高血压和盐皮质激素受体对肌源性张力和实质小动脉结构的调节

摘要

大脑的适当灌注由于这些细胞储存能量和营养物质的能力有限，因此薄壁组织对神经元内环境稳定至关重要(9)。即使是脑灌注压力的微小变化也会对神经功能产生不利影响，从而导致长期后果，如小血管疾病和认知障碍(16)。实质小动脉（PA），也称为穿透小动脉，是脑循环的瓶颈(41)它们为离散的神经元群提供血液。PA是高阻力血管，因为它们比软脑膜动脉具有更高程度的肌张力(10)。重要的是，PA的功能障碍及其结构的改变先于白质损伤，并可能导致血管认知障碍的发展(35).

慢性高血压是脑血管疾病的主要危险因素，包括小血管疾病、中风（缺血性、出血性和腔隙性）和痴呆(37)。高血压导致颅内大动脉的功能和结构改变(46,48,49)如大脑中动脉（MCA）和较小的软脑膜动脉和小动脉(三,24,46)。这些变化包括肌原性张力增加(32)，自动调节曲线右移(31)，内皮依赖性舒张功能受损(62)以及结构和机械变化(46)。高血压增加血管加压素缺乏大鼠MCAs的固有肌源性张力(20)和易中风的自发性高血压大鼠（SHRSP）(54)。肌源性张力的增加可能与通过L型电压门控钙通道增加钙流入血管平滑肌细胞有关(14,34,55,58)。慢性高血压还会导致软脑膜大动脉的结构和机械变化，包括管腔直径减小（向内重塑）和壁厚增加（壁肥厚）(47——49,54)。尤其是结构的改变至少部分依赖于盐皮质激素受体（MR）的激活，因为这种受体的拮抗阻止了(54)和反转(53)SHRSP中MCA的重塑。

PA是脑血管树的一个重要分支，对神经功能至关重要，但高血压对这些小动脉的影响尚未研究。需要注意的是，PA和软脑膜动脉和小动脉在结构上非常不同。PA很少吻合(39)理论上，支点较少将减少PA中的湍流区域。PA和软脑膜动脉的神经支配也不同；软脑膜动脉接受来自外周神经系统的外源性神经支配(26)。在软脑膜动脉中，交感神经系统的活动至少在一定程度上是SHRSP中正常观察到的高血压相关壁肥厚的原因(4,27)。另一方面，PA周围环绕着星形细胞末端脚(12)星形胶质细胞是与PA相关的大多数神经的靶细胞(13)。神经递质受体的表达在血管树中也有所不同。例如，α₁-去甲肾上腺素激活肾上腺素受体导致MCA收缩(18,30)但去甲肾上腺素通过激活β肾上腺素受体导致PA扩张(38)。由于这些原因，我们不能假设当受到血压升高的挑战时，PA和软脑膜动脉会以类似的方式工作。

我们研究的目的是调查慢性高血压对PA的影响。我们假设，与血压正常的Wistar-Kyoto（WKY）大鼠相比，SHRSP的PA将表现出肌原性张力增加和向内肥厚性重塑。我们进一步假设，降低血压和阻断MR将降低高血压大鼠PA的肌源性张力并减轻其内向重塑。

方法

结果

生理参数。

本研究中使用的SHRSP的最终体重和血压总结如下表1在高血压大鼠中，AhT显著降低血压，而EPL轻微升高血压。AhT治疗的大鼠体重明显低于对照组或EPL治疗的SHRSP。利血平治疗可能导致体重减轻。利血平会消耗单胺类神经递质、血清素和儿茶酚胺，并已被证明会导致大鼠体重减轻(25).

表1。

治疗对SHRSP患者全身血压的影响

	SHRSP公司	SHRSP+AhT	SHRSP+EPL
收缩压，mmHg	214 ± 4	130 ± 6*	237 ± 3*
舒张压，mmHg	170 ± 5	91 ± 6*	203 ± 3*
平均动脉压，mmHg	181 ± 4	104 ± 6*	214 ± 3*
体重，g	339 ± 8	298 ± 9†	343 ± 1

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数值为平均值±SE。SHRSP，自发性卒中高血压大鼠(n个= 8); 抗高血压治疗(n个= 11); EPL，依普利酮(n个= 5).

