超氧化物誘導(dǎo)氧化應(yīng)激研究進(jìn)展

超氧化物誘導(dǎo)氧化應(yīng)激研究進(jìn)展

中樞神經(jīng)系統(tǒng)有多種功能，可以協(xié)調(diào)身體的運(yùn)動，闡明感知，控制行為，建立記憶，這也在調(diào)節(jié)心臟靜態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。單獨(dú)認(rèn)識中樞神經(jīng)系統(tǒng)一種功能的作用機(jī)制——中樞氧化應(yīng)激對心血管疾病的影響,就具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。近期出現(xiàn)令人欣喜的研究成果,證實(shí)NAD(P)H氧化酶機(jī)制對于正常中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能以及心血管中樞異常有著重要的意義?，F(xiàn)證實(shí)一個(gè)重要的多肽即:血管緊張素Ⅱ,在一定程度上通過中樞活性氧簇以及NAD(P)H氧化酶機(jī)制調(diào)節(jié)中樞交感神經(jīng)傳出、血管升壓素釋放以及體液穩(wěn)態(tài),最終影響機(jī)體動脈血壓、心臟功能和腎功能。同時(shí),中樞氧化應(yīng)激在心血管疾病如:高血壓、心力衰竭中具有重要意義。1神經(jīng)條件改變心血管系統(tǒng)維持機(jī)體動脈血壓,調(diào)控容量平衡,在其發(fā)揮作用時(shí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)接受并處理其反饋信息,形成反映機(jī)體心血管狀態(tài)的一系列神經(jīng)和體液信號(例如,自主神經(jīng)和神經(jīng)激素),并對其進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)從而維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。現(xiàn)在越來越多的研究表明,大多數(shù)心血管疾病均與中樞神經(jīng)體液因子的改變有關(guān)。心血管中樞接受機(jī)體各種外周信號,并對其進(jìn)行分析,然后通過神經(jīng)或體液調(diào)節(jié),改變心臟和血管的活動,這種調(diào)節(jié)機(jī)制在心肌重塑及心功能損傷中起著重要的作用?，F(xiàn)已證實(shí),許多慢性高血壓患者交感神經(jīng)系統(tǒng)活動明顯增強(qiáng),中樞及外周神經(jīng)體液因子(血管緊張素Ⅱ、炎性細(xì)胞因子等)顯著增加。慢性心力衰竭患者交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)、壓力反射功能和激素分泌異常,通過抑制機(jī)體神經(jīng)體液因子病理性增高可顯著提高這些病人的存活率。最新研究表明,中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能障礙引起機(jī)體代謝紊亂(包括糖尿病和肥胖癥)為心血管疾病的主要危險(xiǎn)因素。盡管現(xiàn)已明確在維持正常心血管功能和調(diào)解心血管病理生理方面,中樞神經(jīng)系統(tǒng)起關(guān)鍵作用,但對其作用機(jī)制卻報(bào)道甚少。心血管疾病的發(fā)生發(fā)展與中樞神經(jīng)體液因子的改變有關(guān)。近期研究發(fā)現(xiàn),下丘腦室旁核血管緊張素Ⅱ通過激活活性氧簇信號傳導(dǎo)通路從而影響機(jī)體動脈血壓及其他心血管中樞調(diào)定點(diǎn),并且在心血管細(xì)胞對血壓及其它心血管指數(shù)的調(diào)控中,外周及中樞活性氧簇也發(fā)揮著重要作用。中樞過多的活性氧簇引起的氧化應(yīng)激與心血管疾病如高血壓、動脈粥樣硬化、心力衰竭有著緊密的聯(lián)系。2超氧化物和抗氧化現(xiàn)階段越來越多的研究顯示,中樞超氧化物(及相關(guān)的活性氧簇)在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。神經(jīng)激素類物質(zhì),如:血管緊張素、炎性細(xì)胞因子等可刺激下丘腦室旁核NAD(P)H氧化酶催化產(chǎn)生超氧化物。