急性心肌缺血(AMI)是一种以心脏供血和供氧不足及能量代谢异常为主要特征表现的心血管疾病
[1, 2]。目前临床治疗主要选择扩张血管、降低心脏负荷类药物和冠状动脉血管重建术,但存在药物副作用、术后并发感染和心律失常等不良反应。因此,寻找以整体观为导向的干预策略,有望突破当前缺血性心脏病的诊疗局限。
针灸疗法作为最受认可的替代疗法之一,是中医整体观的集中体现。临床研究证实,针刺能明显降低冠心病患者的发病频率,有效缓解不适症状
[3,4]。基础研究发现,电针不仅能通过调节XBP1/GRP78/Akt、VEGF-C/VEGFR-3、PI3K/Akt等通路抑制心肌细胞凋亡,还能减轻交感神经过度激活,抑制NLRP3炎性体活化,减少受损心肌中性粒细胞的募集,从而改善AMI
[5-8]。另外,针刺通过调控PVN
CRH神经元,抑制交感神经活性。且通过减少小胶质细胞对小脑顶核γ-氨基丁酸(GABA)能神经元树突棘的吞噬量,改变小脑顶核GABA-谷氨酸(Glu)神经环路的传输效率,从而改善心功能
[9]。相关研究多聚焦于如细胞凋亡、能量代谢、血管新生等心脏局部病理反应和中枢某核团的特异性神经元或神经环路调控,而针刺如何通过调控神经内分泌系统改善AMI的作用机制尚未完全阐明。
HPA轴(HPA)作为神经内分泌系统的枢纽,其功能亢进导致促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、皮质酮(CORT)等异常分泌,通过激活交感神经兴奋性和增加去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(E)等儿茶酚胺类递质释放,造成心肌收缩功能障碍及心肌组织水肿坏死
[10-12]。另外,糖皮质激素(GC)透过血脑屏障与海马受体结合,激活Glu能信号通路,上调CRH mRNA转录,导致HPA轴过度活跃
[13, 14]。研究发现,针灸通过靶向调控神经递质、神经肽及激素受体表达,并介导microRNA信号通路等多途径抑制HPA轴功能亢进
[15]。团队前期证实以海马为核心的“边缘系统-下丘脑/脑干-自主神经”网络是调控心脏活动的重要高位核团。海马作为调节HPA轴的高位中枢参与其负反馈调节,针刺通过海马的胶质纤维酸性蛋白调控HPA轴,抑制其过度活跃引起的心肌损伤
[16]。然而,针刺心经能否通过调控海马Glu能系统调控HPA轴以改善AMI大鼠交感神经亢进尚待阐明。本研究拟通过海马双侧注射L-谷氨酸,结合电针心经干预,观察Glu能神经元标记物、HPA轴相关激素、交感神经标记物及心功能相关指标,探讨海马Glu系统介导调控HPA轴在电针心经改善AMI心肌损伤中的作用机制,为经脉脏腑脑相关理论的现代阐释提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 实验动物与分组
5~6周龄SPF级雄性SD大鼠,体质量为200±20 g,由辽宁长生生物技术股份有限公司提供,供应许可证号:SCXK(辽)2020-0001。大鼠在安徽中医药大学针灸经络研究所适应性喂养,环境温度为21±1 ℃,湿度40%~60%,自由进食、饮水,适应性饲养1周。
将SPF级雄性SD大鼠随机分成假手术组(Sham)、模型组(Model)、针刺组(EA)及L-谷氨酸+针刺组(Glu+EA),9只/组。本实验符合《关于善待实验动物的指导性意见》,所有操作通过安徽中医药大学实验动物伦理委员会审批(批号:AHUCM-Rats-2021122)。
1.2 主要仪器与试剂
异氟烷(深圳瑞沃德生命科技有限公司);CK-MB、cTnT、CORT、CRH试剂盒(江苏酶免实业有限公司);L-谷氨酸(Sigma);TH(1∶1000)、GAP 43(1∶500)、c-fos(1∶3000)及Alexa Fluor 488标记山羊抗兔IgG(1∶400,Servicebio);兔多抗NMDAR1、兔多抗NMDAR2B、兔多抗VGLUT1及兔多抗VGLUT2(1∶1000,Immunoway);β-actin(1∶5000,Abcam);HRP标记羊抗兔二抗(1∶5000,SAB);一次性针灸针(北京中研太和医疗器械有限公司);全自动酶标仪(Thermo Scientific);电泳仪(BIO-RAD);病理切片机(上海徕卡仪器有限公司);荧光显微镜(尼康)。
1.3 模型制备
参考前期研究
