)療區(qū)口腔科，江蘇 南京 210002；4齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）工程訓(xùn)練中心，山東 濟(jì)南 250000

流行病學(xué)資料顯示每年我國(guó)因心腦血管疾病死亡的人數(shù)占總死亡人數(shù)的45%。我國(guó)患有心腦血管疾病人數(shù)超2億，隨著人口老齡化加劇，心腦血管疾病已成為我國(guó)中老年人健康的重大威脅，給社會(huì)和家庭造成十分沉重的負(fù)擔(dān)［1-2］。其中發(fā)病率較高的主要有心肌梗死、高血壓病、冠心病和慢性心力衰竭等。下丘腦室旁核（paraventricular nucleus，PVN）是中樞維持機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要神經(jīng)核團(tuán)，最近研究顯示，PVN 在心力衰竭、高血壓等心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中表現(xiàn)出重要調(diào)節(jié)作用［3］，PVN 中的多種神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)或細(xì)胞因子，參與調(diào)節(jié)交感神經(jīng)活動(dòng)，并對(duì)心血管活動(dòng)發(fā)揮調(diào)控作用。

1 PVN的解剖位置與結(jié)構(gòu)

下丘腦是第三腦室壁底部的結(jié)構(gòu)，它的前端以視交叉前緣平面為界，向后延伸到乳頭體后方，背側(cè)有丘腦溝將其與丘腦分隔開(kāi)，腹側(cè)通過(guò)漏斗柄與垂體相連。下丘腦的體積很小，僅4 g，但其功能非常復(fù)雜和重要，被認(rèn)為是皮層下自主神經(jīng)活動(dòng)的較高級(jí)神經(jīng)中樞。下丘腦由較多的神經(jīng)核團(tuán)組成，它們主要被分為4 個(gè)區(qū)，包括視前區(qū)、視上區(qū)、漏斗區(qū)和乳頭體區(qū)，每個(gè)區(qū)都由幾個(gè)核團(tuán)組成。PVN屬于視上區(qū)，位于第三腦室兩側(cè)，是下丘腦最重要的核團(tuán)之一，PVN 中含有分泌肽類激素的肽能神經(jīng)元，由大細(xì)胞部和小細(xì)胞部?jī)刹糠稚窠?jīng)元組成。

2 研究PVN神經(jīng)元功能的主要方法

2.1 電刺激法

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)單側(cè)電刺激PVN 核團(tuán)（每10 s間隔開(kāi)關(guān)，15～40 μA，20 Hz）刺激1 h，平均動(dòng)脈壓（mean arterial pressure，MAP）上升13～29 mmHg，并且腦中C-fos 蛋白表達(dá)上調(diào)［4］，電刺激可同時(shí)激活PVN內(nèi)多個(gè)目標(biāo)神經(jīng)元。

2.2 光遺傳學(xué)技術(shù)

通過(guò)光遺傳學(xué)技術(shù)刺激特定的PVN-延髓頭端腹外側(cè)核（rostral ventrolateral medulla，RVLM）神經(jīng)元可增加腎交感神經(jīng)活動(dòng)和動(dòng)脈血壓［5］。光遺傳學(xué)技術(shù)通常將光敏感基因表達(dá)于特定的細(xì)胞類型神經(jīng)元中，例如PVN中的谷氨酸能神經(jīng)元在神經(jīng)源性高血壓的發(fā)展中有重要作用，運(yùn)用光遺傳學(xué)方法，選擇性地激活谷氨酸能神經(jīng)元時(shí)，血壓呈頻率依賴性上升，并且在20 Hz、脈沖10 s 的刺激下血壓上升幅度最大約達(dá)9 mmHg，而當(dāng)PVN 中部分谷氨酸能神經(jīng)元（39.3%）損傷后，則導(dǎo)致由去氧皮質(zhì)酮-高鹽誘導(dǎo)的高血壓小鼠血壓下降［6］。