同時(shí),細(xì)胞線粒體內(nèi)NAD(P)H通路也可產(chǎn)生超氧化物。這些超氧化物是腦內(nèi)重要的信號分子,在正常生理情況下,機(jī)體通過超氧化物生成和抗氧化系統(tǒng)(主要包括:酶類、低分子量抗氧化劑、激素類抗氧化劑、DNA修復(fù)系統(tǒng)等)將其維持在一個(gè)動態(tài)平衡狀態(tài)。而當(dāng)這種平衡狀態(tài)被破壞,即:超氧化物產(chǎn)生過多,且未能被抗氧化系統(tǒng)及時(shí)清理,就會引起中樞氧化應(yīng)激,進(jìn)而對機(jī)體產(chǎn)生各種危害。3參與中樞神經(jīng)氧化反應(yīng)的因素3.1nadph氧化酶抑制劑Griendling、Lambeth等人在非吞噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種gp91phox同系物:NAD(P)H氧化酶1(Nox1),同時(shí)他們在血管平滑肌細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有Nox1,并且研究表明該酶在細(xì)胞生長調(diào)控中起著關(guān)鍵作用,自此人們開始研究NAD(P)H氧化酶。NAD(P)H氧化酶是一個(gè)多亞基酶,在不同細(xì)胞和組織中NAD(P)H氧化酶功能不同,其可調(diào)節(jié)正常細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo),調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和死亡,參與機(jī)體炎癥反應(yīng),調(diào)控血管內(nèi)皮功能并且還可以催化氧分子還原為超氧化物;該酶亞基集中于細(xì)胞膜內(nèi)(細(xì)胞色素b558、p22phox和gp91phox)和細(xì)胞質(zhì)中(p40phox、p47phox和p67phox);當(dāng)細(xì)胞膜低分子量G蛋白(Rac1或Rac2)受刺激活化以及p47phox磷酸化,就引起細(xì)胞胞漿成分向肌漿膜遷移,這一過程即產(chǎn)生了超氧化物?，F(xiàn)階段我們的研究顯示,運(yùn)用NAD(P)H氧化酶抑制劑apocyanin(APO)注射入大鼠下丘腦室旁核,可明顯降低大鼠中樞超氧化物表達(dá),減弱大鼠中樞氧化應(yīng)激。gp91phox基因敲除小鼠與野生型小鼠相比,其中樞氧化應(yīng)激水平明顯降低。這些均表明,NAD(P)H氧化酶在氧化應(yīng)激中起著一定的作用,并且其通過影響超氧化物生成改變中樞氧化應(yīng)激水平。3.2什么是我國重要性的意義血管緊張素Ⅱ是腎素-血管緊張素系統(tǒng)中一種重要的生物活性物質(zhì),其對血管收縮有著一定影響,并且在機(jī)體維持正常心血管功能及各種心血管疾病如高血壓、心力衰竭發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用。血管緊張素Ⅱ通過與血管緊張素Ⅰ型受體結(jié)合發(fā)揮作用,并且此過程在中樞對機(jī)體動脈血壓的調(diào)節(jié)中有著重要的意義。Griendling等首次發(fā)現(xiàn)血管緊張素Ⅱ可激活血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)NAD(P)H氧化酶,自此在心血管生理學(xué)界產(chǎn)生了一個(gè)新的具有重要意義的概念即:活性氧簇?；钚匝醮厥茄芫o張素Ⅱ調(diào)節(jié)心血管細(xì)胞各種生理過程的重要初級效應(yīng)物質(zhì),而由它介導(dǎo)的機(jī)體中樞氧化還原機(jī)制與心血管疾病如高血壓、動脈粥樣硬化、心力衰竭有緊密的聯(lián)系。許多研究表明,下丘腦室旁核血管緊張素Ⅱ通過激活活性氧簇信號傳導(dǎo)通路,誘導(dǎo)NAD(P)H氧化酶催化產(chǎn)生活性氧簇,進(jìn)而影響機(jī)體動脈血壓和其他心血管指數(shù)。近期陳等發(fā)現(xiàn),將血管緊張素Ⅱ注射到延髓頭端腹外側(cè)區(qū)會增加該區(qū)域NAD(P)H氧化酶的活性,進(jìn)而促進(jìn)超氧化物的生成,這就進(jìn)一步提高了我們對心血管中樞神經(jīng)元中血管緊張素Ⅱ/NAD(P)H氧化酶信號機(jī)制的認(rèn)識,同時(shí)也證實(shí)了中樞血管緊張素Ⅱ通過改變NAD(P)H氧化酶的活性,影響超氧化物的生成而調(diào)節(jié)中樞氧化應(yīng)激水平。