慢性高血压对正常和自发性高血压大鼠大脑皮层线粒体能量代谢的影响

背景介绍

慢性高血压對脑血管和脑实质具有结构和功能上的破坏性后果。高血压会损害脑血管自动调节功能（Ferrari & Villa, 2022），不仅增加急性血栓形成和腔隙性缺血性中风的风险，还导致慢性脑缺血灌注和神经血管耦合的损害（Cortes-Canteli & Iadecola, 2020）。研究发现，高血压大鼠模型，如自发性高血压大鼠（SHR），脑的形态和功能均表现出显著变化，例如脑容量较小、脑室较大、神经元数量减少（Tajima et al., 1993），且易受脑缺血的影响（Cipolla et al., 2018）。

论文来源

本文由Roberto Federico Villa、Federica Ferrari和Antonella Gorini撰写，作者分别来自意大利Pavia大学生物和生物技术系的中枢神经系统药理学与分子医学实验室，Pavia大学脑与行为科学系。论文发表于2024年第二期的《Neuromolecular Medicine》期刊。

研究流程与方法

研究对象与实验组

实验对象为Wistar Kyoto（WKY）大鼠和SHR大鼠，按照年龄分为6、12和18个月，每个实验组均有6至9只大鼠。研究将大脑皮层的线粒体分为非突触线粒体（FM）和突触内线粒体，突触内线粒体进一步分为轻线粒体（LM）和重线粒体（HM）。

线粒体的提取与处理

1. 提取步骤：实验大鼠在早上9点用乙醚麻醉后，通过注射高剂量的氨基甲酸酯（1.4g/kg体重）执行安乐死。脑组织在冰箱内快速冷却并置于0.32 M蔗糖、1.0 mM EDTA-K+、10 mM Tris-HCl（pH 7.4）的分离介质中。
2. 线粒体的纯化：非突触线粒体和突触线粒体通过梯度离心法分离，利用蔗糖和Ficoll梯度离心获得高纯度线粒体颗粒。

酶活性检测

在不同类型的线粒体上测定各种酶的催化活性： - TCA循环酶：柠檬酸合酶（CS）和苹果酸脱氢酶（MDH）。 - 电子传递链（ETC）酶：复合物I-III（NADH-细胞色素c还原酶，CCRT）、琥珀酸脱氢酶（复合物II，SDH）和细胞色素c氧化酶（复合物IV，COX）。 - 谷氨酸代谢相关酶：谷氨酸脱氢酶（GDH）、谷氨酸-丙酮酸转氨酶（GPT）和谷氨酸-草酰乙酸转氨酶（GOT）。

数据统计与分析

实验数据首先通过Bartlett检验进行方差齐性分析，然后采用双因素同方差方差分析（ANOVA）评估各酶活性在不同线粒体类型和大鼠年龄间的显著性，并使用Tukey和Dunnett事后检验对各组进行差异性比较。统计分析使用StatPlus软件进行。

研究结果

生理性老化的影响

在生理性老化过程中，不同种类的线粒体表现出不同的酶活性变化： - TCA酶活性：柠檬酸合酶在FM中随年龄下降，LM中呈现双相趋势，HM中大幅下降；苹果酸脱氢酶在FM中上升，在HM中下降。 - ETC酶活性：复合物I-III活性在FM中上升，在HM中下降；复合物II在HM中下降。 - 谷氨酸代谢相关酶：谷氨酸脱氢酶在FM中基本不变，但在12月和18月的LM和HM中下降。

慢性高血压对老化的影响

高血压对不同年龄段大鼠的线粒体酶活性影响各异： - 6个月： - TCA酶活性基本无变化。 - ETC酶活性出现复杂的代谢解耦，FM中复合物I-III活性降低，HM中复合物II活性降低，而复合物IV活性上升。 - 谷氨酸脱氢酶活性在FM和LM中上升，谷氨酸-草酰乙酸转氨酶在LM中上升。 - 12个月： - TCA酶和谷氨酸代谢相关酶的活性整体上升，尤其是HM中的酶活性。 - ETC酶活性趋于稳定，表明12月时的适应性调整有效。 - 18个月： - 所有线粒体中的代谢活性明显降低，凸显了18个月年龄对SHR代谢影响的关键性，FM和LM中的酶活性显著降低。

讨论与结论

研究表明，HM是最易受老化和高血压影响的线粒体类型。这种分离不同类型线粒体的研究方法，揭示了高血压在不同时期对脑能量代谢的具体影响机制，尤其是18个月时所有代谢途径的活性降低。这种动态的代谢适应过程，可能为进一步研究老年和高血压共存病的药理学干预策略提供新的思路。研究还提出，线粒体功能的调控可能是针对老年相关脑病治疗的潜在靶点。

通过这种深入分析，不仅可以为高血压及相关老年病的基础研究提供理论支持，还能为临床治疗设计提供新的视角和方法。