2.3 微量注射化學(xué)藥物（微型滲透泵植入技術(shù)）

使用立體定位儀三維坐標(biāo)定位，PVN 的坐標(biāo)為距前囟尾部1.8 mm，中線外側(cè)各0.4 mm，腹側(cè)至背表面7.9 mm 處，兩側(cè)PVN 均使用微量注射器緩慢給藥［7-10］。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在PVN 注射谷氨酸5 min［10 nL/（次·min）］，共注射50 nL，1 h內(nèi)大鼠MAP上升7～13 mmHg［11］。

2.4 腺病毒干擾

在PVN中微量注射腺病毒，可特異性地敲降或過(guò)表達(dá)某種特定的基因或RNA，阻止或增強(qiáng)某種蛋白在PVN 中的表達(dá)。腺病毒干擾是一種活體的慢性長(zhǎng)期刺激，可起到長(zhǎng)時(shí)間抑制或增強(qiáng)作用，效果較穩(wěn)定，特異性強(qiáng)［12-14］。

3 PVN的生理功能

下丘腦參與體內(nèi)多種生理功能的調(diào)節(jié)，包括調(diào)控心血管活動(dòng)、代謝、體溫、性行為和進(jìn)食行為等。PVN 對(duì)血壓的中樞調(diào)節(jié)功能和自主神經(jīng)內(nèi)分泌功能已被證實(shí)［15］。PVN 中的神經(jīng)元對(duì)激素的合成及釋放、神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和病理情況下的交感神經(jīng)活動(dòng)有重要作用［16-17］。

PVN 中的大細(xì)胞神經(jīng)元軸突末梢投射至垂體后葉，與垂體門脈系統(tǒng)的第一級(jí)毛細(xì)血管網(wǎng)接觸，將下丘腦調(diào)節(jié)肽血管加壓素釋放入門脈系統(tǒng)，直至全身循環(huán)。PVN 中的小細(xì)胞部合成和分泌促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素或甲狀腺激素釋放激素［18］。

PVN 的前交感神經(jīng)元直接投射向RVLM、孤束核和脊髓中間柱，調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)的功能［19-20］。PVN的前交感神經(jīng)元興奮是由PVN 神經(jīng)回路中興奮性谷氨酸能神經(jīng)突觸和抑制性γ-氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）能神經(jīng)突觸共同調(diào)節(jié)［21］。生理狀態(tài)下，興奮性與抑制性神經(jīng)突觸維持平衡，交感神經(jīng)活動(dòng)穩(wěn)定。病理狀態(tài)下，如高血壓時(shí)，PVN的前交感神經(jīng)元中抑制性（GABA能）突觸和興奮性（谷氨酸能）突觸失衡，GABA能神經(jīng)突觸受損，谷氨酸能神經(jīng)突觸增強(qiáng)，前交感神經(jīng)元異常激活，使交感神經(jīng)活動(dòng)病理性增強(qiáng)［18］。

心交感傳入反射（cardiac sympathetic afferent reflex，CSAR）是調(diào)節(jié)交感神經(jīng)和心血管活動(dòng)的重要反射，在慢性心力衰竭和高血壓疾病的發(fā)生中起重要作用。使用腺苷、緩激肽或過(guò)氧化氫等對(duì)支配心臟的交感神經(jīng)傳入末梢進(jìn)行化學(xué)刺激，或用電刺激心臟交感神經(jīng)傳入纖維，會(huì)增加血壓和交感神經(jīng)活動(dòng)，這種正反饋的交感興奮性反射被稱為CSAR［22］。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)雙側(cè)電損傷PVN或海鹽酸選擇性抑制PVN后，CSAR消失，谷氨酸刺激PVN神經(jīng)元興奮可增強(qiáng)CSAR 活動(dòng)，證明PVN 是CSAR 中樞神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)鍵組成部分［23］。