^*对<0.05，与SHRSP不同，多重比较的单因素方差分析加Sidak校正。

^†对<0.05与SHRSP和SHRSP+EPL不同，Bonferroni后测的单因素方差分析。

慢性高血压会增加PA肌源性张力。

与WKY大鼠相比，SHRSP大鼠PA的音调增加了约20%(图1A类)。因此，SHRSP大鼠的PA静息管腔直径在声调生成后显著小于WKY大鼠约40%(图1B类).

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图1。

中风自发性高血压大鼠（SHRSP）的慢性高血压会增加肌原性张力，并与实质小动脉（PA）的向内肥厚性重塑有关。A类：与年龄匹配的血压正常的Wistar-Kyoto（WKY）大鼠相比，18周龄SHRSP的加压PA肌源性张力增加。B类：SHRSP的PA静息管腔直径较小（肌源性张力生成后的管腔直径）。此外，SHRSP中的PA表现出典型的向内重塑过程，观察到两个外层的PA都显著减少(C类)和管腔直径(D类)。还观察到PA壁的富营养生长(E类)导致PA壁腔比增加(F类)。对于肌原性张力研究，PA在Ca中孵育²⁺生理盐水溶液（PSS）并加压至50 mmHg，然后允许产生自发肌张力。在PA与0 Ca孵育后评估被动结构²⁺补充100μmol/l硝普钠（SNP）+2 mmol/l EGTA的PSS。数值为平均值±SE；n个，大鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY（学生t吨-测试）。

SHRSP的PA发生向内重塑。

从SHRSP对PA被动结构的评估显示出显著的向内重塑，其特征是外部结构减少(图1C类)和灯具(图1D类)直径。此外，壁厚增加(图1E类)。因此，与WKY大鼠的PA相比，SHRSP的PA的壁腔比降低(图1F类).

SHRSP中PA的硬度降低，柔顺性和膨胀性增加。

与WKY大鼠相比，SHRSP中PA的壁应力更低(图2A类)膨胀性增加，尤其是在较高的腔内压力下(图2B类)。我们观察到由SHRSP中PA的β系数计算得出的刚度降低(图2C类)以及柔度的增加，表现为应力应变曲线右移(图2D类).

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图2。

SHRSP中PA的机械性能。A类：在所研究的管腔内压力范围内，SHRSP产生的PA的壁应力比WKY正常大鼠产生的PA增加。SHRSP中的PA比WKY大鼠中的PA的扩张性增加(B类)，通过β系数测量的刚度降低(C类)以及柔度增加，观察到应力-应变关系向左移动(D类)。用0 Ca孵育使平滑肌细胞失活后，在被动条件下评估力学性能²⁺补充100μmol/l SNP+2 mmol/l EGTA的PSS。数值为平均值±SE；n个，老鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY相比（学生t吨-测试）。

AhT降低SHRSP患者PA肌原性张力。

为了验证慢性高血压与PA肌原性张力增加相关的假说，在高血压持续期用AhT治疗成人SHRSP。AhT显著降低SHRSP患者的血压(表1)。我们观察到，与安慰剂治疗的SHRSP相比，AhT后PA内在肌原性张力生成显著降低(图3A类)。此外，SHRSP+AhT治疗的PA的静息管腔直径明显大于安慰剂治疗的SHRSP(图3B类).

