超氧化物诱导氧化应激研究进展

超氧化物诱导氧化应激研究进展

中枢神经系统有多种功能，可以协调身体的运动，阐明感知，控制行为，建立记忆，这也在调节心脏静态方面发挥着重要作用。单独认识中枢神经系统一种功能的作用机制——中枢氧化应激对心血管疾病的影响,就具有相当大的挑战。近期出现令人欣喜的研究成果,证实NAD(P)H氧化酶机制对于正常中枢神经系统功能以及心血管中枢异常有着重要的意义。现证实一个重要的多肽即:血管紧张素Ⅱ,在一定程度上通过中枢活性氧簇以及NAD(P)H氧化酶机制调节中枢交感神经传出、血管升压素释放以及体液稳态,最终影响机体动脉血压、心脏功能和肾功能。同时,中枢氧化应激在心血管疾病如:高血压、心力衰竭中具有重要意义。1神经条件改变心血管系统维持机体动脉血压,调控容量平衡,在其发挥作用时中枢神经系统接受并处理其反馈信息,形成反映机体心血管状态的一系列神经和体液信号(例如,自主神经和神经激素),并对其进行有效的调节从而维持机体内环境稳态。现在越来越多的研究表明,大多数心血管疾病均与中枢神经体液因子的改变有关。心血管中枢接受机体各种外周信号,并对其进行分析,然后通过神经或体液调节,改变心脏和血管的活动,这种调节机制在心肌重塑及心功能损伤中起着重要的作用。现已证实,许多慢性高血压患者交感神经系统活动明显增强,中枢及外周神经体液因子(血管紧张素Ⅱ、炎性细胞因子等)显著增加。慢性心力衰竭患者交感神经兴奋性增强、压力反射功能和激素分泌异常,通过抑制机体神经体液因子病理性增高可显著提高这些病人的存活率。最新研究表明,中枢神经系统调节功能障碍引起机体代谢紊乱(包括糖尿病和肥胖症)为心血管疾病的主要危险因素。尽管现已明确在维持正常心血管功能和调解心血管病理生理方面,中枢神经系统起关键作用,但对其作用机制却报道甚少。心血管疾病的发生发展与中枢神经体液因子的改变有关。近期研究发现,下丘脑室旁核血管紧张素Ⅱ通过激活活性氧簇信号传导通路从而影响机体动脉血压及其他心血管中枢调定点,并且在心血管细胞对血压及其它心血管指数的调控中,外周及中枢活性氧簇也发挥着重要作用。中枢过多的活性氧簇引起的氧化应激与心血管疾病如高血压、动脉粥样硬化、心力衰竭有着紧密的联系。2超氧化物和抗氧化现阶段越来越多的研究显示,中枢超氧化物(及相关的活性氧簇)在心血管疾病发生发展中起着至关重要的作用。神经激素类物质,如:血管紧张素、炎性细胞因子等可刺激下丘脑室旁核NAD(P)H氧化酶催化产生超氧化物。同时,细胞线粒体内NAD(P)H通路也可产生超氧化物。这些超氧化物是脑内重要的信号分子,在正常生理情况下,机体通过超氧化物生成和抗氧化系统(主要包括:酶类、低分子量抗氧化剂、激素类抗氧化剂、DNA修复系统等)将其维持在一个动态平衡状态。而当这种平衡状态被破坏,即:超氧化物产生过多,且未能被抗氧化系统及时清理,就会引起中枢氧化应激,进而对机体产生各种危害。3参与中枢神经氧化反应的因素3.1nadph氧化酶抑制剂Griendling、Lambeth等人在非吞噬细胞中发现了一种gp91phox同系物:NAD(P)H氧化酶1(Nox1),同时他们在血管平滑肌细胞中也发现有Nox1,并且研究表明该酶在细胞生长调控中起着关键作用,自此人们开始研究NAD(P)H氧化酶。NAD(P)H氧化酶是一个多亚基酶,在不同细胞和组织中NAD(P)H氧化酶功能不同,其可调节正常细胞内的信号传导,调节细胞生长和死亡,参与机体炎症反应,调控血管内皮功能并且还可以催化氧分子还原为超氧化物;该酶亚基集中于细胞膜内(细胞色素b558、p22phox和gp91phox)和细胞质中(p40phox、p47phox和p67phox);当细胞膜低分子量G蛋白(Rac1或Rac2)受刺激活化以及p47phox磷酸化,就引起细胞胞浆成分向肌浆膜迁移,这一过程即产生了超氧化物。