4 PVN中內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)對(duì)心血管的調(diào)控作用

4.1 血管緊張素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，AngⅡ）

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，內(nèi)源性的AngⅡ作用于其1 型受體刺激交感神經(jīng)和神經(jīng)內(nèi)分泌，從而影響心血管功能［24］，AngⅡ是PVN 中一種重要的神經(jīng)調(diào)節(jié)肽，在高血壓和心力衰竭中，PVN中AngⅡ被大量激活，并導(dǎo)致異常的交感神經(jīng)-體液活動(dòng)［25］。在心力衰竭模型的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)心力衰竭動(dòng)物的PVN 區(qū)域的AngⅡ1 型受體明顯上調(diào)，并且AngⅡ水平也增加［10］。研究發(fā)現(xiàn)，在PVN中微量注射AngⅡ?qū)е麓笫笱獕汉托穆示仙?，PVN中AngⅡ1 型受體的作用增強(qiáng)，PVN中的AngⅡ調(diào)節(jié)動(dòng)脈血壓通過(guò)AngⅡ1 型受體起重要作用［26-27］，在慢性心力衰竭大鼠PVN中微量注射AngⅡ也能引起同樣變化，同時(shí)引起CSAR增強(qiáng)［28］。

4.2 血管緊張素1～7（angiotensin1-7，Ang1-7）

慢性心力衰竭大鼠PVN 中內(nèi)源性的Ang1-7 激活Mas 受體，通過(guò)活性氧（reactive oxygen species，ROS）依賴的cAMP-PKA通路，增強(qiáng)大鼠的心交感傳入反射和交感神經(jīng)活動(dòng)，并增強(qiáng)AngⅡ的作用［10］。本課題組在腎性高血壓大鼠中也發(fā)現(xiàn)，PVN中Ang1-7主要通過(guò)激活Mas受體，增加大鼠MAP 和腎交感神經(jīng)活動(dòng)，增強(qiáng)CSAR、Ang1-7在PVN中的作用與cAMP-PKA通路密切相關(guān)［29］。

4.3 血管加壓素（vasopressin，VP）

下丘腦視上核的神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞和PVN 中的大細(xì)胞部神經(jīng)元的軸突投射至垂體后葉，釋放VP至體內(nèi)循環(huán)中，VP 可以減少水分流失，增加循環(huán)血量，是一種強(qiáng)大的血管收縮劑［16］。VP的血管收縮功能是通過(guò)V1 受體介導(dǎo)的，中樞的VP 能增加交感神經(jīng)活動(dòng)，抑制壓力感受器反射，VP 在很大程度上促進(jìn)了高血壓和心力衰竭的疾病發(fā)展［30］。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)腺病毒過(guò)表達(dá)PVN 中的V1 受體，大鼠在應(yīng)激時(shí)表現(xiàn)出血壓和心率上升［31］。文獻(xiàn)報(bào)道，環(huán)境溫度過(guò)高的熱應(yīng)激會(huì)誘導(dǎo)下丘腦-垂體-腎上腺軸的激活和VP 分泌量明顯增加，實(shí)驗(yàn)大鼠暴露于38 ℃環(huán)境下60 min，PVN中VP的分泌明顯增加［32］。有研究通過(guò)下丘腦切片技術(shù)研究PVN 中65 個(gè)自主神經(jīng)元的熱敏性，發(fā)現(xiàn)熱敏神經(jīng)元廣泛分布于PVN 內(nèi)，提示PVN可能在溫度調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用［33］。

