昼夜节律(circadian rhythm)是生物存在的一种动态生理变化过程,其中,血压正常的昼夜节律呈现昼高夜低“双峰一谷”的杓型变化。血压昼夜节律紊乱是指昼高夜低的血压节律消失,是心脑血管疾病的重要危险因素,目前研究已证实持续的血压昼夜节律紊乱可导致心脏病理性改变
[1,2],高血压合并血压昼夜节律紊乱更易导致心脏等靶器官损害
[3]。《中国高血压防治指南(2024年修订版)》
[4]指出诊室血压、24 h收缩压及夜间血压每升高20 mmHg,心血管事件发生风险就增加20%、45%、36%,因此,恢复血压正常昼夜节律可能是改善心脏等靶器官损伤的有效途径
[3]。目前,临床常采用睡前服用抗高血压药物调节血压昼夜节律,但大样本的队列研究显示,睡前服用降压药物对比白天服用降压药物并不能在调节血压昼夜节律紊乱方面具有更高收益,且不可避免出现夜间低血压等不良反应
[5,6]。针灸作为中医外治法已被证实可以调节血压昼夜节律
[7],减轻高血压心脏损伤
[8],课题组前期通过临床研究证实以“内关”“百会”“足三里”为主穴的“和脉调神”针法可以调节非杓型高血压患者的血压昼夜节律
[9,10],但其具体作用机制不明。
炎症是器官损伤进程的重要环节,研究表明,高血压伴心功能不全患者炎症因子水平明显升高
[11],在高血压心脏损伤进程中,持续的炎症反应会导致高血压心脏损伤不可逆转,而昼夜节律紊乱会加重靶器官的炎症反应
[12]。本研究通过观察自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats,SHR)血压昼夜节律调节系统中的关键时钟基因脑和肌肉芳香烃受体核转运样蛋白1基因(brain and muscle arnt like 1,BMAL1)及心脏损伤中炎症通路的相关蛋白表达情况,探究电针调节改善昼夜节律紊乱高血压大鼠心脏损伤的可能机制,以期为临床针灸治疗高血压昼夜节律紊乱、改善靶器官损伤提供线索。
1 材料与方法
1.1 实验动物
参照先前研究[13],采用15只16周龄的自发性高血压雄性大鼠及同周龄Wistar Kyoto(WKY)雄性大鼠5只,体重(272.60±14.90) g,购自北京维通利华实验动物技术有限公司[生产许可证号:SCXK(京)2021‑0006],饲养于江苏省中医院基础药理实验室[实验动物使用许可证:SYXK(苏)2022‑0070]。所有大鼠可自由摄取水和食物,在室温(22±2) ℃,湿度(50±10)%、12 h明暗交替环境中饲养,适应性喂养1周后进行分组干预。本实验通过南京中医药大学附属医院(江苏省中医院)实验动物伦理委员会批准(No.2024DW‑050‑01),实验过程及各项操作均按照动物实验伦理审查要求完成。
1.2 主要试剂与仪器
缬沙坦(瑞士诺华制药有限公司),异氟烷(深圳瑞沃德生命科技有限公司),苏木素‑伊红(H&E)高清恒染试剂盒(武汉赛维尔,G1076),丽春红染色液(武汉赛维尔,G2011),BMAL1、PPARα(美国Affinity,DF10308、AF5301),p‑NF‑κB(武汉爱博泰克,AP1294),NF‑κB、β‑actin(武汉三鹰,10745‑1‑AP、20536‑1‑AP),IL‑1β(英国Biorbyt,orb10903),二抗山羊抗兔(美国Abcam,ab6721),二抗山羊抗鼠(武汉三鹰,SA00001‑1),脱脂奶粉(美国biofroxx,1172GR100),FreeZol Reagent(南京诺唯赞,R711),HiScript Ⅲ RT SuperMix for qPCR (+gDNA wiper)(南京诺唯赞,R323),Taq Pro Universal SYBR qPCR Master Mix(南京诺唯赞,Q712),IL‑1β ELISA试剂盒(上海碧云天,PI303)。
