《Acta Physiologica》：Myophosphorylase Knock Out Prevents the Exaggerated Exercise Pressor Reflex in Rats With Simulated Peripheral Artery Disease
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本文通过遗传学方法探究了外周动脉疾病中运动增压反射过度增强的关键代谢物。研究利用肌磷酸化酶基因敲除大鼠模型，发现乳酸和氢离子在慢性股动脉结扎导致的运动增压反射（尤其是其代谢成分）过度增强中扮演关键角色。这一发现揭示了PAD症状的分子机制，为靶向治疗提供了新思路。
引言
外周动脉疾病是一种全球范围内影响超过2亿患者的血管病变，其特征是动脉管腔因斑块堆积而进行性狭窄。这导致收缩肌肉的血流和氧气输送受损，肌肉内代谢物和炎症副产物比正常运动时更快、更多浓度地积累。即使在轻度运动强度下，PAD也会放大交感神经和动脉血压对运动的反应，从而显著增加危及生命的高血压事件风险，并严重损害患者的生活质量。因此，阐明这种过度运动增压反应背后的机制对于开发更好的治疗方法、最终改善这些患者的生存率和生活质量至关重要。
在调节运动血流动力学反应的机制中，有证据表明运动增压反射在人类和动物PAD模型中放大交感和升压反应中起关键作用。该反射的传入支由对机械和代谢敏感的第III组和第IV组传入纤维组成。在模拟PAD的大鼠中，第III组和第IV组传入纤维对静态收缩的反应显著高于对照组。因此，推测在该模型中，运动增压反射的机械和代谢成分均被放大。
方法
本研究使用了成年pygm野生型（pygm+/+）和pygm敲除型（pygm?/?）大鼠，通过CRISPR-Cas9技术对负责产生肌磷酸化酶的pygm基因进行编辑，使其骨骼肌肌细胞产生仅包含75个氨基酸的无功能残余蛋白。先前研究表明，在运动期间，pygm+/+大鼠的肌肉内氢离子和血乳酸浓度增加，而pygm?/?大鼠则保持不变。
通过在实验开始前72小时结扎股动脉来模拟PAD。对每只大鼠的腓肠肌群进行三种操作。第一种是通过静态收缩腓肠肌群诱发运动增压反射。第二种是通过拉伸腓肠肌群来评估运动增压反射机械成分的反应性。第三种是通过向腓肠肌群的动脉循环中注射乳酸或二质子化磷酸盐溶液来评估运动增压反射代谢成分的反应性。所有操作均在模拟PAD的腿和对侧动脉循环完好的腿上完成。
结果
基线变量与运动增压反射
在pygm+/+和pygm?/?大鼠之间，基线血压、心率和肾交感神经活动无差异。静态收缩显著升高了两组大鼠的血压、心率和肾交感神经活动。然而，在pygm+/+大鼠中，慢性股动脉结扎使得静态收缩引起的升压、心率加速和肾交感神经反应均被显著放大。具体而言，与对侧自由灌注肌肉相比，慢性结扎侧的峰值和整合升压反应平均增加了45%和88%。相反，在pygm?/?大鼠中，慢性股动脉结扎对这些反应没有影响。两组大鼠在静态收缩时的张力反应没有差异。
机械反射
被动拉伸自由灌注的腓肠肌群同样升高了两组大鼠的血压、心率和肾交感神经活动。与运动增压反射的结果不同，在pygm+/+和pygm?/?大鼠中，72小时的慢性股动脉结扎均加剧了被动拉伸引起的升压、心率和肾交感神经反应。放大程度在两组间没有差异。例如，在pygm+/+大鼠中，慢性结扎侧的峰值和整合升压反应比对照侧平均增加23%和42%；在pygm?/?大鼠中，分别增加22%和32%。两组大鼠在被动拉伸时的张力反应没有差异。
代谢反射的化学刺激反应
向自由灌注的腓肠肌群动脉循环中注射乳酸或二质子化磷酸盐溶液，均能显著升高两组大鼠的血压、心率和肾交感神经活动。在pygm+/+大鼠中，当溶液注射到慢性结扎的腿中时，乳酸和二质子化磷酸盐引起的升压反应分别比对照侧增加22%和58%。在pygm?/?大鼠中，慢性结扎对这两种溶液的升压反应均无影响。慢性结扎对两组大鼠的心率和肾交感神经活动反应也无影响。
EP4受体表达
蛋白质印迹分析显示，慢性股动脉结扎导致pygm+/+和pygm?/?大鼠腰段背根神经节中内过氧化物4（EP4）受体的表达均上调，且与基因型无关。
讨论
肌肉乳酸和酸中毒是PAD中运动增压反射过度增强的必要条件
本研究结果明确地将氢离子和乳酸与PAD中记录的过度血压、心率和交感反应直接联系起来。在pygm?/?大鼠中，功能失调的肌磷酸化酶酶很可能阻止了第III-IV组传入纤维末梢上由酸中毒和乳酸直接激活或致敏的一系列受体的开放。其中，酸敏感离子通道3（ASIC3）是一个关键的候选受体，因为它在急性和慢性缺血模型中被上调，并且其药理学阻断或基因删除可以在此类模型中使运动增压反射恢复正常。数据支持代谢物及其受体协同作用的假设，其中氢离子是起始刺激。去除起始刺激会完全消除过度增强的运动增压反射，而非其一部分。
PAD在pygm+/+大鼠中放大了运动增压反射的代谢成分反应性，但在pygm-/-大鼠中没有
研究发现在pygm+/+大鼠中，向模拟PAD的腓肠肌循环注射酸性溶液会引发更大的升压反应，表明运动增压反射代谢成分的反应性因模拟PAD而增加。这种对酸性刺激反应性的增加可归因于ASIC3和TRPV1通道的上调。然而，在生理收缩期间，肌肉内pH值从未达到激活TRPV1通道所需的阈值（pH < 5.5），因此TRPV1在体内静态收缩期间对过度增强的运动增压反射贡献不大。相比之下，在pygm?/?大鼠中，乳酸或二质子化磷酸盐的升压反应并未因慢性股动脉结扎而增强。研究推测，使肌磷酸化酶功能失调阻止了慢性股动脉结扎诱导的持续肌肉酸中毒和乳酸积累，从而削弱了酸敏感通道的上调。
PAD在pygm+/+和pygm-/-中均放大了机械反射
研究结果表明，放大运动增压反射机械成分的机制独立于放大其代谢成分的机制。后者似乎需要功能性的肌磷酸化酶，并且很可能是持续的酸中毒和乳酸产生，而前者则不需要。PGE2等环氧化酶副产物的积累可能导致机械门控通道（如Piezo 2和TRPC6）或EP4受体的致敏或直接激活，从而促进机械反射的过度增强。EP4受体在模拟PAD的背根神经节中上调的结果支持了这一假设。
结论
通过使用独特的遗传模型，研究提供了强有力的证据，证明乳酸和氢离子积累的缺乏阻止了模拟PAD大鼠中运动增压反射及其代谢反射成分的过度增强。相比之下，研究发现无论肌磷酸化酶的功能如何，机械反射仍然被过度增强。这些结果突显了放大代谢反射的机制与放大机械反射的机制是不同的。这些发现为未来针对PAD血流动力学症状的治疗提供了新的可能性，即可以根据需要，定制靶向过度增强的代谢反射或机械反射的治疗方案。
