内皮素-1介导的脑干胶质激活通过增强的ATP-P2X4受体信号传导产生哮喘气道迷走神经亢进

2024-08-02 Fri
内皮素-1 脑干胶质激活气道迷走高张力 ATP-P2X4受体哮喘 Sprague–Dawley大鼠
Endothelin-1 媒介的脑干胶质细胞激活通过增强 ATP-P2X4 受体信号传导产生哮喘性气道迷走神经高张力学术背景哮喘是全球主要的非传染性疾病之一，带来了沉重的社会和经济负担。其主要临床症状包括气流阻塞、慢性气道炎症、敏感度增加和反应过度。这些症状的出现，与气道迷走神经高张力及气道迷走反射的增强密切相关。近年来，研究发现，支气管分支的活跃性是哮喘患者气道迷走反射增强的关键因素。然而，中央神经机制仍然不清楚。
在动物模型中，气道迷走反射弧中中央神经元的兴奋性增加，不仅扩大了反射输出，还可能导致“哮喘性气道迷走神经高张力”，即使在没有气道刺激的情况下也会引起哮喘症状。已有研究发现，过敏性哮喘大鼠模型中，脑干外ATP（腺苷三磷酸）浓度增加，主要与外ATP降解相关酶 ecto-5’-核苷酸酶 (CD73) 表达和活性下降有关。外ATP通过活化嘌呤能P2X受体 (P2X4R)增加气道迷走节前神经元的兴奋性，从而可能在哮喘患者的中央神经系统内增强气道迷走反射弧的兴奋性。
论文来源这篇论文题为“Endothelin-1 mediated brainstem glial activation produces asthmatic airway vagal hypertonia via enhanced ATP-P2X4 receptor signaling in Sprague-Dawley rats”，发表在Journal of Neuroimmune Pharmacology (2024) 19:13。论文作者包括Yun Lin、Tian Liu、Hong Chen等，均来自复旦大学基础医学系。论文于2022年11月29日接收，2024年4月1日接受。
研究细节本研究的实验设计包括采用卵白蛋白 (Ovalbumin, OVA) 制备哮喘大鼠模型，评估气道迷走神经张力并观察脑干变化。本实验分为多个步骤，具体如下：
研究流程实验动物：
购自中国科学院上海实验动物中心的七周龄雄性Sprague-Dawley 大鼠（180±10 g）。
哮喘大鼠模型制备：
大鼠分为对照组和OVA致敏组。致敏组大鼠在第0天和第7天上午接收OVA (10 mg)和Al(OH)3 (2 mg)的腹腔注射，在第14到28天每天接受5% OVA的气溶胶挑战。对照组接受相同体积的生理盐水。
实验操作：
部分实验中，部分大鼠接受溴杀菌剂bq788、或携带shRNA的腺相关病毒（AAV）注射，这些处理旨在抑制P2X4受体。
检测气道迷走神经张力：
通过电生理记录方法评估复发性喉神经放电（RLD）强度，置放随车针进行即刻cerebrospinal fluid (CSF)样本采集，并进行ATP浓度测定。
实验结果ET-1/EDNRB 信号和ATP/P2X4R 信号增强：
ELISA 实验显示，OVA致敏大鼠脑干内ET-1含量显著增加。RT-qPCR和Western blot结果显示，EDNRB受体和P2X4R受体的表达显著增加。
胶质细胞和神经元激活：
免疫荧光染色显示，EDNRB主要在星形胶质细胞中表达，P2X4R在神经元中表达且在控制组和OVA组均显著增加。OVA致敏大鼠显示出显著的胶质细胞激活，星形胶质细胞 (GFAP) 和小胶质细胞 (IBA1) 信号增强。
气道迷走神经高张力：
电生理记录显示，OVA 致敏组大鼠在吸气相期间的RLD强度显著增加，并可被 P2X4R 拮抗剂 (5-BDBD) 和脑干P2X4R 基因敲低疗法显著抑制。
Bq788治疗显著影响：
慢性腹腔注射 Bq788 显著缓解过敏性增强的 RLD 强度和肺功能下降现象，还同时逆转了P2X4R表征、CD73活性及CSF中ATP浓度的变化。
结论与意义这是首次通过直接电生理记录复发性喉神经放电来检测哮喘模型中的气道迷走神经高张力。研究结果表明，EDNRB 通过星形胶质细胞的激活起关键作用，增强的ATP/P2X4R 信号在中央神经元中使得气道迷走反射增强。P2X4R 拮抗剂在未来可能具有减轻哮喘症状的潜力。
研究亮点EDNRB和P2X4R信号传导明确：
在OVA致敏大鼠中，EDNRB和P2X4R信号传导显著增强，明确了两者在哮喘性气道迷走反射中的作用。
有效的药物干预：
慢性 Bq788 治疗有效逆转过敏性激活的胶质细胞和降低的CD73活性，使得这个方法在未来哮喘治疗中具有较大的应用前景。
方法论创新：
电生理记录复发性喉神经放电的方法为检测实验性气道迷走神经高张力提供了新的敏感技术，极具创新性。
本研究不仅为理解哮喘的中央机制提供了新的线索，同时也为未来的哮喘治疗提供了新思路。