室旁核中的硫化氢可减轻自发性高血压大鼠的内质网应激

《Brain Research》：Hydrogen sulfide in the paraventricular nucleus attenuates endoplasmic reticulum stress in Spontaneous hypertension

氢硫磺通过调节下丘脑视前核内质网应激减轻自发性高血压大鼠交感神经活动及血压升高。

　　

张东东|任永波|张帅|尹兴忠|宋汉军|邢怀宇|王辉|李宇恒|于敏泽|高宇曦|胡彦秋|李冰|刘琦|薛蓓|梁彦峰

中国佳木斯大学基础医学院

摘要

硫化氢（H₂S）作为一种代谢调节剂，是一种气体信号分子，其功能类似于一氧化氮和一氧化碳，都具有血管扩张、抗氧化等特性。在中枢神经系统中，H₂S 对神经保护和神经过程的控制起着关键作用。下丘脑的室旁核（PVN）是一个重要的中枢核团，负责调节和整合心血管及外周交感神经活动。本研究旨在探讨内源性 H₂S 合成酶 CBS 的激活剂 S-腺苷甲硫氨酸（SAMe）或抑制剂羟胺（HA）在 PVN 内注射是否能够调节 H₂S 的表达，PVN 中的小胶质细胞是否是 H₂S 的作用靶点，以及 H₂S 是否通过影响自发性高血压大鼠（SHR）PVN 的内质网（ER）应激进一步导致血压（BP）变化。健康的雄性 Wistar–Kyoto（WKY）大鼠和 SHR 大鼠被喂食正常饮食 8 周后，分别接受 PVN 内注射 SAMe、HA 或安慰剂 4 周。结果显示，SHR 组的血浆去甲肾上腺素水平和平均动脉压升高，与 ER 应激相关的因子（如 p-PERK、GRP78 和 p-IRE1α）的表达也增加；而 SHR + SAMe 组的这些指标水平降低，SHR + HA 组则升高。这些发现表明，内源性 H₂S 可通过调节 ER 应激来减弱 PVN 中的交感神经活动和高血压反应。

引言

高血压被定义为收缩压≥140 mmHg或舒张压≥90 mmHg的心血管疾病（Messerli 等，2007；Zhang 等，2023）。它是全球心血管疾病和死亡的主要原因之一，每年至少导致 760 万人死亡，占全球总死亡人数的 13.5%（Chow 等，2013）。越来越多的证据表明，内质网应激对高血压的发病机制有重要影响。

在心血管系统和神经系统中，硫化氢（H₂S）与一氧化氮和一氧化碳这两种内源性气体递质类似，正逐渐被认识到是一种关键信号分子。H₂S 在哺乳动物组织的许多生理和病理过程中发挥着重要作用（Xu 等，2014）。H₂S 可通过酶促和非酶促途径合成，主要涉及三种关键酶：半胱硫氨酸 β-合成酶（CBS）、半胱硫氨酸 γ-裂解酶（CSE）和 3-巯基丙酮酸硫转移酶（3-MST）。最初认为 CBS 主要负责大脑中的 H₂S 合成，而 CSE 主要参与心脏和血管中的 H₂S 生成；3-MST 主要存在于线粒体中（Krishnan 等，2011；Magli 等，2021；Zhang 等，2022）。

大量研究表明 H₂S 可调节血压。中国 Tang 和 Wang 的研究发现，H₂S 的代谢与高血压的发生有关，他们发现自发性高血压大鼠（SHR）和 L-NAME 诱导的高血压大鼠的 H₂S 水平显著降低（Wang & Tang，2022）。由于 H₂S 的降压作用，它可能与防止胶原蛋白沉积有关。在 SHR 中，H₂S 以剂量依赖的方式抑制血管紧张素 II 诱导的 MAPK 激活，降低血管紧张素 II 1 型受体（AT1R）的亲和力，从而抑制血管重塑和胶原蛋白沉积，进而降低血压（Zhao 等，2008）。

交感神经系统的活动调节是大脑控制血压的基本机制之一。血压和交感神经活动（SNA）直接受大脑某些区域的影响。最近的研究发现，向延髓腹外侧区域注射 CBS 抑制剂（羟胺或氨基氧乙酸）可增加肾脏的 SNA、平均动脉压（MAP）和心率（Duan 等，2015）。此外，当向侧脑室（ICV）注射 H₂S 给体硫化氢（NaHS）时，SHR 和 Ang II 诱导的高血压 WKY 大鼠的平均动脉压和心率也会降低（Donertas Ayaz 等，2021）。这些发现表明，内源性和外源性 H₂S 都能影响中枢神经系统（CNS）和周围系统的血压和 SNA。

