星状神经节Nrf2调节心力衰竭小鼠和大鼠的氧化应激与心率反应

《Antioxidants》：Stellate Ganglion Nrf2 Modulates Oxidative Stress and Heart Rate Responses in Mice and Rats with Heart Failure

　　

慢性心力衰竭（CHF）是一个日益严重的全球性健康问题，其特征之一是进行性交感神经过度激活，这加剧了该疾病。越来越多的证据表明，氧化应激是交感兴奋的关键驱动因素，由过量的活性氧（ROS）和受损的抗氧化防御介导。氧化还原敏感转录因子核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）是抗氧化基因表达的核心调节因子，但其在周围神经系统，特别是在星状神经节中的作用仍不清楚。研究人员假设CHF中星状神经节的Nrf2信号被破坏，且调节Nrf2会改变ROS水平和交感神经反应。在大鼠心肌梗死（MI）后六周，星状神经节中酪氨酸羟化酶阳性神经元的ROS水平升高，同时Nrf2蛋白和mRNA表达降低；这两种变化均与射血分数（EF）呈负相关。为了确定Nrf2的功能作用，在MI后三周将编码GFP或GFP-Nrf2的慢病毒载体递送至星状神经节。在假手术大鼠中，Nrf2上调减弱了对星状神经节刺激的心率反应，但在CHF大鼠中增强了该反应。在过表达Nrf2的CHF大鼠中，星状神经节刺激后血浆去甲肾上腺素（NE）水平的升高减少，而对多巴酚丁胺的β₁-肾上腺素反应性未改变。本研究表明，CHF与星状神经节中氧化应激增加和Nrf2表达降低有关。Nrf2过表达显著调节交感神经调节，改变心率反应并减少CHF大鼠的血浆去甲肾上腺素。这些发现支持了Nrf2信号受损导致神经节氧化还原失衡和CHF中交感神经活动失调的观点。

慢性心力衰竭（CHF）在发达国家已成为流行病，其心血管（CV）功能恶化的机制是多因素的，涉及几乎所有的器官系统。强烈证据表明，中枢交感兴奋是导致CHF患者CV功能恶化的重要原因。在CHF中，多种促炎和促氧化因子被激活，活性氧（ROS）稳态失衡会导致DNA、蛋白质和脂质的氧化损伤。氧化还原敏感转录因子核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）及其胞质连接蛋白Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）在调节许多组织的ROS水平中起重要作用。当ROS氧化Keap1上的半胱氨酸残基时，Nrf2与之解离并进入细胞核，结合到抗氧化反应元件（AREs）上，启动抗氧化酶的转录。然而，与中枢神经系统的大量研究相比，关于CHF周围神经系统，特别是交感神经节中促氧化和抗氧化途径的研究很少。氧化应激与心律失常有关，并且一些研究指出星状神经节（SG）中的氧化应激导致了动物和人类的心律失常和交感传出增强。因此，开展这项研究旨在评估正常动物和CHF动物星状神经节中的氧化应激和Nrf2情况，研究人员假设CHF中星状神经节的Nrf2表达降低，并探讨星状神经节Nrf2的上调是否改变了啮齿动物的ROS和交感反应。该研究表明CHF与星状神经节氧化应激增加和Nrf2表达减少有关，Nrf2过表达显著调节交感活性，这为通过靶向Nrf2降低心血管疾病中星状神经节兴奋性提供了转化潜力。论文发表在《Antioxidants》上。

研究人员主要使用了C5BL6J小鼠和Sprague–Dawley大鼠作为实验样本队列，通过永久性冠状动脉结扎建立CHF模型，并利用超声心动图评估心功能，以射血分数（EF）低于45%作为心衰标准。采用蛋白质印迹法和免疫荧光技术检测星状神经节中Nrf2及其下游抗氧化蛋白的表达以及ROS水平。在干预研究中，通过向大鼠右侧星状神经节注射携带PRSx₈启动子的慢病毒载体，实现Nrf2在儿茶酚胺能神经元中的靶向过表达。在终末实验中，通过电刺激右侧星状神经节，以及静脉注射多巴酚丁胺及美托洛尔，评估心率（HR）和心室压力变化，并采集静脉血测量血浆去甲肾上腺素（NE）浓度。

3. 结果
在CHF模型与心功能评估中，小鼠冠状动脉结扎后六周，EF和短缩分数（FS）显著下降，左心室dp/dt max和min显著降低，梗死面积与EF呈负相关。
在星状神经节Nrf2表达变化的研究中，CHF显著降低了小鼠星状神经节中的Nrf2蛋白和mRNA表达，伴随下游抗氧化蛋白NAD(P)H醌脱氢酶1（NQO1）的减少，且Nrf2水平与EF显著相关。CHF大鼠星状神经节中的Nrf2和NQO1蛋白表达也显著降低。
在氧化应激标志物检测中，通过对小鼠星状神经节进行免疫荧光成像，发现CHF小鼠酪氨酸羟化酶（TH）阳性神经元中3-硝基酪氨酸（3-NT）、4-羟基壬烯醛（4-HNE）增加，二氢乙锭（DHE）染色增强，表明氧化应激增加，且DHE表达与EF呈负相关。
在Nrf2过表达干预研究中，大鼠星状神经节注射慢病毒成功在TH表达神经元中过表达Nrf2，但未改变EF或FS。
在星状神经节刺激反应研究中，在假手术大鼠中，Nrf2上调减弱了星状神经节刺激引起的HR变化；而在CHF大鼠中，Nrf2上调增强了HR反应。所有HR变化均可被β₁受体拮抗剂美托洛尔消除。Nrf2过表达未改变刺激引起的dp/dt反应。
在血浆NE水平研究中，虽然Nrf2过表达未改变基础或刺激后的NE水平，但CHF大鼠刺激后的血浆NE水平显著高于假手术大鼠。在CHF组中，Nrf2过表达显著减弱了刺激引起的血浆NE增加。
在β₁-肾上腺素能反应性评估中，对不同剂量多巴酚丁胺的HR反应在不同病毒转染组间无差异，排除了β₁信号改变作为混杂因素的可能。

4. 讨论
研究人员指出本研究表明CHF状态下星状神经节存在强烈的氧化应激，Nrf2表达降低且与EF紧密相关。Nrf2过表达并未直接改变心功能。一个意外的发现是，Nrf2过表达在假手术大鼠和CHF大鼠中对星状神经节刺激的HR反应呈现差异性。这可能是由于CHF大鼠中内源性氧化应激较高导致慢性交感传出增强，从而下调β₁信号；Nrf2上调降低ROS和交感传出后，使得β₁功能上调。然而多巴酚丁胺实验未显示显著差异。此外，CHF大鼠星状神经节刺激引起的血浆NE增加更为显著，而Nrf2上调可减弱该反应。由于使用了PRSx₈启动子，Nrf2过表达仅限于儿茶酚胺能神经元，表明在该类神经元中增加Nrf2可减少交感兴奋。同时，氧化应激如超氧阴离子O₂^?·或H₂O₂能够修饰离子通道蛋白，增强电流-电压关系，上调Nrf2和抗氧化酶表达可能有助于减轻心律失常发生。

研究结论：总之，本研究的结果首次证明，CHF状态下星状神经节的ROS增加，且与普遍存在的转录因子Nrf2的表达相关。尽管Nrf2在星状神经节过表达时心率变化与血浆去甲肾上腺素之间存在脱节，但未来实验应关注这一观察的细胞机制。这些数据可能具有转化潜力，即通过药理学靶向Nrf2或Keap1来降低与心律失常发生相关的心血管疾病中星状神经节的兴奋性。