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脑血流代谢杂志。2015年4月；35(4): 527–530.
在线发布2015年1月21日。 数字对象标识：10.1038/jcbfm.2014.256
预防性维修识别码：项目经理4420893
PMID：25605292

衰老损害小鼠脑动脉对脉动压力的肌源性适应

Zsolt斯普林戈,1,2,6 彼得·托斯,1,2,6 斯特凡诺·塔伦蒂尼,1,三，6 妮可·M·阿什波尔,1 苏珊娜·塔塞克,1 威廉·桑塔格,1,三，4 安娜·西沙尔,1,2,三，4 阿科斯·科勒,2,5和佐尔坦一世Ungvari1,2,三，4,*
作者信息 文章注释 版权和许可信息 PMC免责声明

摘要

大脑中动脉肌源性张力的稳定性对于充分控制压力波穿透大脑微循环远端至关重要。由于在晚期衰老中观察到的脉压升高与脑微血管损伤有关，因此确定了衰老对小鼠MCA肌源性反应的影响。衰老并不影响对静态压力增加的肌源性收缩反应，而显著损害脉动压力诱导的肌源张力。MCA对脉动压力的肌源性适应受损可能会使高压穿透大脑微循环的远端，导致微血管损伤。

关键词：自动调节，脑血流，脉搏波，Windkessel

介绍

随着年龄的增长，大弹性动脉（主动脉和颈动脉）明显变硬，导致Windkessel功能下降，脉压波增加。1,2在老年患者中，增加的脉压波可以穿透大脑微循环，可能导致白质损伤三,4血管认知障碍（VCI）的发展。5,6,7

在健康的年轻人中，大脑微循环受到Willis环的近端阻力动脉和软脑膜动脉网的独特保护，这对脑血管阻力的即时调节有重要贡献。8除了在稳态肌源性脑血流自动调节（CBF）中的独特作用外，谭在研究中进行了综述等9)这些动脉的肌源性反应在抑制脉压波、保护下游微循环免受压力诱导损伤方面也起着重要作用（Vrselja的研究综述等10). 尽管越来越多的临床证据4,11和实验研究12,13提示衰老可能损害局部血管调节机制，脑动脉对脉动压力的肌源性适应的年龄相关改变仍不清楚。

本研究旨在验证衰老损害大脑动脉对脉动压力的肌源性适应的假说。为了验证我们的假设，我们比较了年轻和老年C57BL/6小鼠大脑中动脉（MCA）对静态和脉动腔内压力的肌源性收缩反应。

材料和方法

动物

年轻（3个月大，n个=8）岁（24个月大，n个=8）雄性C57BL/6小鼠购自国家老龄研究所。所有小鼠均保持在特定的无病原屏障条件下。有水和正常的实验室饮食随意。所有程序均由参与机构的机构动物使用和护理委员会根据ARRIVE指南批准。

压力性脑动脉收缩

如前所述，将小鼠处死并斩首，从大脑中分离出MCA片段。13将MCA片段安装在含氧克雷布斯缓冲液（pH=7.4）中器官室的两个玻璃微移液管上。套管的流体动力阻力相等，流入和流出压力由压力伺服控制系统控制（Living Systems Instrumentation，Burlington，VT，USA）。使用定制的脉动压力发生器装置产生振幅和频率可调的正弦脉动压力。如前所述，通过视频显微镜测量加压MCA的内径和外径，并使用Ionoptix微型荧光仪系统（美国马萨诸塞州米尔顿市Ionoptix）的自动边缘检测功能连续记录。12在1小时的平衡期后，在无流动条件下评估直径的变化到静态管腔内压力的逐步增加（从20毫米汞柱到140毫米汞柱，以20毫米汞柱的步骤，每个步骤5分钟）。然后，脉动压力（脉压频率：450每分钟，对应于小鼠心率生理范围的下限；脉压振幅：40mm Hg，对应于小鼠脉压振幅生理范围的高端），并记录20至140 mm Hg平均压力值范围内直径的变化。在每个实验结束时，通过用Ca2+-含有L型钙通道抑制剂硝苯地平（10−5 摩尔/升）。获得了MCA直径随静态和脉动压力增加而变化的结果。

计算

肌原性张力（%）根据以下公式计算：((天P（P）−天A类)/天P（P）)x 100，其中天P（P）是被动直径（在没有Ca的情况下获得2+)和天A类是给定腔内压力值下的血管有效直径。应变(ɛ)根据以下公式计算容器壁的厚度：ɛ=(天P（P）–天0)/天0)，其中天P（P）是给定腔内压力下的被动式管腔直径天0是5 mm Hg时的被动管腔直径。压力(σ; 达因/厘米2)根据以下公式计算：σ=P（P）×天P（P）/（2×WT），其中天P（P）是被动式管腔直径，WT是壁厚P（P）是腔内压力（1 mm Hg=1334 dyn/cm2). 将每条动脉的应力-应变数据拟合到曲线上σ=σ0×e(β.ɛ)其中σ0是5 mm Hg时的应力β是切线弹性模量与应力关系的斜率。因此β价值是膨胀性的指标β动脉扩张性越低。增量膨胀率（%/mm Hg）根据以下公式计算：[(天1−天0)/(天1×P（P）Δ)]×100，其中天0是压力阶跃前的被动直径，天1是压力阶跃后的被动直径P（P）Δ是压力阶跃（20 mm Hg）。节段性血管水动力阻力(R（右）; GPa×s/m三)根据以下公式计算R（右）=(8 ×η×L（左）)/(π ×第页4)，其中η是水性缓冲液在37°C下的粘度，L（左）是血管段的单位长度（1 mm）第页是血管段的半径(第页=天A类/2).

