【研究目的】高血压(Hypertension)是一种高发病率的慢性疾病,导致全身组织器官形成多种严重并发症,超过90%高血压病人的发病原因不明。尽管目前已有多种治疗手段能明显降低血压,但高血压的并发症如心力衰竭和脑卒中等仍高居不下,因此对高血压发生和发展的基础研究仍具有重要的理论和现实意义。血压水平主要有体液和神经机制两个方面进行调控,神经调控包括交感和迷走神经机制,其中交感神经的调控中枢位于头端延髓腹外侧区(Rostral ventrolateral medulla,RVLM),其接收并整合高位脑干、中枢核团(如孤束核(Nucleus tractus solitaries,NTS)、室旁核(Paraventricular nucleus,PVN))及外周感受器传入的神经冲动,并通过前交感神经元神经纤维传递至脊髓中间外侧柱与交感节前神经元发生单突触联系控制外周的交感神经活动;因此,RVLM是中枢神经系统调节交感输出及心血管功能的关键中枢。研究表明,RVLM内微量注射γ-氨基丁酸,可有效抑制交感功能,降低血压;电流刺激RVLM内神经元,可使交感功能活动亢进,升高血压。RVLM内前交感神经元兴奋性异常增高是交感神经活动亢进的主要原因;交感神经活动亢进是高血压的一个重要发病机制,且与多种心血管疾病形成及预后密切相关。因此,阐明RVLM内前交感神经活动亢进的机制并探索有效抑制其活性的方法对预防及治疗高血压具有深远意义。高血压的形成和发展及其终末器官损伤与免疫系统紊乱、慢性低度炎症等多种途径引起的氧化应激密切相关。当活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的生成量增多或清除能力减弱,引起ROS过量积累,使ROS的生成与清除之间的平衡被打破,形成氧化应激。氧化应激可以导致高血压的形成,持续的高血压状态又促进氧化应激水平升高,形成恶性循环。ROS主要由还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶、线粒体呼吸、过氧化物酶及一氧化氮合酶等途径产生,其中NADPH氧化酶是主要途径;氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)是机体内源性抗氧化防御机制的主要组成部分,参与ROS的清除、阻断ROS对细胞的损害、修复由ROS造成的细胞损伤。研究证实自发性高血压大鼠(Spontaneously hypertensive rat,SHR)及血管紧张素II(Angiotensin II,Ang II)灌流的Wistar-Kyoto(WKY)大鼠的RVLM内氧化应激增强,引起神经元活动增强,导致肾交感神经活动(Renal sympathetic nerve activity,RSNA)亢进,血压升高。在SHR的RVLM内微量注射SOD的模拟剂Tempol降低ROS水平和有效降低血压。免疫系统产生的炎症反应为ROS生成的重要途径之一且持续慢性低度炎症反应会导致过量的ROS产生,促进高血压的形成及终末器官损伤。在中枢神经系统中,小神经胶质细胞分泌的PGE2是一种重要的炎症因子,通过自分泌及旁分泌的方式作用影响神经元的功能。前列腺素类(Prostaglandins,PGs)具有广泛的生物学效应,在心血管功能调节过程中发挥重要作用,其中环氧合酶(Cyclooxygenase,COX)是PGEs生成的限速酶。研究发现,COX/PGEs轴在高血压形成与发展过程中具有重要作用,并介导高血压引起的终末器官损伤过程;大鼠脑室内(Intracerebroventricular,ICV)灌流前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2)或者室旁核(Paraventricular nucleus,PVN)内微量注射PGE2可增强RSNA及升高血压,而其它亚型的PGs并不参与心血管活动的中枢调控机制。然而,RVLM作为中枢神经系统调节交感输出及心血管功能的最后枢纽,但PGE2在RVLM内的含量变化以及是否参与心血管功能的调节均尚不明确,而且中枢PGE2与氧化应激是否存在联系仍有待验证。因此,本研究的总体目标是明确中枢PGE2在RVLM内对心血管功能调控的作用,并探讨其作用是否通过氧化应激增强所介导。因此,阐明PGE2在RVLM内对心血管功能的影响并探索其调控机制对高血压的发病机制研究至关重要,从而为高血压的预防与治疗提供新的思路。【研究方法】实验动物为雄性16周SHR和脑室(Intraventricular,ICV)内灌流Ang II(24μg/d)7天的280-320g Sprague-Dawley(SD)大鼠,经股动脉穿刺测量平均动脉压(Mean arterial pressure,MAP)和心率(Heart rate,HR);酶联免疫吸附测定(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)RVLM内PGE2含量;Western Blot检测RVLM内COX亚型的蛋白表达量。