4.4 Salusin-β

Salusin-β起著重要的調(diào)控心血管活動(dòng)的作用，與多種心臟疾病的發(fā)病和病程進(jìn)展存在密切聯(lián)系。Salusin-β在中樞和外周發(fā)揮多樣化的調(diào)控作用，在中樞Salusin-β被發(fā)現(xiàn)在PVN 中大量表達(dá)，并刺激VP 釋放，增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流，上調(diào)多種基因并誘導(dǎo)細(xì)胞有絲分裂［34］。對(duì)Salusin-β的作用和對(duì)VP 產(chǎn)生的影響進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)高血壓大鼠PVN中Salusin-β水平明顯高于正常大鼠，在其PVN中微量注射Salusin-β引起血壓、心率、腎交感神經(jīng)活性的上升，外周血漿中去甲腎上腺素水平、VP 水平上升。結(jié)果表明，PVN中Salusin-β調(diào)節(jié)VP釋放和對(duì)交感神經(jīng)活動(dòng)的雙重作用可能是導(dǎo)致高血壓大鼠交感神經(jīng)異常激活的原因之一［35］。若靶向降低PVN中Salusin-β表達(dá)，可通過(guò)ROS 相關(guān)的MAPK/NF-κB通路，改善老年性自發(fā)性高血壓大鼠心力衰竭的心臟及血管功能［13］。PVN中阻斷Salusin-β蛋白表達(dá)，可減輕自發(fā)性高血壓大鼠的血壓增高和炎癥反應(yīng)［12］。

4.5 Intermedin（IMD）

IMD 作為降鈣素基因相關(guān)肽家族的一員，在外周器官和中樞神經(jīng)中均有表達(dá)，尤其大量表達(dá)于PVN的大細(xì)胞神經(jīng)部［36］，對(duì)心血管和腎臟疾病具有明顯保護(hù)作用［37］。研究發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠PVN 中IMD 水平明顯低于正常大鼠。在高血壓大鼠PVN中微量注射IMD后，其血壓和腎交感神經(jīng)活性明顯下降。研究發(fā)現(xiàn)，PVN中的IMD通過(guò)一氧化氮合酶機(jī)制減弱了腎血管性高血壓大鼠體異常增強(qiáng)的交感神經(jīng)活動(dòng)［38］。

4.6 炎癥因子

高鹽誘導(dǎo)的高血壓模型大鼠PVN 中，炎癥因子NOD 樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）、小膠質(zhì)細(xì)胞、促炎性細(xì)胞因子（proinflammatory cytokine，PIC）等均有所增加，檢測(cè)血漿中去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）水平上升，間接代表交感神經(jīng)活動(dòng)增加，PVN 中抑制性GABA 能神經(jīng)元水平下降。通過(guò)阻斷PVN中NLRP3的激活，改善炎癥環(huán)境可使高鹽誘導(dǎo)的高血壓大鼠血壓降低［39］。研究表明，交感神經(jīng)過(guò)度激活是心梗患者產(chǎn)生室性心律失常和心源性猝死的主要原因之一［40］，PVN在心血管疾病中對(duì)交感神經(jīng)活動(dòng)有重要作用［41］，在PVN中激活核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）后會(huì)引起心衰大鼠的氧化應(yīng)激并增加交感神經(jīng)活性［42］。先天免疫激活是炎癥反應(yīng)的第一道防線，是由病原體識(shí)別反應(yīng)因子引起的，特別是Toll 樣受體（Tolllike receptor，TLR），TLR 是天然免疫系統(tǒng)的重要部分，在13種TLR中，TLR4被證實(shí)與高血壓的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)［43-44］，TLR4主要在大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)。組織凋亡、細(xì)胞壞死、熱休克蛋白等配體刺激會(huì)激活小膠質(zhì)細(xì)胞，并引起一系列炎癥反應(yīng)，觸發(fā)下游轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，啟動(dòng)腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白介素-1β、白介素-6等促炎性介質(zhì)［45］。研究發(fā)現(xiàn)，激活心肌梗死大鼠PVN中的TLR4，可使小膠質(zhì)細(xì)胞中的NF-κB激活和ROS 生成增加，進(jìn)而興奮交感神經(jīng)，使用腺病毒抑制PVN中的TLR4后明顯減少心肌梗死大鼠的交感神經(jīng)活動(dòng)［42］。在PVN中阻斷TLR4可以降低高血壓大鼠的炎癥反應(yīng)、MAP以及交感神經(jīng)活動(dòng)［46］。炎癥是多種心血管疾病的特征，升高的PIC 通過(guò)室周器官細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至PVN［47］，導(dǎo)致PVN中抗炎細(xì)胞因子和促炎細(xì)胞因子釋放失衡，通過(guò)抑制PVN中積累的大量磷脂酶C（phospholipase C，PLC），降低NF-κB 和NAD（P）H氧化酶活性，可抑制自發(fā)性高血壓大鼠神經(jīng)激素興奮，從而延緩高血壓疾病進(jìn)程和心肌肥厚的發(fā)展［48］。