华佗牌针灸针(0.25 mm×13 mm,苏州医疗用品厂有限公司),SDZ‑Ⅲ型华佗牌电子针疗仪(苏州医疗用品厂有限公司),BP‑2010A智能无创血压仪(北京软隆生物技术有限公司),ABS型小动物麻醉机(上海玉研科学仪器有限公司),低温离心机D3023R(美国Scilogex),干式恒温箱(美国Thermo Fisher Scientific),酶标仪(美国BioTek),Mini‑PROTEAN Tetra小型垂直电泳槽(美国Bio‑Rad),荧光定量PCR仪(美国Thermo Fisher Scientific),全自动化学发光图像分析系统(上海天能),光学显微镜(日本Nikon)。
1.3 实验分组及干预方法
采用耳标标记法为大鼠编号,适应性喂养后,WKY组为对照组,用随机数字表法将15只SHR分为模型组、电针组、西药组,每组5只。
电针组在异氟烷吸入麻醉状态下(通气量为1%~2%),电针大鼠双侧“内关”“足三里”及“百会”穴,选穴定位参照《实验针灸学》
[14],使用直径0.25 mm的一次性针灸针在上述腧穴上斜刺1~2 mm,其中百会穴斜刺两针,双侧内关及百会穴连接电针仪,疏密波,频率2 Hz/100 Hz,强度以针柄微颤为度,每日1次,干预20 min,每周5次。西药组接受每日1次的缬沙坦灌胃治疗,给药剂量参考先前研究
[15],给予7.2 mg/kg进行干预。同时,对照组、模型组、西药组同样接受每天20 min异氟烷吸入麻醉,通气量为1%~2%,排除异氟烷吸入差异。
1.4 检测方法
1.4.1 血压昼夜节律变化情况的测量
采用智能无创血压仪,根据操作说明固定大鼠,将大鼠放置在加热板上,测量大鼠尾动脉血压。分别于干预前,干预6周后同日的8:00,12:00,16:00,20:00,24:00,次日4:00,8:00,以8:00和20:00为开灯和关灯时间点,记为授时时间ZT0和ZT12,即于ZT0、ZT4、ZT8、ZT12、ZT16、ZT20、ZT24分别测定大鼠的血压,观察每组大鼠的昼夜血压节律变化,每次测量取连续3个较为稳定的血压值以计算平均值。参考先前研究
[16],计算各组大鼠血压杓型率,计算公式为:(活动期血压平均值-静息间血压平均值)/活动期血压平均值×100%。
1.4.2 H&E染色
大鼠处死后,取出心脏,剪取心脏1/3用4%多聚甲醛固定,其余心脏组织放-80 ℃冰箱保存,乙醇梯度脱水,二甲苯透明,石蜡浸透包埋组织,切片机切片,厚度为5 μm,脱蜡至水,H&E染色,中性树胶封片,200×光学显微镜下观察大鼠心脏心肌细胞及组织形态变化并拍照。
1.4.3 Masson染色
大鼠心脏标本石蜡包埋后切片,常规脱蜡至水,重铬酸钾染色,铁苏木素染色,丽春红酸性品红染色,磷钼酸染色,苯胺蓝染色,1%冰醋酸分化,常规脱水、透明、封片,×200光学显微镜下观察大鼠心脏纤维化程度并拍照,通过ImageJ对心脏纤维化胶原容积(collagen volume fraction, CVF)进行定量分析。
1.4.4 免疫组化方法