定量实时RT-PCR

采用定量实时逆转录（RT-PCR）技术分析压力诱导肌源性收缩调控相关基因的信使RNA表达(表1)如前所述，使用Strategen MX3000平台（美国加利福尼亚州圣克拉拉安捷伦科技公司）。12,13简言之，总RNA是使用Mini RNA Isolation Kit（美国加利福尼亚州奥兰治市的Zymo Research）从MCA中分离出来的，并使用Superscript III RT（美国纽约州格兰德岛生命科学公司的Invitrogen）进行反向转录。使用标准血管样品的稀释系列测定扩增效率。使用效率修正的ΔΔCq方法进行定量。参考基因的相对数量Hprt、Ywhaz、B2m、和Actb公司根据几何平均值计算归一化因子，用于内部归一化。

表1

幼年（3月龄）和老年（24月龄）小鼠大脑中动脉中参与压力机械传递的离子通道和细胞内因子mRNA表达的年龄相关性变化
符号姓名与年龄相关的mRNA表达变化（折叠变化）
Cacna1c公司电压门控（L型）Ca2+通道0.67±0.04*
Trpc6型瞬态受体电位标准通道-6纳秒12,13
三氯二苯甲烷瞬态受体电位标准通道-3纳秒12,13
Trpc7号机组瞬态受体电位标准通道-7纳秒12,13
事务处理程序4瞬时受体电位阳离子通道亚家族m-4纳秒12
Kcnb1号机组电压门控K+渠道、贫困子家庭纳秒
科纳2电压门控K+频道，振动器相关子系列，成员25纳秒
Kcna5公司电压门控K+频道，振动器相关子系列，成员50.63±0.1*
Kcnj8公司内向修正K+渠道，子家族J，成员8纳秒
Kcnma1公里大电导Ca2+-激活的K+通道α-亚单位纳秒
Kcnmb1型大电导Ca2+-激活的K+通道β-亚单位纳秒
Cyp4a12细胞细胞色素P450 4A12ω-产生羟化酶的20-HETE纳秒13
Sphk1公司鞘氨醇激酶1纳秒
岩石1Rho激酶纳秒
广场2磷脂酶A2纳秒

mRNA、信使RNA；NS，不显著。

数据（平均值±标准偏差）表示为与年轻血管中表达水平相比的折叠变化。n个=每组5-6人*P（P）<0.05与Young。TRPC通道表达的数据根据参考文献中报告的数据重新计算。12,13

统计分析

数据分析依据t吨-测试或重复测量的双向方差分析，然后进行Bonferroni多重比较测试（视情况而定）。使用Prism 5.0 for Windows（Graphpad Software，La Jolla，CA，USA）进行统计比较，在P（P）<0.05. 数据表示为平均值±标准误差。

结果

衰老损害MCA对脉动压力的肌源性收缩

图1A显示在20–140 mm Hg的静态腔内压力下，孤立MCA出现肌源性收缩。在年轻对照小鼠的MCA中，静态血管内压力的增加导致显著的肌源性收缩和肌源性张力(图1B)在研究的压力范围内保持在几乎相同的水平，这与CBF的自动调节范围重叠。在老龄对照小鼠的MCA中，血管内静态压力（高达~100 mm Hg）的增加引起了与年轻血管中观察到的肌源性收缩相似的收缩。然而，在较高压力（140毫米汞柱）下，肌原性张力趋于降低，动脉逐渐扩张(图1A和1B).

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衰老损害小鼠大脑中动脉（MCA）对脉动压力的肌源性适应。(A类)：在没有压力脉动（“静态”）和存在压力脉动（脉冲”脉压振幅：40 mm Hg，频率：450/min）的情况下，由于腔内压力逐步增加，从年轻和老年小鼠分离的MCA直径发生稳定变化；绘制平均压力值）。注意，压力脉动的存在显著降低了老龄小鼠MCA的肌源性收缩。血管直径表示为60 mm Hg时每个血管最大扩张被动直径的百分比。数据表示为平均值±标准误差(n个=8; *P（P）<0.05与年轻搏动，#P（P）<0.05与老化静态）。(B类)脉动压力对年轻和老年小鼠MCA肌源性张力的影响。数据表示为平均值±s.e.m(n个=8; *P（P）<0.05与年轻搏动，#P（P）与老化静态相比<0.05）。(C类)计算年轻（浅灰色）和老年（深灰色）MCA暴露于脉动压力下的节段血管水动力阻力，绘制为平均腔内压力的函数。插图：原始痕迹，显示脉冲压力信号的同步记录、管腔直径的变化以及计算出的管腔MCA节段流体动力阻力。(天)MCA的应力-应变关系没有显著的年龄相关性差异。数据表示为平均值±标准误差(n个=每组8人）。

