下丘脑神经内分泌应激通路慢性激活诱导大鼠膀胱过度活动症表型的研究

《Scientific Reports》：Overactive bladder phenotype induced by chronic activation of hypothalamic neuroendocrine stress pathways in rats with no extrinsic behavioral stress applied

本研究针对压力在膀胱过度活动症(OAB)发生中的作用机制不明的问题，通过在下丘脑室旁核(PVN)过表达脑源性神经营养因子(BDNF)，特异性激活神经内分泌应激通路，发现即使不施加外部行为应激，也能导致大鼠出现显著的OAB表型，表现为排尿间隔缩短、单次排尿量减少、膀胱容量降低及膀胱壁相对肥厚，为阐明神经内分泌应激在OAB病理生理中的独立作用提供了新见解。

　　

你是否曾因紧张或压力而感到尿频、尿急？这可能是膀胱过度活动症(OAB)在作祟。OAB是一种常见的下尿路功能障碍，以尿急为核心症状，常伴有尿频、夜尿增多和急迫性尿失禁，严重影响患者的生活质量。全球约有20%的成年人受其困扰，且随着人口老龄化，患病率预计将进一步上升。越来越多的临床和实验证据表明，心理压力或应激相关障碍与OAB的发生和症状加重密切相关。例如，OAB患者常伴有更高程度的焦虑、抑郁和感知压力。在啮齿类动物模型中，各种心理应激源的暴露也被证实会导致排尿行为改变、膀胱收缩功能异常以及膀胱壁重塑。

然而，压力究竟如何导致膀胱功能紊乱，其背后的机制至今尚未完全阐明。一个主要的挑战在于，不同类型的应激源（如束缚应激、社交挫败应激等）及其持续时间，会引发迥然不同的膀胱功能障碍表现，例如，有的导致尿频，有的反而引起尿潴留。此外，应激行为范式本身可能影响动物的标记行为，使得对排尿行为变化的解读变得复杂。因此，很难厘清是应激相关的神经内分泌和生理变化本身，还是伴随应激产生的行为变异，在膀胱功能障碍中扮演了更关键的角色。为了回答“在不依赖外部环境和行为应激的情况下，单纯长期激活中枢神经内分泌应激通路是否足以诱发OAB”这一核心问题，研究人员设计了一项创新性的研究。

本研究由美国佛蒙特大学的研究团队完成，论文发表在《Scientific Reports》上。研究人员巧妙地利用了下丘脑室旁核(PVN)在整合应激反应中的核心地位。PVN是协调自主神经、内分泌、心血管和代谢应激反应的关键脑区。脑源性神经营养因子(BDNF)是PVN内一种重要的调控因子，在应激和高血压状态下表达上调，它能激活PVN内的交感神经系统、下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴和血管加压素(AVP)信号等神经内分泌应激通路。基于此，研究团队建立了一种名为PVN-BDNF的新模型。他们向10周龄雄性斯普拉-道利(Sprague Dawley)大鼠的双侧PVN显微注射携带BDNF基因的腺相关病毒2型(AAV2)载体，使其在PVN内长期过表达BDNF，从而持续激活神经内分泌应激通路，而对照组大鼠则注射表达绿色荧光蛋白(GFP)的病毒载体。研究人员在注射后长达14周的时间内，系统评估了这种“内部”应激对机体生理和膀胱功能的多方面影响。

为开展此项研究，研究人员主要运用了以下几项关键技术：通过立体定位脑部注射AAV2病毒载体实现下丘脑室旁核(PVN)的靶向基因表达；利用UroVoid代谢笼进行长期、非侵入性的排尿行为监测（包括排尿间隔、单次排尿量等）；采用离体膀胱条肌动描记术评估膀胱平滑肌的收缩功能（包括对KCl、电场刺激、卡巴胆碱和血管加压素的反应）；通过离体膀胱压力-容积测定评估膀胱容量和膀胱壁力学性质；并利用组织学染色（如Masson三色染色）分析膀胱壁形态结构。此外，还通过放射遥测技术监测动脉血压和心率，并通过酶联免疫吸附测定(ELISA)检测血浆皮质酮和AVP水平。

PVN-BDNF模型的特征

研究首先验证了PVN-BDNF模型是否成功激活了神经内分泌应激通路。结果显示，与PVN-GFP对照组相比，PVN-BDNF大鼠的体重增长显著减缓，每日食物摄入量更低，表明BDNF对代谢产生了影响。更重要的是，PVN-BDNF大鼠出现了明显的心血管和神经内分泌改变：心脏左心室肥大、平均动脉压和心率升高（通过放射遥测证实），血浆皮质酮和AVP水平也显著提升。这些结果共同证实，在不施加外部应激的情况下，PVN内BDNF的过表达足以引发持续的、类似慢性应激的生理状态。