4.7 內(nèi)皮素-1（endothelin-1，ET-1）

內(nèi)皮素在心血管系統(tǒng)的中樞調(diào)控中起重要作用。ET-1在PVN中表達(dá)，在PVN小細(xì)胞部表達(dá)尤其豐富［49］。先前研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)腦室注射外源性ET-1 后導(dǎo)致交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)，血壓增高，當(dāng)PVN損毀后，ET-1 的升壓反應(yīng)被阻斷，表明PVN 是ET-1 發(fā)揮作用的重要條件［50］。此外，研究發(fā)現(xiàn)，ET-1 在PVN 中通過(guò)增加超氧陰離子的產(chǎn)生來(lái)增強(qiáng)CSAR，微量注射外源性ET-1 可激活PVN 中的ET-A 受體，也增強(qiáng)CSAR和交感神經(jīng)活動(dòng)，增加大鼠的MAP［51］。

4.8 ROS

交感神經(jīng)的過(guò)度激活促進(jìn)高血壓的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠下丘腦中ROS 水平增高，阻斷ROS生成可降低交感神經(jīng)活性［42，52］。在心血管疾病如高血壓、心衰中，PVN 中的ROS 起重要作用。研究證明，清除PVN中的超氧陰離子可以減弱心衰大鼠CSAR，并阻斷由AngⅡ誘導(dǎo)的CSAR 增強(qiáng)，提示PVN 中AngⅡ?qū)SAR 的增強(qiáng)作用是通過(guò)PVN 中的ROS 介導(dǎo)的［8］。長(zhǎng)期用微量泵向PVN 中注射黃連素，可通過(guò)ROS/Erk1/2/iNOS 等氧化應(yīng)激途徑降低腎性高血壓大鼠的血壓和交感神經(jīng)興奮性［53］。本課題組既往研究發(fā)現(xiàn)，慢性心力衰竭大鼠PVN 中ROS，尤其是超氧陰離子水平和NAD（P）H氧化酶活性明顯升高，慢性心力衰竭大鼠的CSAR 和交感神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)由超氧陰離子介導(dǎo)［8］。

超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）是一種抗氧化同工酶，可催化超氧陰離子轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化氫，在交感神經(jīng)活性調(diào)節(jié)中起重要作用［54］。研究報(bào)道，在PVN 中運(yùn)用腺病毒過(guò)表達(dá)SOD1 可減輕高血壓，抑制交感神經(jīng)活動(dòng)和CSAR，減輕自發(fā)性高血壓大鼠的病理性左心室肥厚和血管重構(gòu)。結(jié)果表明，超氧陰離子在PVN調(diào)節(jié)交感神經(jīng)活性中起重要作用，參與高血壓的異常交感神經(jīng)激活［55］。

5 小 結(jié)

在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮重要的調(diào)控作用，而PVN中大量的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，不僅參與調(diào)控血壓，而且維持交感神經(jīng)活動(dòng)的穩(wěn)定，當(dāng)神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞發(fā)生紊亂時(shí)，會(huì)加速高血壓和心力衰竭的發(fā)展。PVN作為中樞和心血管系統(tǒng)的重要整合區(qū)，通過(guò)刺激PVN中多種神經(jīng)肽及炎癥因子，對(duì)交感神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)心血管疾病的發(fā)展起關(guān)鍵性作用。