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图3。

抗高血压治疗（AhT）降低PA肌源性张力和对L-型电压门控钙的反应性²⁺通道抑制剂。A类：与来自SHRSP的PA相比，来自SHRSP+AhT的PA中自发肌源性张力的生成减少。B类：此外，来自SHRSP+AhT的PA具有更大的静息管腔直径。C类：阻断L型电压门控钙²⁺含硝苯地平的通道显示，SHRSP+AhT产生的PA比SHRSP产生的PA具有更小的扩张作用，并且清除了细胞外Ca²⁺导致两组PA的扩张相似。此外，来自SHRSP+AhT的PA对L型电压门控钙浓度增加的敏感性降低²⁺离子通道抑制剂硝苯地平，浓度-反应曲线右移(D类)以及培养至硝苯地平浓度增加后，SHRSP+AhT中PA被动直径百分比增加的趋势(E类)。数值为平均值±SE；n个，大鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY（学生t吨-测试）。

L型电压门控钙的参与²⁺维持PA肌源性张力的通道。

研究观察到的肌源性张力增加是否与L型电压门控钙相关²⁺通道，PA首先与EC孵育₉₀硝苯地平和0钙的浓度²⁺PSS+硝苯地平。与来自SHRSP+AhT的PA相比，0.1μmol/l硝苯地平孵育导致SHRSP的PA中肌原性张力的损失更为显著，以至于在%肌原性色调中不再观察到差异(图3C类)。同样，用0 Ca培养²⁺PSS+0.1μmol/l硝苯地平引起SHRSP和SHRSP+AhT的PA肌原性张力的类似损失(图3C类).

来自SHRSP+AhT的PA对L型电压门控钙的敏感性较低²⁺渠道封锁。

为了评估PA对钙通道阻滞剂的反应性，允许小动脉产生肌源性张力，然后与浓度增加的硝苯地平孵育。我们观察到在SHRSP+AhT中硝苯地平的最大反应曲线百分比向右偏移(图3D类)以及增长趋势(对=0.058），在通过PA无源直径对数据进行归一化之后(图3E类).

AhT逆转PA内向重塑，但不改变力学性能。

SHRSP患者血压降低导致向内动脉重塑过程减弱，表现为PA外径和管腔直径增加(图4,A类和B类）。在SHRSP中，AhT后壁厚也有适度的减少，壁腔比也显著降低(图4,C类和D类)。与安慰剂治疗的SHRSP的PA相比，SHRSP+Aht的PA显示出壁应力增加(图5A类)。然而，AhT并没有改变膨胀性(图5B类)，刚度(图5C类)，或合规性(图5D类)SHRSP的PA。

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图4。

AhT可阻止SHRSP引起的PA向内肥厚性重塑(A类)和管腔直径(B类)这表明可以防止向内重塑过程。此外，壁厚有所减少(C类)和壁腔比(D类)表明AhT阻止了SHRSP血管壁的肥厚生长。在0 Ca孵育PA后评估被动结构²⁺补充100μmol/l SNP+2 mmol/l EGTA的PSS。数值为平均值±SE；n个，大鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY（学生t吨-测试）。

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图5。

AhT对PA的力学性能没有影响。A类：SHRSP+AhT组PA的壁应力高于安慰剂治疗的SHRSP组。PA的膨胀性没有差异(B类)，刚度，计算为β系数(C类)，或在应力应变关系中(D类)组之间。PAs与0 Ca孵育后评估被动结构²⁺补充100μmol/l SNP+2 mmol/l EGTA的PSS。数值为平均值±SE；n个，大鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY（学生t吨-测试）。

EPL没有降低PA肌源性张力。

在高血压持续期用EPL治疗SHRSP 6周并不能降低全身血压(表1)。因此，PA内在肌源性张力生成没有差异(图6A类)和静息管腔直径(图6B类).

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图6。

依普利酮（EPL）治疗并没有改变PA肌源性张力和对硝苯地平的反应性。经EPL治疗后，SHRSP患者加压PA的自发性肌张力没有改变(A类)SHRSP+EPL和车用SHRSP的PA静息直径无差异(B类).C类：阻断L型电压门控钙²⁺硝苯地平通道与细胞外钙的清除²⁺引起了来自SHRSP和SHRSP+EPL的PA的类似扩张。PA对硝苯地平浓度增加的敏感性，视为%最大扩张(D类)和%被动式直径(E类)，经EPL治疗未发生变化。数值为平均值±SE；n个，大鼠数量。

细胞外钙的作用²⁺在维持肌源性张力时，EPL没有改变。

评估EPL治疗是否改变了L型电压门控钙的贡献²⁺PA肌源性张力发展中的通道，小动脉与硝苯地平和0钙孵育²⁺PSS，如上所述。硝苯地平治疗的肌源性张力丧失在EPL治疗和安慰剂治疗的SHRSP中相似(图6C类)。去除细胞外钙²⁺安慰剂和EPL治疗的SHRSP对PA的影响相似，并且各组间的肌原性张力没有差异(图6C类).