心脏石蜡标本切片后,厚度为5 μm,使用BMAL1、PPARα抗体进行免疫组化染色。制片、烤干、梯度乙醇脱蜡至水,蒸馏水冲洗1 min,内源性过氧化物酶阻断液灭活,PBS水洗3次。EDTA和柠檬酸缓冲液进行抗原修复8 min,用封闭血清封闭。将相关抗体用抗体稀释液按1∶500稀释后滴加在标本上,37 ℃恒温孵育2 h,用PBS清洗3次。予通用型兔IgG聚合物二抗室温孵育30 min,PBS清洗。予DAB显色处理30 s,苏木素复染2 min,用蒸馏水清洗10 min后予梯度乙醇依次脱水处理5 min,二甲苯透明化处理3次,中性树胶封片。×200光学显微镜下观察,通过ImageJ软件分析组化图片灰度值。
1.4.5 实时荧光定量PCR
取20 mg大鼠心脏,采用RNA提取试剂盒FreeZol Reagent提取总mRNA,用核酸检测仪检测mRNA浓度,以1 μg的总mRNA量进行逆转录,用逆转录试剂盒进行逆转录,逆转录条件为:37 ℃ 15 min,85 ℃ 5 s,向96孔板中加入配置好的PCR工作液,引物序列如下,以β‑actin为内参校正,扩增条件为:95 ℃ 30 s预变性,95 ℃ 5 s、60 ℃ 30 s循环反应,共40个循环。参照反应曲线,以2‑ΔΔCt法计算相对表达量。引物序列由Invitrogen公司设计合成,本研究中涉及的引物序列为BMAL1:F:5'‑AGGACTTCGCCTCCACCT GTTC‑3'、R:5'‑GCCCTCATTGTCTGGTTCAC TGTC‑3';PPARα:F:5'‑TCTTCACGATGCTGT CCTCCTTG‑3'、R:5'‑TGTCGCAGAATGGCTT CCTCAG‑3';IL‑1β:F:5'‑ATGCCTCGTGCTGT CTGACC‑3'、R:5'‑TTGTCGTTGCTTGTCTCT CCTTG‑3';β‑Actin:F:5'‑AGATTACTGCCCTG GCTCCTAG‑3'、R:5'‑CATCGTACTCCTGCTT GCTGAT‑3'。
1.4.6 Western blot
取20 mg大鼠心脏,提取总蛋白,BCA法测定蛋白浓度,沸水浴加热使蛋白质变性,进行SDS‑PAGE电泳分离蛋白,湿转至PVDF膜后封闭1 h,加入稀释后的BMAL1、PPARα、p‑NF‑κB、NF‑κB、IL‑1β一抗(1∶1 000),4℃孵育过夜,TBST洗涤3次,加入稀释后的二抗(1∶10 000),室温孵育1 h,TBST洗涤3次,ECL曝光显影。通过ImageJ软件分析条带灰度值。
1.4.7 ELISA
取各组大鼠心脏组织用RIPA裂解液裂解,取上清,按照ELISA试剂盒说明书进行标准品的稀释,设置空白孔、标准品孔和样品孔。后续按试剂盒说明步骤进行加样、温育、洗涤等操作。检测450 nm处吸光度值,并按照标准曲线计算心脏组织中IL‑1β的含量。
1.5 统计学处理
采用SPSS26.0软件进行统计分析,GraphPad Prism 8.0软件绘制统计图。计量资料采用表示,多组间比较采用单因素方差分析,组间两两比较采用LSD检验;若方差不齐则用非参数检验;干预前后比较采用配对t检验。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 各组大鼠干预前后血压昼夜节律的结果
通过GraphPad Prism8.0对不同授时时间点采集的各组大鼠尾动脉血压数据进行分析,结果显示,干预前,对照组收缩压(systolic blood pressure,SBP)、舒张压(diastolic blood pressure,DBP)、平均血压(mean blood pressure,MBP)存在昼夜节律变化,其余各组大鼠收缩压、舒张压、平均血压昼夜节律曲线大致相同,血压昼夜节律消失;在干预后,对照组收缩压、舒张压、平均血压仍存在昼夜节律变化,电针组的血压恢复昼夜节律变化,模型组、西药组血压昼夜节律曲线均较前紊乱,血压昼夜节律消失,见