[17]制备AMI模型。采用异氟烷气体麻醉大鼠,将其头鼻放置于麻醉面罩,维持浓度为2%~ 2.5%。大鼠胸部皮肤备皮消毒,分离胸深肌、胸浅肌后,使用大鼠肋骨撑开器撑开第4、5肋间肌,以便于暴露心脏。确定左冠状动脉前降支后,使用6-0带线缝合针进行结扎。完成缝合胸腔后,喷洒青霉素钠以预防感染。待大鼠自然苏醒后,分笼饲养直至实验结束。LAD造模前后记录心电图,以ST段抬高作为AMI模型复制成功的评价标准。
1.4 海马注射L-谷氨酸
造模前3 d,将大鼠放入诱导盒内待完全麻醉,将其头鼻放置于麻醉面罩,维持浓度2%~2.5%。大鼠固定于脑立体定位仪上,头部备皮消毒,红霉素眼膏涂于大鼠眼部。大鼠颅骨充分暴露,玻璃毛细管尖端对准前囟,沿前后囟方向移动臂杆,矫正大鼠固定的前后不对称。参照Paxinos & Watson大鼠脑立体定位图谱及Olajide等的方法
[18],确定海马坐标(Bregma:-3.8 mm,LR:2.7 mm,H:2.5 mm~3.0 mm),标记海马核团后进行颅骨打孔,微量注射泵缓慢注射500 mmol/L的L-谷氨酸,注射结束后静置10 min,缓慢的移出脑区,常规无菌缝合。
1.5 干预方法
造模成功后第2天,大鼠吸入浓度为2%的异氟烷。参考课题组前期研究,选取双侧“神门-通里”段,使用一次性针灸针(0.30 mm×25 mm)进行直刺后连接华佗牌 SDZ-III 型电子针疗仪,刺激参数:连续波,频率2 Hz,每次治疗持续30 min,1次/d,持续3 d。假手术组只穿线不结扎,假手术组和模型组均不接受电针治疗,每日仅吸入麻醉,常规抓握固定1次。
1.6 观察指标及检测方法
Ⅱ导联心电图记录:大鼠经异氟烷麻醉后,采取仰卧姿势固定于鼠板,将电极分别置于右上、右下、左上肢皮下。待大鼠状态平稳后,使用PowerLab多导生理记录仪记录标准II导联采集心电图,并采用LabChart 5.0软件分析末次治疗后HRV中的LF、HF及LF/HF比值。
超声心动图评估大鼠心功能:参考文献
[19]使用小动物彩色超声诊断仪采集3 d治疗后的相关数据,将每组6只大鼠固定胸前区脱毛后涂抹超声耦合剂,探头至于胸骨左侧,M型模式下测定左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短指数(LVFS)。
免疫荧光染色检测观察海马囊泡谷氨酸转运蛋白1(VGLUT1)、囊泡谷氨酸转运蛋白2(VGLUT2)和c-fos共定位:将石蜡切片进行脱蜡处理,依次将其放入环保型脱蜡液和无水乙醇中,随后蒸馏水洗。经抗原修复、封闭后,于切片上滴加一抗(c-fos,1∶3000)孵育过夜,再加入二抗(1∶500),微波处理,中火8 min停火8 min转中低火7 min。然后滴加一抗(VGLUT1,1∶500;VGLUT2,1∶300)过夜,再次漂洗孵育二抗(1∶400)50 min。PBS洗涤后加DAPI染液,避光室温孵育10 min。漂洗,抗荧光淬灭剂封片后采集图像。
Western blotting检测海马VGLUT1、VGLUT2、N-甲基-D-天门冬氨酸受体1(NMDAR1)、N-甲基-D-天冬氨酸受体2B(NMDAR2B)蛋白:RIPA法提取心肌组织蛋白,用BCA试剂盒进行蛋白定量。蛋白样品中按照4∶1加入5 蛋白上样缓冲液,煮沸变性。经电泳、转膜、封闭后,加入一抗(VGLUT1,1∶1000;VGLUT2,1∶1000;NMDAR1,1∶1000;NMDAR2B,1∶1000),4 ℃孵育过夜。然后将二抗用TBST按照1∶5000的比例进行稀释,孵育30 min。ECL试剂中增强液与稳定的过氧化物酶溶液按照1∶1的比例充分混合后,滴加于PVDF膜上。待荧光带反应明显,将X光胶片压片处理后依次放入显影液及定影液中进行定影,冲洗、晾干、扫描,采用ipp分析胶片的灰度值。
免疫组化染色观察心肌酪氨酸羟化酶(TH)、生长相关蛋白-43(GAP 43)的阳性表达:首先将切片依次浸入脱蜡液和无水乙醇中,随后用蒸馏水清洗。将玻片放置于PBS缓冲液中,并在脱色摇床上进行晃动洗涤。将切片放入3%双氧水溶液中,在避光条件下进行孵育。PBS水洗后,在组化圈内滴加3% BSA,室温封闭30 min。切片滴加一抗(TH,1∶1000;GAP 43,1∶500),4 ℃孵育过夜。待玻片洗涤甩干后,滴加二抗(1∶200),在室温下孵育50 min。PBS水洗,滴加DAB显色液,苏木素复染3 min,水洗,分化、返蓝,脱水透明,封片,显微镜下读取结果。用Image J进行阳性细胞百分比(% Area)分析。