L型电压门控钙²⁺渠道封锁。

SHRSP+安慰剂和SHRSP+EPL的PA对硝苯地平的最大反应百分比没有差异(图6D类)。同样，通过被动直径对直径变化数据进行归一化，表明各组对硝苯地平的反应相似(图6E类).

EPL可减弱PA的内向重塑并改变其力学性能。

EPL治疗减轻了SHRSP患者PAs内动脉重塑过程(图7A类)和灯具(图7B类)研究了整个管腔内压力范围内的直径。此外，壁厚显著降低(图7C类)以及壁腔比(图7D类)显示SHRSP对PA向内重塑过程的衰减。管腔直径的增加和壁厚的减少导致SHRSP+EPL对PA壁应力的预期增加(图8A类)。PA刚度增加(图8C类)和膨胀性(图8B类)合规性降低(图8D类).

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图7。

EPL治疗可防止PA向内肥厚性重塑。EPL治疗成人SHRSP引起外周血PA增加(A类)和管腔直径(B类)。壁厚(C类)和壁腔比(D类)与SHRSP+载体相比，SHRSP+EPL降低。综上所述，这些数据表明，EPL治疗可以阻止SHRSP中观察到的PA向内肥厚性重塑。将PAs与0 Ca孵育后评估被动结构²⁺补充100μmol/l SNP+2 mmol/l EGTA的PSS。数值为平均值±SE；n个，老鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY相比（学生t吨-测试）。

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图8。

EPL改变了SHRSP中PA的刚度。A类：与溶媒处理的SHRSP相比，SHRSP+EPL处理的PA的壁应力增加。尽管膨胀性没有改变(B类)，来自SHRSP+EPL的PA显示刚度增加，观察到β系数增加(C类)应力应变关系右移(D类)。在PA与0 Ca孵育后评估被动结构²⁺补充100μmol/l SNP+2 mmol/l EGTA的PSS。数值为平均值±SE；n个，大鼠数量*对<0.05，SHRSP与WKY（学生t吨-测试）。

讨论

这项研究有三个主要发现。首先，慢性高血压增加了PA的肌原性张力，并导致向内肥厚的动脉重塑。第二，用AhT使SHRSP的血压正常化，可以降低肌原性张力，防止向内肥厚性重塑，而不会影响PA的机械特性。最后，EPL治疗并没有降低血压或肌源性张力，但确实防止了向内肥厚性重塑。总之，这些数据表明，PA肌源性张力的调节可能与系统血压有关，而重塑过程更为复杂，涉及循环因素、MR激活和血压。据我们所知，这是首次证明高血压对脑实质微循环结构和功能的影响的研究。值得注意的是，在这些研究中，允许高血压在用药前完全发展。我们建议这种治疗模式评估MR拮抗剂和AhT逆转高血压对脑血管系统影响的能力；这增加了研究的临床相关性。

PA连接软脑膜表面循环和大脑深层微循环。它们被认为是大脑循环的瓶颈(41)，因为它们的分支很少。PA灌注大脑的离散区域，通过这一称为神经血管耦合的过程，流经这些区域的血液受到神经元和星形胶质细胞的严密调节(19)。PA功能障碍或结构重塑可能对局部灌注产生不利影响，导致持续缺氧微环境和神经元死亡。事实上，最近的一项研究表明，单个PA的血栓闭塞导致圆柱形梗死，这与认知能力下降有关(57)。尽管PA在维持脑功能方面具有重要作用，但对其生理机制，尤其是在高血压等慢性病理状态下的生理机制知之甚少。正如引言中所讨论的，软脑膜循环和PA之间的重要差异阻止我们推断软脑膜动脉药物治疗对PA的影响。因此，我们的研究填补了我们对脑微循环认识的空白。

