下丘脑室旁核血管紧张素Ⅱ1型受体-Toll样受体4信号介导高血压的研究进展

赵珊 张琪

(1.陕西中医药大学第二临床医学院,陕西 咸阳 712046;2.陕西中医药大学基础医学院,陕西 咸阳 712046)

人们对于探索高血压这一疾病治疗的脚步从未停歇。在1935—1960年,人们就已经引入外科交感神经切除术作为治疗高血压的手段,却难以避免各种术后的副作用[1]。随着对药物的深入研究,肾上腺素受体拮抗药、血管紧张素转化酶抑制剂、血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂(angiotensin Ⅱ receptor blocker,ARB)等逐步成为高血压的首选治疗方案。然而,仍有部分患者难以达到目标血压。对于无法控制的高血压患者,基于导管的肾交感神经切断是一种可行的治疗选择[2]。该治疗方案通过减少交感神经活动和肾素的释放,从而达到降低血压的目的[2]。然而此方案并不能保证交感神经活动被完全阻断[3]。最新的微创治疗方案腹腔镜去肾神经术可切除肾动脉外壁的交感神经,达到治疗高血压的目的[3]。但受限于设备仪器的问题,该方案还有待进一步开发。目前,电针治疗已被证实可通过抑制下丘脑室旁核(paraventricular hypothalamic nucleus,PVN)内的交感神经活动治疗高血压大鼠[4]。有体外试验[5]表明,从玄参中提取的哈巴苷可通过抑制Toll样受体4(Toll-like receptor 4, TLR4)相关通路,减轻血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ, Ang Ⅱ)介导的神经炎症和血脑屏障破坏。基于现有的研究成果,为了有效治疗高血压,确定新的可行的治疗方案,笔者将以交感神经为切入点,通过对PVN小胶质细胞活化机制的梳理,确定血管紧张素Ⅱ 1型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor, AT1R)-TLR4信号在高血压进程中扮演的角色,以期探寻高血压治疗神经系统方面的有效靶点。

1 脑内源性AngⅡ的合成及高血压的发生和发展

AngⅡ是一种血管活性多肽,源自于肾素和血管紧张素转换酶对此前的血管紧张素原进行一系列的复杂处理。因为其具有调节血压的功能,所以AngⅡ被认定是高血压的关键参与者。

大脑是自主神经功能的中枢调节器,通过影响体液动态平衡以及交感神经活动,在血压调节中发挥重要作用[6]。同时,大脑具备合成内源性AngⅡ的能力和条件。血管紧张素原、血管紧张素转换酶、肾素均被发现可在脑内胶质细胞或神经元表达[6]。

脑内源性血管紧张素原和肾素-血管紧张素系统的变化,与动脉压的变化密切相关,这一点在小鼠模型上已经得到验证[7]。尽管大脑对外源性和内源性AngⅡ均可作出反应,神经源性高血压的产生是否完全归因于脑内源性AngⅡ的作用仍有待明确。毕竟高血压的发生不可避免地影响血脑屏障通透性的变化。但究其根本,是来自循环的AngⅡ还是来自中枢的AngⅡ对高血压的影响更大,仍待商榷。

2 PVN交感神经活动与高血压的发生和发展

肾素-血管紧张素系统是血压和体液平衡的主要调节器,其功能主要由AT1R介导,包括血管收缩、醛固酮释放、血管平滑肌收缩等[8]。在大脑不同区域对AT1R进行阻断,均会产生强烈的降压效应[9]。ARB在临床应用中已被证实对高血压患者具有有益作用,ARB的代表药物奥美沙坦是目前临床实践中的一线降压药物[10]。然而,对于部分难治性高血压患者,这样的治疗方案仍不足以应对。

在对部分难治性高血压患者的治疗中发现,针对交感神经系统的干预措施能显著降低患者血压[11]。交感神经失活作为抗高血压治疗模式的干预措施逐渐走入人们的视野,目前,以导管为基础的肾去交感神经治疗、肾交感神经血管内消融术等治疗方案展现了良好的临床前景[1]。