现阶段我们的研究显示,运用NAD(P)H氧化酶抑制剂apocyanin(APO)注射入大鼠下丘脑室旁核,可明显降低大鼠中枢超氧化物表达,减弱大鼠中枢氧化应激。gp91phox基因敲除小鼠与野生型小鼠相比,其中枢氧化应激水平明显降低。这些均表明,NAD(P)H氧化酶在氧化应激中起着一定的作用,并且其通过影响超氧化物生成改变中枢氧化应激水平。3.2什么是我国重要性的意义血管紧张素Ⅱ是肾素-血管紧张素系统中一种重要的生物活性物质,其对血管收缩有着一定影响,并且在机体维持正常心血管功能及各种心血管疾病如高血压、心力衰竭发生发展中起着重要的作用。血管紧张素Ⅱ通过与血管紧张素Ⅰ型受体结合发挥作用,并且此过程在中枢对机体动脉血压的调节中有着重要的意义。Griendling等首次发现血管紧张素Ⅱ可激活血管平滑肌细胞内NAD(P)H氧化酶,自此在心血管生理学界产生了一个新的具有重要意义的概念即:活性氧簇。活性氧簇是血管紧张素Ⅱ调节心血管细胞各种生理过程的重要初级效应物质,而由它介导的机体中枢氧化还原机制与心血管疾病如高血压、动脉粥样硬化、心力衰竭有紧密的联系。许多研究表明,下丘脑室旁核血管紧张素Ⅱ通过激活活性氧簇信号传导通路,诱导NAD(P)H氧化酶催化产生活性氧簇,进而影响机体动脉血压和其他心血管指数。近期陈等发现,将血管紧张素Ⅱ注射到延髓头端腹外侧区会增加该区域NAD(P)H氧化酶的活性,进而促进超氧化物的生成,这就进一步提高了我们对心血管中枢神经元中血管紧张素Ⅱ/NAD(P)H氧化酶信号机制的认识,同时也证实了中枢血管紧张素Ⅱ通过改变NAD(P)H氧化酶的活性,影响超氧化物的生成而调节中枢氧化应激水平。3.3不同重要因素对病员预后的影响近年来研究表明,免疫调节机制在心血管疾病发生发展中发挥着重要作用。在机体正常生理情况下,外周及中枢炎性细胞因子维持在一个较低的水平,而在各种心血管疾病循环中的炎性细胞因子,如:肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)以及白细胞介素-6(IL-6)均明显增加,并对疾病的预后有重要的意义,在中枢神经系统中这些炎性细胞因子也显著高于基础水平。例如:在心力衰竭患者血浆中,炎性细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6等)明显增加,其对患者的预后有着重要的意义。在心力衰竭初级阶段,动物模型心脏、血浆、下丘脑室旁核炎性细胞因子增加,切断心脏交感传入神经其中枢炎性细胞因子明显降低。研究还发现中枢炎性细胞因子可激活下丘脑室旁核NAD(P)H氧化酶,催化产生活性氧簇,从而提高机体中枢氧化应激水平。最近我们的研究表明将炎性细胞因子合成抑制剂己酮可可碱(pentoxifyllinePTX)注射入大鼠中枢下丘脑室旁核可明显减弱大鼠中枢NAD(P)H氧化酶活性,降低氧化应激水平;TNF-α基因敲除小鼠下丘脑室旁核炎性细胞因子表达明显降低,NAD(P)H氧化酶活性减弱,氧化应激明显减弱。以上均表明炎性细胞因子可通过调节机体中枢NAD(P)H氧化酶活性进而改变氧化应激水平。3.4nf-b阻断剂sn50对心力衰竭大鼠心功能的调节1986年,Sen和Baltimore在B细胞内发现了调节基因转录的关键因子之一核转录因子κB(NF-κB),其参与许多与机体防御功能和炎症反应有关的早期免疫应答基因的调控。近年来研究表明活性氧簇对包括心力衰竭在内的多种心血管疾病的发生发展起重要作用。心力衰竭时心肌组织内增加的活性氧簇直接影响心肌收缩功能,促进心室重构的发生。下丘脑高水平的活性氧簇是引起外周交感神经兴奋性增强的一个重要因素,阻断中枢活性氧簇的生成可明显降低交感神经活动,进而降低动脉血压。