高血压对软脑膜动脉肌源性张力调节的影响存在争议。一些研究表明SHR大鼠和WKY大鼠大脑后动脉肌原性张力无差异(44)。相反，另一项研究表明，SHR大鼠的肌源性张力高于WKY大鼠(23,33)。本研究表明，与WKY大鼠相比，SHRSP的PA肌原性张力增加，因此，高血压大鼠的PA静息管腔直径较小。此外，与SHRSP+载体相比，在高血压持续期用AhT治疗6周的SHRSP的PA表现出肌源性张力降低。这些数据表明，系统血压可能是高血压大鼠PA肌张力增加的主要决定因素。女性SHR大鼠PA静息管腔直径小于WKY大鼠PA的管腔直径，这一发现支持了这一观点，可能是由于肌原性张力增加所致(7)。EPL治疗并没有降低全身血压，也没有改变肌源性张力，这一事实加强了这一论点。目前尚不清楚高血压引起的肌源性张力增加是否是脑血管树节段阻力增加的适应性反应。尽管这一观点似乎合理，但仍有争议，因为之前的一项研究表明，包括软脑膜动脉和颅内大动脉在内的上游动脉的血管阻力增加，这可能会使包括动脉瘤在内的下游动脉的灌注压力正常化(22)。这一假设需要进一步调查。

肌源性张力的调节最终依赖于钙流入平滑肌细胞，并由收缩机制对钙的敏感性进行调节(15,29)。PA比大的颅内动脉（如MCA）产生更多的肌源性张力，这可能依赖于电压依赖性钙的更高活性²⁺通道(11)。重要的是，Ca²⁺通过电压门控Ca流入²⁺高血压期间，经脉似乎增加，这可能进一步增强肌源性张力(14,34,58)。事实上，Ca²⁺SHR大鼠肠系膜动脉分离的血管平滑肌细胞电流大于WKY大鼠分离的血管肌细胞电流。这种差异与渠道开放概率增加有关(43)。这些数据表明高血压改变了L型钙的动力学²⁺而不是增加膜中的通道数。增加通道开放增加钙的全细胞振幅²⁺可能增加收缩力的电流，导致更高的肌张力。本研究通过显示L型钙的阻断作用，进一步说明了这一点²⁺含硝苯地平的通道在SHRSP+安慰剂和SHRSP+EPL的PA中引起更大的扩张，但在SHRSP+AhT中没有。这些数据表明，高血压患者肌源性张力增加可能依赖于钙²⁺通过L型钙的流入²⁺通道，尽管Ca发生变化²⁺敏感性也可能发挥作用，如下所述。我们研究中的一个警告是，我们没有研究L型钙的生物物理特性²⁺来自SHRSP的PA通道；因此，L型钙仍有可能增加²⁺渠道数量，以及活动的增加。此外，K的动力学变化⁺通道还可使心肌细胞静息膜电位进一步去极化，从而增加肌源性收缩。

钙的变化²⁺作为表型转换的结果，平滑肌细胞的敏感性也可能在慢性高血压期间肌源性张力增加中发挥作用。机械拉伸诱导平滑肌细胞中收缩蛋白的表达，即平滑肌肌球蛋白重链-1和-2(52)。这些蛋白质的增加可能会增加收缩力(51)因此，至少部分解释了SHRSP引起的PA肌原性张力增加。此外，收缩机制对钙的敏感性²⁺这种现象发生在高血压啮齿动物的动脉平滑肌细胞中(28,40)。尤其是Rho相关激酶的活性，这是一种重要调节平滑肌Ca的蛋白质²⁺灵敏度(56)，因高血压而增加(8,60)。目前尚不确定来自SHRSP的PA是否具有增强的Ca²⁺敏感性是平滑肌细胞表型转换的结果。