下丘脑的室旁核（PVN）是调节心血管功能的关键中枢，含有高密度的自主神经元，参与交感神经活动和血压调节。PVN 的神经元激活会增强神经兴奋反应，在应激条件下升高血压和心率（Goncharuk 等，2002；Qin 等，2018；Ramchandra 等，2013；Ye 等，2013）。作为中枢神经系统的常驻免疫细胞，小胶质细胞在神经维护和突触修剪中起关键作用。Iba1 是一种特异性小胶质细胞蛋白，可调节肌动蛋白细胞骨架动态，促进膜皱褶和吞噬作用。值得注意的是，反应性小胶质细胞是高血压相关神经炎症的重要组成部分（Sakai，2020）。先前的研究表明，在多种高血压小鼠模型中，PVN 中的小胶质细胞密度增加（Masson 等，2015）。另一项研究显示，长期脑室内注射 NaHS 可缓解血管紧张素 II（Ang II）诱导的高血压，并减少啮齿动物 PVN 中的小胶质细胞数量（Donertas Ayaz 等，2021）。

在真核细胞中，内质网（ER）负责蛋白质的合成、修饰和折叠。只有正确折叠的蛋白质才能被运输到高尔基体进行进一步处理。当外部因素削弱 ER 处理未折叠或错误折叠蛋白质的能力时，ER 的稳态会被破坏，Ca²⁺ 平衡失调，导致内质网应激（ERS）。细胞会激活未折叠蛋白反应（UPR）作为自我防御机制，以减轻这种应激，从而减少未折叠蛋白质的积累并提高细胞存活率（Zhong 等，2020）。双链 RNA 依赖的蛋白激酶样 ER 激酶（PERK）、肌醇依赖酶 1α（IRE1α）和激活转录因子 6（ATF6）是与 UPR 相关的三种 ER 膜相关传感器蛋白，这些蛋白还与葡萄糖调节蛋白 78（GRP78）和免疫球蛋白重链结合蛋白（BiP）协同作用（Hetz，2012；Saito，2014）。在生理条件下，这些传感器蛋白都与 GRP78/BiP 结合。当 ER 稳态受损且未折叠蛋白质积累时，GRP78/BiP 从传感器蛋白上解离并结合到未折叠蛋白质上，激活 UPR（Almanza 等，2019）。

据估计，内质网应激是高血压的主要原因之一。Colin N. 将 ER 应激诱导剂硫辛酰胺注入小鼠的侧脑室（ICV），导致 ER 应激，从而破坏细胞内 Ca²⁺ 稳态。急性或持续数天的脑 ER 应激会导致动脉血压升高（Purkayastha 等，2011；Young，2017）。然而，H₂S 与 PVN 内 ER 应激之间的相互作用仍需进一步研究。

因此，本研究的主要目的是探讨 H₂S 在减轻 PVN 内 ER 应激对周围 SNA 和血压的影响。此外，本研究还旨在阐明高血压的中枢机制，确定 H₂S 在 PVN 中作用的特定细胞类型，寻找新的治疗靶点，并为 H₂S 在高血压治疗中的临床应用提供理论基础。我们认为，中枢补充 H₂S 可减轻 SHR 中 PVN 的 ER 应激，从而部分改善血压升高和交感神经兴奋。

伦理问题

本实验符合美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南，并获得了佳木斯大学实验室动物伦理委员会的批准（伦理编号：JDJCYXY20230031）。

动物

SHR 和 Wistar Kyoto（WKY）雄性大鼠由北京 Vital River 实验动物技术有限公司提供，体重在 220–250 克之间，饲养在佳木斯大学动物繁殖中心，环境温度可控。

MAP 测量结果：

与 WKY + 安慰剂组相比，SHR + 安慰剂组的 MAP 显著升高（P < 0.01），而 WKY + SAMe 和 WKY + HA 组无显著变化（P > 0.05）。与 SHR + 安慰剂组相比，SHR + SAMe 组的 MAP 显著降低（P < 0.01），而 SHR + HA 组的 MAP 显著升高（P < 0.01）（图 1）。

自发性高血压大鼠（SHR）的 MAP 显著高于 Wistar Kyoto（WKY）大鼠。

讨论

我们的数据表明：(1) PVN 中缓释 H₂S 可减弱交感神经活动和高血压反应，这与 PVN 中内质网应激的减轻有关；(2) 内源性 H₂S 合成酶抑制剂 HA 会增加 PVN 的内质网应激反应，从而加重高血压；(3) H₂S 可抑制 SHR 大鼠 PVN 中 Iba1⁺ 细胞的升高。

高血压是一个全球性的公共卫生问题，其发病机制复杂。

未引用参考文献

Su 等，2014；Wei 等，2024。

CRediT 作者贡献声明

张东东：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，资金申请。任永波：实验研究。张帅：撰写 – 初稿，方法学设计。尹兴忠：方法学设计。宋汉军：方法学设计。邢怀宇：方法学设计。王辉：方法学设计。李宇恒：撰写 – 初稿，实验研究。于敏泽：方法学设计。高宇曦：实验研究。胡彦秋：实验研究。李冰：实验研究。刘琦：方法学设计。薛蓓：撰写 – 审稿与编辑。梁彦峰：

资助

本工作得到了黑龙江省自然科学基金（项目编号：PL2024H001）、黑龙江省本科院校基础科学研究优秀创新团队资助（项目编号：2021-KYYWF-0595）、黑龙江省北医药与功能性食品特色项目（项目编号：HLJTSXK-2022–03）、黑龙江省大学生创新创业培训项目（项目编号：S202310222008）以及佳木斯大学的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。