图1。
2.2 干预前后各组大鼠血压杓型率的比较
干预前,对照组大鼠杓型率明显高于其余各组(
P<0.001),除对照组外,其余各组干预前血压杓型率差异无统计学意义(
P>0.05)。干预后,对照组大鼠血压杓型率明显高于其余各组(
P<0.001);电针组血压杓型率高于模型组(
P<0.001);西药组血压杓型率较模型组,差异无统计学意义(
P>0.05)。干预后电针组血压杓型率较干预前升高(
t=3.97 3,
P<0.05),对照组大鼠干预前后血压杓型率变化差异无统计学意义(
t=0.712 7,
P>0.05),模型组大鼠干预前后血压杓型率变化差异无统计学意义(
t=0.707 6,
P>0.05),西药组大鼠干预前后血压杓型率变化差异无统计学意义(
t=0.8881,
P>0.0 5)。见
图2。
2.3 各组大鼠心脏组织H&E染色结果
细胞核为深蓝染色,细胞质为粉红色染色。对照组心肌细胞成纤维状平行有序排列,细胞核和细胞质染色均匀,核仁饱满,无间质肿胀及炎性细胞浸润;模型组心肌组织结构异常,表现为心肌细胞排列紊乱,心肌纤维断裂,间质炎性细胞浸润,心肌细胞明显肥大,细胞核形态有明显异常;电针组较模型组心肌细胞排列紧密,平行有序排列,心肌纤维偶有断裂,间质偶有炎性细胞浸润,心肌细胞肥大不明显,细胞核形态偶有异常;西药组较模型组心肌细胞排列较为紧密,心肌纤维偶有断裂,间质可见炎性细胞浸润,心肌细胞无明显肥大。见
图3。
2.4 各组大鼠心脏组织Masson染色结果
通过Masson染色将各组大鼠心肌细胞间的胶原纤维染成蓝色,经过CVF定量分析心脏纤维化情况。结果显示,各组CVF水平差异具有统计学意义(
P<0.05),与对照组相比模型组CVF水平明显降低(
P<0.01)。与模型组相比,电针组CVF水平明显降低(
P<0.01),西药组CVF水平明显降低(
P<0.05)。见
图4。
2.5 各组大鼠心脏组织BMAL1、PPARα的阳性表达水平
通过免疫组化方法,观察各组大鼠心脏中BMAL1、PPARα的阳性表达情况,棕色显示阳性表达情况,蓝色代表细胞核。结果显示,各组大鼠心脏BMAL1、PPARα阳性表达水平具有统计学差异(
F=17.45,
P<0.001;
F=11.23,
P<0.01),对照组BMAL1、PPARα阳性表达均高于模型组(
P<0.01
,P<0.05)。与模型组相比,电针组较模型组BMAL1、PPARα阳性表达均升高(
P<0.01
,P<0.05);西药组较模型组BMAL1阳性表达升高(
P<0.05),而PPARα则未见明显变化(
P>0.05)。见
图5。
2.6 各组大鼠心脏BMAL1、PPARα、IL‑1β mRNA转录水平
通过对各组大鼠干预后心脏
BMAL1、
PPARα、
IL‑1β mRNA进行检测,结果显示,各组大鼠心脏
BMAL1、
PPARα、
IL‑1β转录水平具有统计学差异(
F=9.948,
P<0.01;
F=9.715,
P<0.01;
F=18.08,
P<0.05),对照组
BMAL1转录水平高于模型组(
P<0.01),
PPARα转录水平低于模型组(
P<0.05),
IL‑1β转录水平低于模型组(
P<0.001)。与模型组相比,电针组较模型组
BMAL1、
PPARα转录水平升高(
P<0.001
,P<0.05),
IL‑1β转录水平明显下降(
P<0.001);西药组较模型组
BMAL1转录水平升高(