整体动物实验观察SD大鼠RVLM内微量注射PGE2对大鼠MAP、HR及RSNA的影响;以及预处理Tempol后,PGE2对心血管效应的影响。每侧RVLM选择3个位点微量注射PGE2,采用DHE检测ROS含量,Western Blot检测NOX及SOD的蛋白表达。【实验结果】一、中枢PGE2对大鼠心血管功能的调节作用1、高血压状态下RVLM内PGE2含量明显升高SHR组MAP显著高于WKY组:(157.8±4.9 vs.118.0±7.1 mm Hg,p<0.05,n=5),SHR组RVLM内PGE2含量显著高于WKY组(0.25±0.01 vs.0.17±0.01μg/mg,P<0.05,n=5)。中枢灌注Ang II组的MAP显著高于a CSF组:(154.3±6.92 vs.113.3±3.57 mm Hg,P<0.05,n=4),Ang II组RVLM内PGE2含量显著高于a CSF组(0.26±0.01 VS.0.15±0.01μg/mg,P<0.05,n=4)。结果表明:高血压状态下,RVLM内PGE2含量升高。2、RVLM内微量注射PGE2增加血压和交感神经活动MAP变化值:a CSF组(2.25±0.49 mm Hg)、0.3 pmol PGE2组(11.75±1.93 mm Hg)、3 pmol PGE2组(24.25±3.43 mm Hg)和30 pmo L PGE2组(13.75±1.38 mm Hg);RSNA变化值:a CSF组(2.25±0.63%)、0.3 pmol PGE2组(12.75±2.29%)、3 pmol PGE2组(24.25±3.43%)和30 pmol PGE2组(14.25±1.89%)。结果表明:RVLM内微量注射0.3-30 pmol PGE2剂量依赖性导致RSNA增强和MAP升高;其中3 pmol PGE2对心血管功能的影响最为显著,后续实验PGE2剂量选择3 pmol。3、高血压状态下,RVLM内PGE2含量升高由COX-2途径介导COX-2蛋白表达在SHR组显著高于WKY组(标准化为1.0)(1.80±0.11 vs.1.00±0.16,P<0.05,n=4);而COX-1蛋白表达在SHR组与WKY组(标准化为1.0)无显著性差异(1.17±0.38 vs.1.00±0.19,P>0.05,n=4)。COX-2蛋白表达在Ang II组显著高于a CSF组(标准化为1.0)(2.86±0.46 vs.1.00±0.16,P<0.05,n=5);而COX-1蛋白表达在Ang II组与a CSF组(标准化为1.0)无显著性差异(1.16±0.31vs.1.00±0.32,P>0.05,n=5)。结果表明:高血压状态下,RVLM内PGE2含量升高来源于COX-2蛋白高表达。二、RVLM内微量注射PGE2引起氧化应激增强1、DHE检测RVLM内超氧阴离子的变化PGE2组的超氧阴离子含量显著高于a CSF组(标准化为1.0)(1.50±0.05 vs.1.00±0.08,P<0.05,n=5),结果表明,PGE2引起氧化应激增强。2、Western Blot检测SOD蛋白的表达量PGE2组的SOD1蛋白表达量显著低于a CSF组(标准化为1.0)(0.16±0.03 vs.1.00±0.19,P<0.05,n=5),同时PGE2组的SOD2蛋白表达量也显著低于a CSF组(标准化为1.0)(0.68±0.05 vs.1.00±0.11,P<0.05,n=5)。结果表明:PGE2引起氧化应激与抑制ROS消除机制有关。3、Western Blot检测NOX蛋白的表达量PGE2组的NOX2蛋白表达量显著高于a CSF组(标准化为1.0)(1.00±0.17 vs.2.75±0.62,P<0.05,n=5),同时PGE2组的NOX4蛋白表达量也显著高于a CSF组(标准化为1.0)(.3.65±0.35 vs.1.00±0.24,P<0.05,n=5)。结果表明:PGE2促进ROS的生成引起氧化应激的增强。三、RVLM内微量注射Tempol抑制PGE2的升压作用Tempol+PGE2组RSNA变化值显著低于a CSF+PGE2组(7.20±2.76 vs.21.00±3.27%,p<0.05,n=5);Tempol+PGE2组MAP变化值也显著低于a CSF+PGE2组(6.40±1.47 vs.27.4±3.12,p<0.05,n=5)。结果表明:Tempol能有效抑制PGE2引起的RSNA增强及MAP升高。【结论】本研究显示COX-2来源的PGE2在RVLM内参与中枢心血管功能的调节,并通过介导NOX2/4蛋白上调增加和SOD1/2蛋白下调引起ROS增多,提示PGE2诱导的氧化应激增强可能是引起高血压和交感输出亢进的重要机制。