3.3不同重要因素對病員預(yù)后的影響近年來研究表明,免疫調(diào)節(jié)機(jī)制在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。在機(jī)體正常生理情況下,外周及中樞炎性細(xì)胞因子維持在一個(gè)較低的水平,而在各種心血管疾病循環(huán)中的炎性細(xì)胞因子,如:腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)以及白細(xì)胞介素-6(IL-6)均明顯增加,并對疾病的預(yù)后有重要的意義,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中這些炎性細(xì)胞因子也顯著高于基礎(chǔ)水平。例如:在心力衰竭患者血漿中,炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6等)明顯增加,其對患者的預(yù)后有著重要的意義。在心力衰竭初級階段,動物模型心臟、血漿、下丘腦室旁核炎性細(xì)胞因子增加,切斷心臟交感傳入神經(jīng)其中樞炎性細(xì)胞因子明顯降低。研究還發(fā)現(xiàn)中樞炎性細(xì)胞因子可激活下丘腦室旁核NAD(P)H氧化酶,催化產(chǎn)生活性氧簇,從而提高機(jī)體中樞氧化應(yīng)激水平。最近我們的研究表明將炎性細(xì)胞因子合成抑制劑己酮可可堿(pentoxifyllinePTX)注射入大鼠中樞下丘腦室旁核可明顯減弱大鼠中樞NAD(P)H氧化酶活性,降低氧化應(yīng)激水平;TNF-α基因敲除小鼠下丘腦室旁核炎性細(xì)胞因子表達(dá)明顯降低,NAD(P)H氧化酶活性減弱,氧化應(yīng)激明顯減弱。以上均表明炎性細(xì)胞因子可通過調(diào)節(jié)機(jī)體中樞NAD(P)H氧化酶活性進(jìn)而改變氧化應(yīng)激水平。3.4nf-b阻斷劑sn50對心力衰竭大鼠心功能的調(diào)節(jié)1986年,Sen和Baltimore在B細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵因子之一核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB),其參與許多與機(jī)體防御功能和炎癥反應(yīng)有關(guān)的早期免疫應(yīng)答基因的調(diào)控。近年來研究表明活性氧簇對包括心力衰竭在內(nèi)的多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展起重要作用。心力衰竭時(shí)心肌組織內(nèi)增加的活性氧簇直接影響心肌收縮功能,促進(jìn)心室重構(gòu)的發(fā)生。下丘腦高水平的活性氧簇是引起外周交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)的一個(gè)重要因素,阻斷中樞活性氧簇的生成可明顯降低交感神經(jīng)活動,進(jìn)而降低動脈血壓。NAD(P)H氧化酶的激活是組織內(nèi)活性氧簇產(chǎn)生的重要原因之一,Anrather等近來發(fā)現(xiàn)NF-κB可以增強(qiáng)NAD(P)H氧化酶的表達(dá),因此NF-κB的激活對于活性氧簇的產(chǎn)生具有促進(jìn)作用。近期在我們的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),中樞注入NF-κB阻斷劑SN50可降低心力衰竭大鼠下丘腦室旁核區(qū)域NAD(P)H氧化酶亞單位gp91phox和活性氧簇的水平,提示心力衰竭時(shí)下丘腦室旁核NF-κB的激活對活性氧簇的產(chǎn)生有促進(jìn)作用。現(xiàn)也證實(shí)NF-κB調(diào)控的靶基因產(chǎn)物多為炎癥反應(yīng)介質(zhì),如炎性細(xì)胞因子,而炎性細(xì)胞因子可通過調(diào)節(jié)NAD(P)H氧化酶活性改變機(jī)體中樞氧化應(yīng)激水平。