P<0.01),
PPARα转录水平未见明显改变(
P>0.05),
IL‑1β转录水平明显降低(
P<0.001)。见
图6。
2.7 各组大鼠心脏组织BMAL1、PPARα、p‑NF‑κB、NF‑κB、IL‑1β蛋白表达水平
通过Western blot检测各组大鼠心脏BMAL1、PPARα、p‑NF‑κB、NF‑κB、IL‑1β蛋白表达情况,结果显示,各组大鼠心脏BMAL1、PPARα、p‑NF‑κB、NF‑κB、IL‑1β蛋白表达存在差异具有统计学意义(
P<0.05)。对照组BMAL1、PPARα蛋白表达水平均高于模型组(
P<0.05),p‑NF‑κB、IL‑1β蛋白表达水平均低于模型组(
P<0.01)。与模型组相比,电针组BMAL1、PPARα蛋白表达水平升高(
P<0.05),p‑NF‑κB、IL‑1β蛋白表达水平降低(
P<0.01);西药组BMAL1蛋白表达水平未见明显变化(
P>0.05),但PPARα蛋白表达水平升高(
P<0.05),p‑NF‑κB、IL‑1β蛋白表达水平降低(
P<0.05)。见
图7。
2.8 各组大鼠干预后心脏IL‑1β含量的比较
通过试剂盒检测各组大鼠心脏IL‑1β的含量,结果显示,各组大鼠心脏IL‑1β的含量差异具有统计学意义(
F=8.133,
P<0.01),对照组心脏IL‑1β的含量低于模型组(
P<0.001)。与模型组相比,电针组、西药组心脏IL‑1β的含量均降低(
P<0.01)。见
图8。
3 讨论
昼夜节律是人体正常的生理节律,包括血压、心率、体温等都呈现昼夜节律性变化,而昼夜节律紊乱是心脑血管疾病的重要危险因素。研究表明,小鼠胎儿发育过程中昼夜节律破坏会使小鼠易患心脏病
[17],此外,昼夜节律紊乱会加重心肌梗死后小鼠的心室重塑
[18]。而在高血压病程中,血压昼夜节律的破坏会加重心脏等靶器官损伤进程
[3,19],因此通过干预血压昼夜节律减轻高血压昼夜节律紊乱对患者心脏损伤具有重要意义。血压昼夜节律紊乱在中医中并无特定病名,现代研究认为其病因病机在阴阳失调、气血失养
[9,20]。“心主血脉”,阴阳失调、气血失养导致心主功能受损,出现心脏损伤。针刺作为中医外治法在调节昼夜节律方面的作用已经得到了国内外的认可
[21,22],前期课题组研究已经证实以“百会”“内关”“足三里”等穴位为主穴的“和脉调神”针法可以调节血压昼夜节律,促进非杓型高血压患者血压转杓。同时,针刺也是改善心脏损伤的有效治疗方法
[23],针刺可以通过降低心脏炎症反应保护心脏功能
[24],有研究证实针刺内关穴可降低自发性高血压大鼠血压并改善心脏损伤
[8]。本研究通过对干预前后高血压大鼠血压节律的观察发现电针“百会”“内关”“足三里”可以调节高血压大鼠的血压昼夜节律,促进昼夜节律紊乱大鼠血压转杓,同时可以减少大鼠的心脏炎性细胞浸润以及心肌纤维化程度。
昼夜节律系统由编码正性调控因子的
BMAL1基因、昼夜自发输出周期蛋白(circadian locomotor output cycles kaput,
CLOCK)基因以及编码负性调控因子的周期基因(period,
PER1/2)、隐花色素基因(cryptochrome,
CRY1/2)组成的转录‑翻译反馈环路调控,其中
BMAL1与血压昼夜节律的形成以及昼夜节律紊乱导致的靶器官损伤关系密切。研究表明
BMAL1基因敲除会导致大鼠血压昼夜节律紊乱
[25],还会加剧高血压小鼠的血管重塑
[26],昼夜节律紊乱的WKY大鼠会出现心脏BMAL1表达下降,同时加重大鼠心脏纤维化
[27]。体外研究表明,