PVN-BDNF模型对大鼠排尿行为的影响

接下来，研究人员在注射后第3、6、10和14周，将大鼠置于代谢笼中监测其排尿行为。他们发现，PVN-BDNF大鼠表现出典型的OAB样表型。具体而言，从第3周开始，PVN-BDNF大鼠的排尿间隔(IMI)就显著短于对照组，并且这种差异在14周的研究期内持续存在。与此同时，PVN-BDNF大鼠的单次排尿量也显著减少。值得注意的是，这种排尿量的减少在夜间（大鼠的活动期）比在白天更为明显，提示PVN-BDNF处理对排尿行为产生了显著的昼夜节律影响。尽管PVN-BDNF大鼠在早期（第3、6周）的每日饮水量和尿液生成量低于对照组，但其排尿频率却始终高于对照组。这表明，OAB表型（尿频、尿量少）并非单纯由尿液生成减少所致，而是源于中枢对排尿的调控或膀胱本身功能的改变。

BDNF在PVN过表达对膀胱收缩功能的影响

为了探究膀胱功能紊乱是否源于膀胱肌肉本身的收缩能力增强，研究人员进行了离体膀胱条收缩实验。他们分别用高浓度KCl（直接 depolarize 平滑肌细胞）、电场刺激(EFS，诱发神经介导的收缩）和卡巴胆碱（CCh，特异性激活毒蕈碱受体）来测试膀胱条的收缩反应。结果发现，PVN-BDNF组和对照组膀胱条在各种刺激下产生的收缩力均无显著差异。考虑到PVN-BDNF大鼠血浆AVP水平持续升高，而AVP受体在膀胱也有表达，研究人员还测试了AVP诱导的膀胱收缩，结果同样显示两组间无差异。这些结果表明，膀胱局部介导收缩的细胞机制并未因PVN-BDNF处理而改变，即膀胱过度活动并非由膀胱逼尿肌本身的收缩性增强所驱动。

BDNF在PVN过表达对膀胱壁力学和膀胱容量的影响

既然膀胱收缩性没有改变，那么排尿行为的改变可能源于膀胱储存尿液能力的变化。通过离体膀胱压力-容积关系测定，研究人员发现，PVN-BDNF大鼠膀胱的最大容量（定义为膀胱内压力达到25 mmHg时的容积）显著小于对照组。随着液体灌注，PVN-BDNF组膀胱内的压力上升得更快。然而，当将灌注容积标准化为各自膀胱的最大容量后，两组的压力-容积曲线变得相似。这说明，PVN-BDNF大鼠膀胱的顺应性（弹性）并未发生改变，其膀胱容量减小是由于膀胱的物理尺寸变小了，而非膀胱壁变得更僵硬。

PVN-BDNF模型对膀胱壁形态的显著影响

对在25 mmHg压力下固定的膀胱进行组织学分析发现，尽管PVN-BDNF组的膀胱容量更小，但其膀胱总重量与对照组无显著差异，导致单位表面积的重置显著更高，提示存在相对的膀胱壁肥厚。进一步分析膀胱壁成分显示，两组在总膀胱壁厚度、平滑肌和胶原蛋白的比例上均无统计学差异。然而，PVN-BDNF组膀胱的尿路上皮厚度显著增加，且尿路上皮细胞形态更显圆润。这表明，慢性神经内分泌应激激活可能特异性地影响了尿路上皮，而尿路上皮在膀胱的感觉信号传导和屏障功能中起着关键作用。

综上所述，这项研究通过特异性激活下丘脑室旁核的BDNF信号通路，成功创建了一个不依赖外部行为应激的慢性神经内分泌应激模型。研究结果表明，单纯中枢性激活神经内分泌应激通路，即使在没有环境或心理应激因素干扰的情况下，也足以诱发显著的膀胱过度活动症表型。该表型主要表现为尿频、尿量减少、膀胱容量降低、相对的膀胱壁肥厚以及尿路上皮形态改变，而膀胱逼尿肌的基础收缩功能并未受到影响。这一发现将神经内分泌应激通路置于OAB病理生理学的中心位置，将其与应激的行为成分分离开来。研究所采用的PVN-BDNF模型为未来深入研究神经内分泌应激导致膀胱功能障碍的具体机制（如对尿路上皮、传入神经信号、中枢排尿环路的影响）提供了一个独特而强大的工具。值得注意的是，这是首次在无外部行为应激源的情况下证实OAB样表型的存在。研究的一个主要局限是只使用了雄性大鼠，未来需要在雌性动物中验证这些发现，并探索潜在的性别差异。总之，这项工作深化了我们对压力与膀胱健康之间复杂联系的理解，为开发针对应激相关OAB的新治疗策略指明了方向。