长期二手烟暴露改变钾通道活性并降低小鼠心脏迷走神经元的兴奋性

《Frontiers in Physiology》：Extended secondhand smoke exposure alters potassium channel activity and reduces excitability of cardiac vagal neurons in mice

　　

背景：尽管自公共场所禁烟实施以来二手烟（SHS）暴露有所下降，但SHS暴露仍然是一个重要的健康风险因素，影响全球约1/3的非吸烟者。研究人员先前表明，12周的SHS暴露降低心率变异性（HRV），该效应在第4周达到峰值。研究人员进一步表明，4周的SHS暴露显著降低心脏迷走神经元（CVN）的兴奋性，这与小电导钙激活钾（SK）通道活性降低有关。目的：本研究旨在测试CVN兴奋性降低是否随更长的暴露时间（12周）而减弱，以及4-氨基吡啶（4-AP）敏感电压门控钾通道是否参与SHS诱导的神经元兴奋性降低。方法：成年雄性小鼠暴露于过滤空气或环境相关浓度（3 mg/m³，6小时/天，5天/周）的SHS 12周。研究人员在疑核（NA）中解剖学鉴定的CVN上进行全细胞膜片钳记录。结果：12周的SHS暴露显著增加动作电位（AP）阈值并降低对兴奋的放电反应。SHS暴露未显著改变静息膜电位或4-AP敏感通道活性，表明漏钾通道和电压门控钾通道不太可能参与兴奋性降低。研究人员发现两种可能抵消兴奋性降低的适应机制。首先，AP在较高电压下失活，有助于维持放电反应范围并增加最大放电频率。其次，用apamin阻断SK通道对SHS暴露小鼠CVN的放电反应影响较小，表明放电活动中SK通道激活降低可能有助于减轻兴奋性降低。结论：环境相关浓度的SHS暴露通过增强SK和电压门控钾通道功能以外的机制降低CVN的神经元兴奋性。

**论文解读：长期二手烟暴露对心脏迷走神经元兴奋性的影响及钾通道机制**

**研究背景与问题**
二手烟（SHS）暴露是导致非吸烟者心血管疾病（如心源性猝死、心房颤动、缺血性心脏病和中风）的重要风险因素。尽管公共场所禁烟实施后SHS暴露有所下降，但全球仍有约30%-39%的非吸烟者受到SHS影响。流行病学研究表明，SHS暴露相关的心血管死亡中，心源性猝死最为突出，而SHS诱导的自主神经调节异常（表现为心率变异性[HRV]降低）是其关键病理基础。研究者前期发现，环境相关浓度（3 mg/m³总悬浮颗粒物[TSP]）的SHS暴露12周可降低小鼠短期HRV，该效应在第4周最显著（降低32%），第12周有所减弱（降低16%）。此外，4周SHS暴露显著降低疑核（NA）中解剖学鉴定的心脏迷走神经元（CVN）的内在兴奋性，且伴随小电导钙激活钾（SK）通道活性降低。然而，尚不清楚CVN兴奋性降低是否随暴露时间延长（12周）而减弱，以及4-氨基吡啶（4-AP）敏感电压门控钾通道（A型钾通道）是否参与SHS诱导的神经元兴奋性降低。本研究旨在解答这两个问题，并探究相关机制。该研究发表在《Frontiers in Physiology》。

**主要技术方法**
研究采用全细胞膜片钳记录技术，在成年雄性C57BL/6J小鼠的NA中，对经DiI（1,1′-dioctadecyl 3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine perchlorate）逆行标记的CVN进行电生理记录。小鼠随机分为过滤空气（FA）暴露组和SHS暴露组（3 mg/m³ TSP，6小时/天，5天/周，持续12周）。通过步进电流（1秒，100-700 pA）和斜坡电流（5秒，1 nA/s）刺激评估放电反应和动作电位（AP）特性，并应用SK通道阻断剂apamin（20 nM）和电压门控钾通道阻断剂4-AP（1 mM）进行药理学干预。数据采用t检验、双因素重复测量方差分析（ANOVA）或混合效应模型分析。