NAD(P)H氧化酶的激活是组织内活性氧簇产生的重要原因之一,Anrather等近来发现NF-κB可以增强NAD(P)H氧化酶的表达,因此NF-κB的激活对于活性氧簇的产生具有促进作用。近期在我们的实验中发现,中枢注入NF-κB阻断剂SN50可降低心力衰竭大鼠下丘脑室旁核区域NAD(P)H氧化酶亚单位gp91phox和活性氧簇的水平,提示心力衰竭时下丘脑室旁核NF-κB的激活对活性氧簇的产生有促进作用。现也证实NF-κB调控的靶基因产物多为炎症反应介质,如炎性细胞因子,而炎性细胞因子可通过调节NAD(P)H氧化酶活性改变机体中枢氧化应激水平。由此我们可知,NF-κB可直接或间接改变NAD(P)H氧化酶活性,调节机体中枢氧化应激水平。4氧化反应对心血管疾病的影响4.1两种治疗药物的相互作用心力衰竭多伴有自主神经功能紊乱,其中以交感神经持续过度兴奋为主要特征。各种病理性因素引起心肌损伤,继而诱发各种神经体液物质如血管紧张素Ⅱ、炎性细胞因子等进入体循环。这些物质可使心血管中枢活动发生改变,其结果是心搏频率加快,心脏输出血量增多,同时血管收缩,以维持机体动脉血压和组织灌注。在短期内,这些代偿机制有利于维持机体内环境稳态,但随着时间的推移,长期神经体液物质活化会使心功能恶化最终导致心力衰竭。在过去的10多年中,临床上多通过运用神经体液物质受体拮抗剂或合成抑制剂,如:血管紧张素转换酶抑制剂治疗心力衰竭,其虽可改善病人症状,但长期的疗效却不尽人意,这就督促人们去探索新的治疗方案。近期诸多研究表明,心力衰竭引起交感神经兴奋性增高,下丘脑室旁核炎性细胞因子增加,NAD(P)H氧化酶活性明显提高,超氧化物生成显著高于基础水平,机体中枢氧化应激水平也显著提高。现阶段一些研究显示,将NAD(P)H氧化酶抑制剂APO注入心力衰竭大鼠下丘脑室旁核,其中枢活性氧簇含量显著降低,氧化应激明显减弱,交感神经兴奋性降低,心力衰竭症状明显改善。同时,gp91phox基因敲除的心力衰竭小鼠,与对照组未敲除基因心力衰竭小鼠相比,其下丘脑室旁核氧化应激降低,心力衰竭症状明显好转。综上所述,这些研究充分证实,下丘脑室旁核神经体液因子异常,引起NAD(P)H氧化酶催化活性氧簇生成增加,氧化应激水平提高,交感神经兴奋性增加,最终导致心力衰竭。最近一项临床实验显示,慢性心力衰竭患者给予莫索尼定缓释片可减弱交感神经活动,但是同给安慰剂的对照组相比,服用莫索尼定缓释片的心力衰竭患者病死率更高,这一结果使得我们非常诧异,这提示我们,在心力衰竭最初阶段,交感神经兴奋性增高对机体是有益的。这就督促我们去了解与交感神经过度兴奋相关的机制,如:中枢NAD(P)H氧化酶诱导超氧化物生成、氧化应激水平提高与心力衰竭时交感神经兴奋性增加的关系。这些对心力衰竭的临床治疗是非常必要的。4.2对血管紧张素的影响现已证实,人类高血压疾病以中枢神经传导通路障碍为特点。血管紧张素Ⅱ作为肾素-血管紧张素系统中一个重要的生物活性物质在高血压疾病发生发展中起着重要的作用,它是导致中枢神经体液因子异常的一个主要因素。现在大量研究显示,在血管紧张素Ⅱ依赖性高血压发生发展中,中枢氧化应激为一个重要的机制,并且超氧化物(及其相关的活性氧簇)在中枢神经系统直接调控的血管紧张素Ⅱ升压作用中发挥重要作用。运用小鼠静脉缓慢输注弱升压剂量血管紧张素Ⅱ制作人类高血压病模型发现,该模型小鼠前脑的穹窿下器官超氧化物生成明显增加,且超氧化物的生成与小鼠动脉血压升高相平行,并在第16天超氧化物生成与动脉血压同时达高峰。在小鼠侧脑室注入NAD(P)H氧化酶抑制剂APO,其穹窿下器官中超氧化物(及其相关的活性氧簇)减少甚至消失同时小鼠动脉血压也降至正常,这就说明在升压反应中需要中枢超氧化物