高血压和大脑大动脉重塑之间的联系是众所周知的，很明显，腔内压力和循环因素参与了这一过程(46)。然而，高血压对PA的影响尚未得到广泛研究。SHRSP的PA显示出比正常血压WKY大鼠的PA更小的被动外径和管腔直径。壁厚和壁腔比也有所增加。有趣的是，壁厚增加与SHRSP中PA的刚度降低、膨胀性增加和顺应性增加有关。壁厚增加可能与内部弹性层的加厚有关，这可能是膨胀性增加的原因。事实上，SHRSP的软脑膜动脉壁弹性蛋白含量增加(5)。其他研究表明，高血压对大脑大动脉壁硬度也有类似的影响(2,17).

降低血压可减弱SHRSP引起的肺动脉内向重塑。SHRSP+AhT的肺动脉外径和管腔直径较大，壁厚和壁腔比也降低。减弱内向重塑和降低内在肌原性张力可能共同作用于增加SHRSP+AhT中PA的静息管腔直径。这可能通过预防慢性轻度局部低灌注而在体内产生有益的效果，这种低灌注与小血管疾病和血管认知障碍的发展有关(64)。特别是，白质主要由PA灌注，组织学和体内研究表明，小血管疾病患者白质内的小动脉管腔变窄(1,45)。因此，AhT可以通过增加正常灌注来延缓高血压患者小血管疾病的发生，如果不能预防的话。

MR受体独立于血压参与颅内大动脉的重塑。我们之前的研究表明，经螺内酯治疗的SHRSP MCA的管腔直径大于对照SHRSP的MCA(53,54)。同样，本研究表明，用EPL治疗SHRSP可减轻向内PA重塑，表现为外径和管腔直径增加，壁厚和壁腔比减小。EPL还改变了PA的机械性能，导致微动脉硬度增加、膨胀性降低和顺应性降低。尽管EPL治疗的大鼠血压有轻微但显著的升高，但还是发生了这些变化。观察到的机械性能变化可能与年龄有关。在年轻SHRSP中，在高血压发展阶段（6-12周龄）用螺内酯阻断MR受体可增加MCA顺应性并降低僵硬(54)。然而，当12至18周龄的SHRSP接受螺内酯治疗时（与本研究中使用的治疗模式相同），僵硬和顺应性不变(53)。这些先前的发现和这里报道的发现之间的差异可能是正在研究的脑血管树不同部分的结果。此外，从SHRSP+EPL中观察到的PA壁厚减少可能是内部弹性层变薄的结果，这将增加刚度，降低柔顺性和膨胀性。

总之，本研究表明，慢性高血压增加了固有肌源性张力，并诱导PA向内肥厚性重塑。肌源性张力的增加依赖于高系统血压和钙的维持²⁺通过硝苯地平敏感通道内流增加或钙增加²⁺平滑肌细胞表型转换导致的敏感性。另一方面，重塑过程的衰减通过血压依赖和独立机制发生。

高血压是脑小血管疾病的一个主要可改变的危险因素，它加速血管认知功能障碍的发生，与阿尔茨海默病有关，并增加缺血性中风的风险(50)。小血管疾病患者的小动脉显示管腔变窄，提示PA的内向重塑可能是小血管疾病发展的主要因素(45)。因此，旨在减轻重塑的治疗，无论是否降低全身血压，都可能对有风险的患者有益。

赠款

这项工作由美国心脏协会的拨款资助(13GRNT1721000; 致A.M.Dorrance，以及12PRE8960019P.W.Pires）和国家心脏、肺和血液研究所(PO1-HL-070687W.F.Jackson）。

披露

作者未声明任何利益冲突，无论是财务还是其他方面。

作者贡献

作者贡献：P.W.P.、W.F.J.和A.M.D.研究的概念和设计；P.W.P.进行了实验；P.W.P.分析数据；P.W.P.、W.F.J.和A.M.D.解释了实验结果；P.W.P.编制的数字；P.W.P.起草的手稿；P.W.P.、W.F.J.和A.M.D.编辑和修订手稿；P.W.P.、W.F.J.和A.M.D.批准了手稿的最终版本。

参考文献