在年轻小鼠的MCA中，脉动压力诱导的肌源性收缩与静态压力诱导的相似(图1A)肌原性张力维持在同一水平，高达140毫米汞柱(图1B). 相反，暴露于脉动压力下的老年小鼠的MCA显著降低了肌源性收缩(图1A). 各组MCA的压力-容积曲线相似。我们发现脉动压力导致肌源性活跃MCA直径的轻微脉动变化(图1C). 血管直径的这些微小变化转化为计算的节段流体动力阻力的显著变化（与半径的四次方成反比(第页4)).图1C描述了暴露于脉动压力下的年轻和老年小鼠分离MCA中计算的节段血管水动力阻力的范围，作为平均腔内压力的函数。注意，脉动压力导致肌源性收缩减少，导致老年动脉压力段血管水动力阻力曲线向下移动。

MCA的被动特性

除了主动压力引起的血管收缩外，血管壁的被动力学特性也可能影响MCA保护微循环的能力。例如，血管壁膨胀性的变化会改变到达微循环的压力波的特征。10然而，在本研究中，壁应力/应变关系没有显著的年龄相关性差异(图1D,β幼年和老年小鼠MCA分别为2.2±0.2和2.4±0.2，不显著），并观察到小鼠MCA的膨胀性增加（未显示）。

血管基因表达的年龄相关性变化

衰老与电压门控L型钙的脑血管表达下调有关2+而对其他离子通道的信使RNA表达和参与MCA压力机械传递的细胞内因子没有显著影响(表1).

讨论

微血管损伤的增加被认为在老年人血管认知功能障碍的发病机制中起着重要作用。5据认为，导致高压穿透大脑微循环脆弱远端的机制显著增加了血管认知功能障碍的风险。

在这里，我们首次表明衰老与孤立MCA对脉动压力的肌源性适应受损有关。如果MCA老化体内在生理性脉动压力的作用下，肌源性收缩也表现出类似的减少，这可能与近端大阻力动脉的血管水动力阻力显著下降有关。总之，这可能会给大脑微循环的远端带来更大的负担。重要的是，最近的一项研究表明，老年人脉压增加导致CBF搏动性增加。三这一观察结果与衰老微循环对脉动压力增加的保护作用受损的观点相一致。最近的证据表明，经颅多普勒超声评估的脑血管血流动力学受损与老年人大脑白质结构完整性丧失之间存在着密切的关系。4对这些患者的搏动指数和动态脑自动调节的分析进一步支持了这样的观点，即衰老可能损害脑动脉血管壁固有的局部血管调节机制，从而导致对脉搏波的保护受损。4我们假设脉压随年龄增长而增加1与肌源性保护受损相结合，可能会显著增加老年大脑对压力诱导的微血管损伤的倾向，包括血脑屏障的破坏、微血管稀少、，13以及自发性脑出血的发展。14导致老年MCA肌源性对脉动压力适应受损的分子机制，包括L型Ca失调的可能作用2+通道尚不清楚，应在未来研究中阐明。

研究的局限性

目前尚不清楚年轻和老年动脉在生理相关脉压频率和幅度的不同组合下的肌源性适应如何不同。此外，理论上，由于管腔内容积的周期性变化，即使在无流动条件下，在向插管动脉施加脉动压力的过程中，作用在内皮层上的剪切力也可能发生微小变化。虽然这些变化可能很小，但我们不能排除它们有助于内皮细胞血管活性介质的机械敏感性释放，从而调节血管张力的可能性。

总之，根据我们的研究结果，我们建议对MCA肌生成机制的实验研究应始终考虑压力脉动的影响。15此外，我们发现脉动压力引起的MCA直径相对较小的变化可能与节段血管阻力的显著变化有关，这对临床研究的设计具有重要意义，强调同时测量大脑大动脉血流速度和血管直径的重要性。

笔记

作者声明没有利益冲突。

脚注

这项工作得到了美国心脏协会（PT、ST、ZT、AC和ZU）、美国衰老研究联合会（AC）、跑步纪念奖（NMA）、俄克拉荷马科技进步中心（AC、ZU和WES）、匈牙利国家科学研究基金（OTKA）的支持K 108444和补助金：《发展南Transdanubian地区大学的竞争力》，“新生物标志物的识别……”，SROP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012–0017和“神经肽的综合检查”SROP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0024“收件人：AK，国家补充和替代医学中心（R01-AT006526收件人：ZU）；国家老龄研究所（AG031085收件人：AC；AG038747收件人：WES），阿肯色大学医学中心阿肯色州克劳德·佩珀老年美国人独立中心（收件人：AC）和埃里森医学基金会（致WES）。

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文章来自脑血流与代谢杂志由以下人员提供SAGE出版物