BMAL1过表达可明显降低Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大
[28]。而
BMAL1可能是针刺干预的有效靶点,研究表明,针刺可以改善失眠大鼠以及脑缺血大鼠下丘脑
BMAL1基因的表达
[29,30]。本研究通过观察各组大鼠心脏BMAL1蛋白、基因转录水平以及心肌细胞中BMAL1阳性表达情况发现电针可以上调心脏BMAL1的表达水平,与文献研究结果一致,证实心脏
BMAL1基因的表达受电针干预的调控。但
BMAL1与心脏损伤的相关机制仍不明确,结合前人研究发现
BMAL1作为昼夜节律系统的主时钟基因参与哺乳动物生理病理过程。过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferator‑activated receptor α,PPARα)是
BMAL1的重要转录调节因子,同时也是
BMAL1的直接靶基因
[31],是连接时钟基因和代谢的重要媒介,在调节代谢和炎症反应中发挥关键作用。有研究表明PPARα可抑制NF‑κB通路缓解Ang Ⅱ诱导的高血压心力衰竭
[32],降低大鼠NF‑κB信号通路相关IL‑1β炎症因子的表达
[33]。IL‑1β在心脏损伤及纤维化中具有重要的促炎作用
[34],有研究表明,阿霉素诱导心脏成纤维细胞分泌的IL‑1β具有极高的促炎效应,通过减少IL‑1β分泌可以起到抗心脏成纤维细胞炎症的作用
[35]。因此,BMAL1/PPARα/NF‑κB/IL‑1β信号通路可能与高血压昼夜节律紊乱和心脏损伤有关。本研究发现电针可以上调BMAL1的表达,调节血压昼夜节律,同时可以减轻心肌炎性反应,其作用机制可能与BMAL1促进PPARα的表达,抑制NF‑κB p65的激活,减少IL‑1β的分泌有关。
有研究显示,缬沙坦作为血管紧张素受体阻滞剂,在高血压大鼠睡前给药可以参与血压昼夜节律的调控
[36],本研究未明确观察到缬沙坦对血压昼夜节律的有效调控,但缬沙坦的降压作用与本研究结果相符,可能原因在于缬沙坦的药代动力学显示服用后半个小时内血液药物浓度上升,4~6 h左右药物浓度达到峰值,10 h后代谢完毕未能对血压昼夜节律产生长效调控,并且本研究未对给药时间进行针对性设定对比,因此研究结果可能存在偏差。同时,本研究结果显示缬沙坦可以改善心脏的病理损伤,减少心脏纤维化程度,这可能与抑制NF‑κB激活,减少IL‑1β的表达水平有关。缬沙坦可以降低糖尿病大鼠心脏中IL‑1β的表达水平,改善心脏的病理损伤
[37],这与本研究结果相似。但缬沙坦对BMAL1、PPARα的干预在转录水平和蛋白表达水平并不完全一致,其原因可能在于缬沙坦并不是通过BMAL1介导PPARα激活参与昼夜节律系统改善心脏损伤。
本研究表明,电针可以改善高血压大鼠血压昼夜节律紊乱和心脏炎性反应,其机制可能与电针激活BMAL1介导PPARα抑制NF‑κB信号通路减少心肌细胞分泌IL‑1β有关。
作者贡献度说明:
张贝:文章构思、论文撰写、实验操作;陈溢滢:文章构思、实验操作;赖思华:实验操作;胡雯馨、唐燕定:数据整理;陈理:文章质量控制与审查,对文章整体负责。
所有作者声明不存在利益冲突关系。
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江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX23_2010)
江苏省中医院科主任学术提升专项课题(Y2022ZR31)