ELISA法检测血清肌酸激酶同工酶(CK-MB)、心肌肌钙蛋白(cTnT)、CRH、CORT、NE、E及海马组织Glu:第 3天治疗结束后立即取材。各组大鼠麻醉后采集腹主动脉血约4 mL,静置1 h,3000 r/min离心10 min后取上清液。按照ELISA试剂盒操作步骤,在酶标仪测量各孔的A450 nm值,根据标准曲线计算大鼠血清CK-MB、cTnT、CORT、CRH及海马Glu含量。
HE染色法检测大鼠的心肌组织病理学改变:每组选择3只大鼠,首先剪开大鼠胸腔,使用镊子固定心脏。以0.9%的氯化钠溶液对心脏进行灌流,确保血液完全排净后,再更换4%多聚甲醛溶液继续灌流。当观察到大鼠四肢僵硬现象时,停止灌流并剪下心脏,将其放入4%多聚甲醛溶液中进行固定。石蜡包埋、切片,脱蜡后苏木精染色,水洗、PBS蓝化,伊红染色后逐级脱水滴胶封片,置于光学显微镜下拍照。
1.7 统计学分析
采用IBM SPSS 21.0软件对计量数据进行统计分析,计量资料以均数±标准差表示,采用单因素方差分析法进行组间比较,两两比较选择LSD检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 各组大鼠超声心动图结果
与Sham组相比,Model组LVEF、LVFS降低(
P< 0.01);与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠LVEF、LVFS升高(
P<0.01;
P<0.05,
图1)。
2.2 各组大鼠血清 CK-MB、cTnT含量
与Sham组相比,Model组大鼠血清CK-MB、cTnT的表达上调(
P<0.01);与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠血清CK-MB、cTnT降低(
P<0.05;
P<0.01,
图2)。
2.3 各组大鼠心肌组织病理变化
HE染色结果显示:Model组大鼠心肌组织炎性细胞浸润、心肌细胞肿胀和心肌纤维排列紊乱;与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠心肌炎症细胞浸润减少,心肌组织损伤减轻(
图3)。
2.4 各组大鼠HPA轴激素CRH、CORT含量及相关性分析
与Sham组相比,Model组大鼠HPA轴激素CRH、CORT的含量上调(
P<0.01);与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠CRH、CORT水平降低(
P< 0.01)。通过相关性分析发现,HPA轴激素CRH、CORT与心肌酶CK-MB、cTnT呈正相关(
P<0.01),与LVEF、LVFS呈明显负相关(
P<0.01,
图4)。
2.5 各组大鼠心率变异性结果
与Sham组相比,Model组HF比值降低,LF比值与LF/HF升高(
P<0.01);与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠HF比值升高,LF比值与LF/HF降低(
P<0.01,
图5)。
2.6 各组大鼠心肌组织TH、GAP 43表达
免疫组化结果显示:与Sham组相比,AMI大鼠心肌组织TH、GAP 43阳性神经纤维分布增加(
P<0.01);与Model组和Glu+EA组比较,电针心经可降低GAP 43、TH表达(
P<0.01,
图6)。
2.7 各组大鼠血清NE、E含量
与Sham组相比,Model组大鼠血清NE、E的水平上调(
P<0.01);与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠血清NE、E的含量明显减少(
P<0.01,
图7)。
2.8 各组大鼠海马VGLUT1、VGLUT2和c-fos共定位
免疫荧光染色结果显示:与Sham组相比,Model组大鼠海马VGLUT1、VGLUT2与c-fos共定位阳性细胞数明显增加(
P<0.01);与Model组和Glu+EA比较,EA组海马大鼠VGLUT1、VGLUT2与c-fos共定位阳性细胞数明显降低(
P<0.01,
图8)。
2.9 各组大鼠海马VGLUT1、VGLUT2、NMDAR1、NMDAR2B及Glu表达