**研究结果**
**3.1 步进电流刺激下的放电反应**
与FA组相比，SHS组CVN的最小诱发AP电流阈值显著升高（p < 0.05），且随电流增加，总放电次数显著减少（p < 0.05）。SHS组神经元表现出更小的中等后超极化（mAHP）幅度，但该差异归因于总放电次数减少，而非暴露组间存在本质差异。两组间静息膜电位和频率适应模式无显著差异。

**3.2 斜坡电流刺激下的放电反应**
SHS组CVN的AP电流阈值和电压阈值均显著高于FA组（p < 0.05）。SHS组AP失活发生在更高的电流和膜电压水平（p < 0.05），且最大瞬时放电频率显著更高（p < 0.05）。频率-电流曲线和频率-电压曲线均向右移位，表明SHS神经元在更高输入水平才进入失活相。AP振幅、上升速率、快后超极化（fAHP）和下降速率等参数也呈右移，但最大上升速率和最大下降速率无组间差异。

**3.3 钾通道阻断剂对步进电流刺激下放电反应的影响**
Apamin显著增加两组电流阈值，且SHS组apamin引起的阈值增加幅度有增大趋势（p = 0.08）。Apamin消除mAHP，且SHS组mAHP幅度的减小幅度显著小于FA组（p < 0.05）。Apamin增加总放电次数，但SHS组增幅显著较小（p < 0.05），且加药后SHS组放电仍低于FA组，提示SK通道并非唯一机制。4-AP显著降低电流阈值，但组间效应无差异；4-AP增加mAHP幅度和放电次数，组间也无显著差异。

**3.4 钾通道阻断剂对斜坡电流刺激下放电反应的影响**
Apamin显著增加两组电流阈值，且SHS组阈值增加幅度显著大于FA组（p < 0.05）。Apamin使放电频率-电流曲线左移（降低失活电流），但SHS组apamin诱导的曲线右移更明显。Apamin增加最大放电频率，组间差异无统计学意义。4-AP显著降低电流和电压阈值，但组间效应无差异；4-AP降低高电流下的放电，使曲线左移，且SHS组4-AP诱导的最大频率增加幅度显著小于FA组（p < 0.05）。

**3.5 钾通道阻断剂对动作电位特性的影响**
Apamin降低AP振幅和上升速率，但组间无差异；4-AP降低AP振幅和上升速率，在SHS组中曲线右移，但以膜电压为变量时组间无差异。Apamin降低fAHP幅度和下降速率，组间无差异；4-AP降低fAHP幅度和下降速率，在SHS组中曲线右移，但以膜电压为变量时组间无差异。

**讨论与结论**
本研究证实，12周SHS暴露显著增加CVN的AP阈值并降低放电反应，表明CVN兴奋性降低，这可能是SHS诱导HRV降低的神经基础。SHS暴露未改变静息膜电位或4-AP敏感通道活性，提示漏钾通道和电压门控钾通道不参与兴奋性降低。研究者发现两种可能抵消兴奋性降低的适应机制：一是AP失活电压升高，有助于维持放电范围并提高最大放电频率；二是SK通道激活降低（apamin效应减弱），可能通过减轻后超极化来部分补偿兴奋性下降。由于SK通道在其他疾病（如阿尔茨海默病、心力衰竭）中表达上调，且阻断SK通道可能加重SHS相关心血管风险，提示需谨慎使用相关药物。此外，SHS可能通过诱导肺部炎症、改变孤束核（NTS）突触输入或破坏血脑屏障间接影响CVN。研究局限性包括未在电压钳模式下直接检测钠通道特性，且未排除突触输入变化的影响。结论：环境相关浓度的SHS暴露通过增强SK和电压门控钾通道功能以外的机制诱导CVN神经可塑性，导致心脏调节失调（HRV降低），这凸显了保护非吸烟者心脏健康的必要性。