在中枢神经系统(central nervous system, CNS)内,有多个心脏调节核团支配交感神经流出,这其中就包括PVN。 作为大脑的重要脑区之一,PVN可通过直接和间接投射来刺激脊髓交感神经流出,参与控制心血管、神经内分泌和其他与体内平衡有关的生理功能。近年研究[12]表明,在正常生理条件下,室旁核似乎并未展现多大作用;但在持续缺水、慢性间歇性低氧这类长期稳态挑战下,室旁核前交感神经元对交感血管活动的增加作出了重大贡献,而交感神经促进血管收缩的活动恰是导致高血压的重要原因。有研究[13-14]明确指出,PVN通过一些神经递质参与高血压的发生和发展,这些神经递质包括去甲肾上腺素和谷氨酸。最新的研究[15]证实,通过增强PVN前交感神经元的谷氨酸能输入和激发其放电活性,增加高血压患者交感神经的流出。除此之外,抑制性神经递质γ-氨基丁酸对PVN的交感神经前神经元表现为负性影响。在大鼠交感神经活性测试的实验[14]中,向PVN注射γ-氨基丁酸受体拮抗剂荷包牡丹碱,也会使交感神经活动增强,血压、心率增加。谷氨酸能神经元和γ-氨基丁酸能神经元传入PVN,使兴奋性和抑制性冲动达成平衡,以此调控交感神经活动[16]。最新的报道[17]也支持PVN交感过度活动对高血压影响这一观点。故而,以交感神经为切入点探索更多更有效的高血压治疗方案是切实可行的,未来的研究或可聚焦于与交感神经密切相关的众多递质。

3 小胶质细胞的激活与AngⅡ的作用

哺乳动物CNS的正常发育和功能与小胶质细胞的活性密切相关,小胶质细胞是CNS稳态的重要参与者,即便在静息状态下,小胶质细胞依然处于高度变化的运动过程中[18]。小胶质细胞在不同的时期、环境和刺激下可极化成多种表型[19],其中的M1表型也被称为是经典激活的小胶质细胞,特征是产生各种促炎细胞因子如白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)以及活性氧(reactive oxygen species, ROS)、一氧化氮等[20]。M1状态由促炎因子和病原体诱导产生,刺激TLR4被认为是主要的激活途径之一[21]。在正常生理条件下,小胶质细胞表现为典型的分叉形态,胞体小、突起细,被称为静止性小胶质细胞[22]。一旦被激活,小胶质细胞的形态也会发生变化,经典表现为突起回缩和增厚,细胞体肥大[22]。小胶质细胞形态的变化可作为其激活与否的判断标准。

AngⅡ对CNS具有深远影响。有证据[23]表明,AngⅡ诱导的高血压涉及小胶质细胞的激活以及PVN中促炎细胞因子的增加,这些因子包括TNF-α、IL-6和IL-1β。对自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats, SHR)和Wistar京都大鼠进行形态学观察发现,PVN小胶质细胞的端点和分支长度均减少,这表明,大多数PVN小胶质细胞被慢性激活,可能倾向于M1表型[21]。以上促炎细胞因子的增加和形态学的改变,无疑是证明AngⅡ可激活PVN小胶质细胞更有力的证据。

AngⅡ刺激小胶质细胞激活也导致了PVN内ROS的产生,这有助于高血压交感神经的兴奋[24]。最新报道[17]显示,AngⅡ通过诱导PVN小胶质细胞活化,释放促炎细胞因子并引起氧化应激,促进交感神经过度活动引发高血压。使用小胶质细胞活化抑制剂米诺环素进行干预可减轻炎症和氧化应激,改善AngⅡ诱导的高血压[17]。这项研究仅在SHR模型进行,尚存在局限性,未来或可进行神经元细胞实验进行验证。

4 室旁核小胶质细胞内的AT1R-TLR4信号对高血压的调节

TLR4来自于Toll样受体家族,在先天免疫中起着至关重要的作用[25]。此前的研究[26]确定了TLR4信号参与脑损伤和缺血性损伤引发的炎症。在最新的研究[27]中,对PVN的TLR4进行抑制可显著逆转交感神经的激活。

小胶质细胞是CNS内主要的脂多糖反应细胞,在CNS的先天免疫活动中发挥极其重要的作用。类似于巨噬细胞,小胶质细胞能表达多种识别病原体相关分子模式的受体。这些模式识别受体主要有Toll样受体家族、NOD样受体、RIG-I样受体和C型凝集素受体。在CNS内,小胶质细胞比星形胶质细胞对TLR4介导的病原体相关分子模式检测更敏感[28]。小胶质细胞表达TLR4 mRNA的这一特性也是小胶质细胞与神经元的重要区别点[29]。

AngⅡ-AT1R信号在调节TLR4蛋白表达中起到了正向作用,AngⅡ通过AT1R上调TLR4 mRNA和蛋白的表达[30]。不仅如此,中枢TLR4的前馈上调也依赖于AT1R-TLR4信号通路的激活[21]。坎地沙坦作为ARB的一种,已被证实体内外均能抑制脂多糖诱导的TLR4在mRNA和蛋白水平的表达[31]。有研究[30]表明,AngⅡ通过刺激TLR4 mRNA的转录进而上调TLR4蛋白,这一过程与TLR4启动子上的激活蛋白-1和E-26特异序列结合位点相关。