与Sham组比较,AMI模型大鼠海马VGLUT1、VGLUT2、NMDAR1、NMDAR2B蛋白表达及Glu含量均明显增加(
P<0.01);与Model组和Glu+EA组比较,EA组大鼠海马VGLUT1、VGLUT2、NMDAR1、NMDAR2B蛋白及Glu含量降低(
P<0.01;
P<0.05,
图9)。
3 讨论
根据胸部闷痛、剧则彻背气短喘息而不得平卧等症状,中医将AMI视为“胸痹”“心痛”,属本虚标实之证
[20]。经脉脏腑相关是脏腑经络学说的核心内容之一,针刺心经能治疗如心痛、心悸等循环系统疾病
[21]。团队多年来一直从事心经功能的脑表征与心脏调控研究,提出经脉脏腑与脑相关是中西医结合的突破口
[22]。鉴于针刺心经对AMI的治疗潜力,本实验通过冠状动脉结扎建立AMI大鼠模型,连续3 d进行电针心经治疗,评价其对AMI的作用与机制。本研究结果显示,电针心经能显著提高AMI模型大鼠LVEF、LVFS,降低心肌酶CK-MB、cTnT含量,改善心肌纤维排列紊乱,炎性细胞广泛浸润。同时电针调节HPA轴功能亢进和交感神经兴奋性,其作用可能与抑制海马Glu过度释放相关。
HPA轴作为神经内分泌系统的重要组成部分,其功能紊乱是心血管疾病发生的危险因素
[23]。HPA轴激活触发CRH-ACTH-GC的级联释放,外周循环的GC通过正性肌力、升高血压及增加心肌耗氧量,提高对儿茶酚胺类递质的敏感性,导致交感神经持续亢进,最终引发心动过速、血管收缩及心肌氧供需失衡
[24-26]。赵琳
[27]等人发现,针刺能抑制HPA轴及交感神经亢进,降低其过度应激所引发的炎症损伤。此外,耳迷走神经刺激能减轻功能性消化不良大鼠血清ACTH与下丘脑CRF及CORT释放,调节其胃动力异常及抑郁样行为
[28]。本实验中,AMI大鼠HPA轴激素CRH、CORT水平增高,且与心肌酶呈明显正相关,与LVEF、LVFS呈负相关。电针能显著下调HPA轴激素CRH、CORT释放,减少儿茶酚胺类递质NE、E含量,降低LF/HF比值及TH、GAP43阳性细胞等表达。提示电针可能通过抑制HPA轴诱发的儿茶酚胺类递质释放入血,减轻交感神经过度兴奋,进而减轻心肌损伤,这与既往研究结果基本一致
[29, 30]。值得关注的是,本研究从神经内分泌角度阐释针刺治疗AMI的效应机制,认为电针可能通过抑制HPA轴-交感神经-儿茶酚胺的过度激活改善心肌损伤。
海马是控制HPA轴兴奋与否的重要核团
[31]。研究表明,GC过量释放通过糖皮质激素受体的超活化损伤海马,削弱其对HPA轴的负反馈调节,导致HPA轴亢进
[32]。海马大量GC、NE释放通过增加Glu过度表达,促使突触后膜上的NMDAR增敏,经CRH mRNA转录驱动HPA轴过度激活
[14, 33]。有报道发现,心肌缺血缺氧损伤导致海马Glu浓度过高,NR1 mRNA表达增加,产生兴奋性神经毒性
[34]。化学遗传抑制Glu神经元能减少心肌梗死面积,降低心肌酶cTnI及凋亡蛋白表达,从而缓解心肌损伤
[35]。此外,电针神门穴能抑制Glu神经元,降低交感神经张力,从而保护心肌
[36]。电针通过激活PI3K/Akt信号通路,抑制海马mGluR2/3表达及Glu蓄积,进而改善AMI大鼠心功能和海马损伤
[37]。但目前多数研究聚焦于中枢Glu能系统在AMI病理进程中的调控效应,而针刺通过Glu介导的HPA轴调节机制仍缺乏阐释。本实验发现,电针心经能抑制海马VGLUT1、VGLUT2、NMDAR1、NMDAR2B蛋白表达,降低Glu释放。而海马微量注射L-谷氨酸会造成Glu大量释放,拮抗电针对HPA轴激素及儿茶酚胺类神经递质的抑制作用,继而加重心肌损伤。结果表明,过量的Glu释放会削弱海马对HPA轴的抑制功能,导致HPA轴的过度亢进和交感神经兴奋性增强,最终造成心肌损伤。提示电针改善AMI机制可能与调控海马Glu能系统介导的HPA轴相关,为经穴-脑-靶器官调控理论提供新依据。
综上所述,本研究聚焦于神经内分泌网络中的HPA轴,发现电针心经能通过调控海马Glu过度释放,抑制HPA轴过度亢进,进一步降低交感神经活性,从而实现对心肌的保护作用。在后续研究中,我们将借助光/化学遗传调控技术深入探讨Glu能系统介导的HPA轴在电针心经改善AMI大鼠心肌损伤过程中的具体作用。
国家自然科学基金(82004462)
国家自然科学基金(82274303)
安徽高校自然科学研究重点项目(2023AH050806)
安徽高校自然科学研究重点项目(2023AH050862)