由此我們可知,NF-κB可直接或間接改變NAD(P)H氧化酶活性,調(diào)節(jié)機(jī)體中樞氧化應(yīng)激水平。4氧化反應(yīng)對心血管疾病的影響4.1兩種治療藥物的相互作用心力衰竭多伴有自主神經(jīng)功能紊亂,其中以交感神經(jīng)持續(xù)過度興奮為主要特征。各種病理性因素引起心肌損傷,繼而誘發(fā)各種神經(jīng)體液物質(zhì)如血管緊張素Ⅱ、炎性細(xì)胞因子等進(jìn)入體循環(huán)。這些物質(zhì)可使心血管中樞活動發(fā)生改變,其結(jié)果是心搏頻率加快,心臟輸出血量增多,同時(shí)血管收縮,以維持機(jī)體動脈血壓和組織灌注。在短期內(nèi),這些代償機(jī)制有利于維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài),但隨著時(shí)間的推移,長期神經(jīng)體液物質(zhì)活化會使心功能惡化最終導(dǎo)致心力衰竭。在過去的10多年中,臨床上多通過運(yùn)用神經(jīng)體液物質(zhì)受體拮抗劑或合成抑制劑,如:血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑治療心力衰竭,其雖可改善病人癥狀,但長期的療效卻不盡人意,這就督促人們?nèi)ヌ剿餍碌闹委煼桨?。近期諸多研究表明,心力衰竭引起交感神經(jīng)興奮性增高,下丘腦室旁核炎性細(xì)胞因子增加,NAD(P)H氧化酶活性明顯提高,超氧化物生成顯著高于基礎(chǔ)水平,機(jī)體中樞氧化應(yīng)激水平也顯著提高?，F(xiàn)階段一些研究顯示,將NAD(P)H氧化酶抑制劑APO注入心力衰竭大鼠下丘腦室旁核,其中樞活性氧簇含量顯著降低,氧化應(yīng)激明顯減弱,交感神經(jīng)興奮性降低,心力衰竭癥狀明顯改善。同時(shí),gp91phox基因敲除的心力衰竭小鼠,與對照組未敲除基因心力衰竭小鼠相比,其下丘腦室旁核氧化應(yīng)激降低,心力衰竭癥狀明顯好轉(zhuǎn)。綜上所述,這些研究充分證實(shí),下丘腦室旁核神經(jīng)體液因子異常,引起NAD(P)H氧化酶催化活性氧簇生成增加,氧化應(yīng)激水平提高,交感神經(jīng)興奮性增加,最終導(dǎo)致心力衰竭。最近一項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)顯示,慢性心力衰竭患者給予莫索尼定緩釋片可減弱交感神經(jīng)活動,但是同給安慰劑的對照組相比,服用莫索尼定緩釋片的心力衰竭患者病死率更高,這一結(jié)果使得我們非常詫異,這提示我們,在心力衰竭最初階段,交感神經(jīng)興奮性增高對機(jī)體是有益的。這就督促我們?nèi)チ私馀c交感神經(jīng)過度興奮相關(guān)的機(jī)制,如:中樞NAD(P)H氧化酶誘導(dǎo)超氧化物生成、氧化應(yīng)激水平提高與心力衰竭時(shí)交感神經(jīng)興奮性增加的關(guān)系。這些對心力衰竭的臨床治療是非常必要的。4.2對血管緊張素的影響現(xiàn)已證實(shí),人類高血壓疾病以中樞神經(jīng)傳導(dǎo)通路障礙為特點(diǎn)。血管緊張素Ⅱ作為腎素-血管緊張素系統(tǒng)中一個(gè)重要的生物活性物質(zhì)在高血壓疾病發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用,它是導(dǎo)致中樞神經(jīng)體液因子異常的一個(gè)主要因素?，F(xiàn)在大量研究顯示,在血管緊張素Ⅱ依賴性高血壓發(fā)生發(fā)展中,中樞氧化應(yīng)激為一個(gè)重要的機(jī)制,并且超氧化物(及其相關(guān)的活性氧簇)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)直接調(diào)控的血管緊張素Ⅱ升壓作用中發(fā)揮重要作用。運(yùn)用小鼠靜脈緩慢輸注弱升壓劑量血管緊張素Ⅱ制作人類高血壓病模型發(fā)現(xiàn),該模型小鼠前腦的穹窿下器官超氧化物生成明顯增加,且超氧化物的生成與小鼠動脈血壓升高相平行,并在第16天超氧化物生成與動脈血壓同時(shí)達(dá)高峰。在小鼠側(cè)腦室注入NAD(P)H氧化酶抑制劑APO,其穹窿下器官中超氧化物(及其相關(guān)的活性氧簇)減少甚至消失同時(shí)小鼠動脈血壓也降至正常,這就說明在升壓反應(yīng)中需要中樞超氧化物