无论是体内还是体外,TLR4在脂多糖诱导的神经元损伤和细胞死亡中起着至关重要的作用——TLR4的激活将导致小胶质细胞的激活,对神经元或许造成不可逆转的伤害[29]。针对TLR4的一项实验[32]证明了TLR4信号可通过神经元内质网应激激活小胶质细胞,促进炎症反应。一项报道小胶质细胞中含半胱氨酸的胱天蛋白酶(caspase)信号的研究[33]指出,激活的TLR4将依次激活caspase8、caspase3和caspase7,而这些caspase信号又参与了小胶质细胞中TLR4的下游信号转导。其中,caspase3能裂解蛋白激酶Cδ(protein kinase Cδ, PKCδ),而裂解的PKCδ可调节核因子-κB(nuclear factors-κB, NF-κB)的激活以及炎症因子的产生,这些炎症因子包括IL-1β和TNF-α[33]。在最新的研究[34]中,木犀草素就可通过抑制PVN中NF-κB介导的炎症进而降低高血压。另一方面,对SHR模型使用特异性TLR4抑制剂,可发现PVN内TLR4被抑制,SHR中平均动脉压,TNF-α、IL-1β这类炎性细胞因子和交感神经驱动力降低,但这在Wistar京都大鼠中并未发生[35]。同样使用TLR4抑制剂的另一项实验[36]也肯定了这个结果。在最新的报道[37]里,研究者探讨了Toll样受体拮抗剂在脑卒中诱发肾血管性高血压大鼠模型中的应用,结果表明模型大鼠的行为得到改善,脑白质损伤减少,包括TLR4以及NF-κB在内的几种关键炎症因子、氧化应激因子表达减少。也就是说,SHR中的高血压反应至少部分由PVN中的TLR4介导,并且当PVN中TLR4被抑制,交感神经的活性会随着减弱,这为降低血压和改善炎症的治疗方案提供了较为明确的一项靶点。

使用PVN切片的离体研究[38]也证实了TLR4的重要性,在使用外源性AngⅡ后,AT1R信号与TLR4之间存在相互作用,具体表现为AngⅡ介导的PVN小胶质细胞的激活需要功能性的TLR4。另一项SHR的实验[21]也表明,AT1R和TLR4是小胶质细胞激活所必需的。AngⅡ通过AT1R诱导PVN内ROS的产生,这一过程同样离不开功能性的TLR4[38]。TLR4在血脑屏障通透性的变化中也发挥了相当大的作用,抑制TLR4能恢复PVN中血脑屏障的通透性,这无疑表明TLR4的激活是AngⅡ促进血脑屏障破坏的潜在机制[21]。

可以非常肯定地说,AT1R与TLR4关系匪浅,至少在PVN中是这样的(见图1)。同样使用SHR模型,对其使用AT1R拮抗剂替米沙坦进行干预后,SHR的PVN中TLR4依赖性的TNF-α、IL-1β和IL-6水平明显降低[39]。若在实验中将SHR的AT1R或TLR4封锁,则促炎细胞因子(proinflammatory cytokines, PIC)被下调[21]。PVN中PIC的激活对于交感神经兴奋和高血压反应非常重要[40]。这些研究结果提示AT1R-TLR4信号机制均参与SHR交感神经兴奋和高血压反应的调节。

图1 CNS中AngⅡ通过AT1R-TLR4信号通路使交感神经兴奋

5 小结

大量研究和数据支持AT1R-TLR4信号在中枢高血压中的重要作用,PVN小胶质细胞似乎是高血压干预治疗的关键靶点。中枢对于心血管系统的调控十分复杂,但随着技术的进步,高血压进程中小胶质细胞和血脑屏障的变化或可依托成像技术实现可视化,以期对中枢调控心血管系统得到更加深入的了解。尽管诸多研究已证实AT1R-TLR4信号在高血压模型PVN小胶质细胞活化中的机制,但大多在SHR上进行实验分析,因此这部分的理论研究亟需大量临床数据加以佐证。部分用到TLR4抑制剂和AT1R拮抗剂的实验也仅限于雄性大鼠,性别是否具有差异性仍不能准确定论,因此需进一步研究TLR4抑制剂和AT1R拮抗剂对雌性高血压状态的影响程度。在CNS内,除了PVN,尚有其他心脏调节核团支配交感神经流出,如延髓头端腹外侧核和孤束核,AT1R-TLR4信号对于它们中的小胶质细胞活化机制的研究也有待深入,未来也许同样会成为高血压干预治疗的关键靶点。