迷走神经与脓毒症心肌损伤的研究进展

彭红艳 祝益民

DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2014.09.031

基金项目：国家科技支撑计划儿科应急救治相关技术的研究与推广应用项目 （2012BAI04B00）

作者单位：410007 长沙，南华大学儿科学院 （湖南省儿童医院）（彭红艳）；湖南省人民医院（祝益民）

通信作者：祝益民，Email：cszhuyimin@163.com

脓毒症可导致多器官功能损害，心脏作为全身血液循环的关键器官，是脓毒症最易受损的靶器官之一。脓毒症心肌损伤不仅存在于休克的“低动力”阶段，也存在于“高动力”阶段，是以血流动力学和心肌力学变化为特征的心功能障碍，表现为心脏收缩和舒张功能受损、左右心室扩大、左室射血分数下降等。研究发现在脓毒症患者中，心功能正常、泵功能减弱、严重泵功能衰竭（EF ≤40%） 分别占40% 、40%、20%，其中心功能障碍患者病死率达70%。因此，研究脓毒症心肌损伤的机制，并探索具有临床应用前景的治疗方案具有重要意义。目前，迷走神经在改善心肌损伤方面的作用是研究热点之一，但脓毒症心肌损伤与迷走神经的关系尚不十分清楚。本文主要对迷走神经改善脓毒症心肌损伤的机制及相关干预措施进行综述，以期为脓毒症心肌损伤的研究和治疗提供新思路。

1 迷走神經在脓毒症心肌损伤中的作用机制

脓毒症心肌损伤的基础和临床研究已60余年，目前了解的主要机制有心肌细胞内钙超载、氧自由基产生、线粒体膜脂改变、心肌能量代谢异常、循环与微循环改变、一氧化氮影响等，尤以脓毒症炎症介质所致的心肌抑制日益受到重视，而迷走神经在控制炎症方面的作用机制及治疗也逐渐被认知。

在脓毒症实验中，刺激迷走神经能抑制血清肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素1（interlerkin-1，IL-1）、 高迁移率族蛋白B1（high-mobility group box 1， HMGB1）等炎症因子释放，从而抑制全身炎症反应，减轻脓毒症心肌损伤，提高生存率，故迷走神经在控制炎症中起重要作用^[1]。在脓毒症大鼠模型中，迷走神经切断组与假手术组动物病死率分别为64.7%、34%，迷走神经切断后大鼠的血清细胞因子TNF-α、白介素6（interlerkin-6，IL-6）等升高^[2]，这也证明，迷走神经是控制炎症的调节器。

TNF-α在炎症反应早期升高，增加血管通透性、中性粒细胞黏附，诱发细胞凋亡，也可直接作用于血管内皮细胞和心肌细胞。心脏是TNF-α生成的器官之一，心肌损伤时大鼠血清TNF-α水平显著升高，且与血清心肌酶、血浆cTnT增高成正比，而与心肌收缩力及冠脉流量、左室射血分数成反比^[3]。Huston等^[4]研究发现，迷走神经刺激能降低TNF-α水平，这种效应与刺激强度呈正相关。迷走神经刺激能成倍地减少TNF-α（脾94%、肝40%、肺20%），同时也使TNF mRNA 水平明显下降^[5]。Katare等^[6]证明，迷走神经刺激和乙酰胆碱通过差异调节TNF受体表达（上调TNFR2，下调 TNFR1 ），减少心肌遭受急性缺血或缺氧损伤。

HMGB-1也是介导炎症反应的关键环节之一，其在心血管疾病的发生、发展中有不可忽视的作用，能加剧血管内皮细胞损伤和促进血管内皮细胞促炎细胞因子释放。在正常情况下，单核/巨噬细胞可低水平表达HMGB-1，但机体受到病原微生物侵袭或促炎细胞因子刺激时，单核/巨噬细胞可呈时间、剂量依赖性释放HMGB-1。HMGB-1与其受体结合，激活核转录因子kappa B （NF-κB）导致持续炎症反应，而迷走神经刺激能抑制HMGB-1，延长脓毒症小鼠的生存期，提高存活率^[7]。

另外，NF-κB在脓毒症中起核心作用，早期抑制NF-κB可减轻炎性反应，而迷走神经兴奋能抑制NF-κB。有学者发现，IL-1刺激迷走神经，经大脑中枢后，迷走神经传出纤维释放乙酰胆碱，再结合到α7nAChR，抑制巨噬细胞产生细胞因子。因此，兴奋迷走神经能显著减少TNF-α、HMGB-1、IL-1，抑制NF-κB激活，改善心功能，所以对迷走神经的研究有助于为脓毒症心肌损伤治疗寻找到新的治疗策略。2 迷走神经治疗的前景

虽然世界各国在脓毒症研究中花费大量的时间和精力，但仍难以改善脓毒症患者的预后。在临床试验中，针对单个炎症细胞因子的治疗并未取得理想的治疗效果，如通过抗TNF-α治疗心功能衰竭令人失望。另外，也有应用糖皮质激素激素、IL-10抑制炎症反应，然而，它们也能导致继发性感染和免疫细胞凋亡，增加发病率和致死率。现有抗生素或免疫调节剂治疗也不能有效降低脓毒症患者多器官损伤的发生率、病死率。这不免使人开始怀疑抑制炎症因子治疗的临床可行性，而最近迷走神经与炎症之间联系，主要是胆碱能抗炎通路（ cholinergic anti-inflammatory pathway CAP）的发现，为脓毒症的治疗带来了新的曙光。通过刺激迷走神经或以胆碱能抗炎通路中的某些特殊组成部分作为治疗标靶，均有可能抑制炎症因子的产生。因此，在脓毒症治疗策略中，探讨与脓毒症发病机制相关的自主神经系统，尤其是迷走神经居于中心地位。

迷走神经主要通过胆碱能抗炎通路起抗炎作用，在各种刺激因素下迷走神经传出冲动增加， 乙酰胆碱（acetylcholine，Ach） 大量释放，与巨噬细胞及其他类型细胞表达的α7nAChR（α7烟碱型乙酰胆碱受体）结合，抑制网状内皮系统，阻滞巨噬细胞活化， 阻止炎症因子的产生和释放，最终抑制局部及全身炎症反应。Parrish 等^[8]发现，胆碱抑制脓毒症野生型小鼠TNF-α合成， 但不能抑制α7nAChR基因敲除小鼠TNF-α合成；该实验也证实，胆碱能抑制HMGB-1释放，提高严重脓毒症大鼠的生存率。石德光等^[9]通过对不同实验处理大鼠对照研究发现，迷走神经兴奋可显著降低内毒素（liopolysaccharide，LPS）引起的心肌组织中TNF-α、髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）及血CK-MB，使心肌炎性病理改变减轻，从而起到对心功能的保护作用。而且，与体液抗炎通路比较， 直接刺激迷走神经或使用特异性α7nAChR激动剂可激活胆碱能抗炎通路，其反应时间短， 显著阻断体内的白细胞迁移，快速、直接地调节全身炎症反应，抑制生物毒素的致死效应。

3 迷走神经相关的治疗方法

3.1 电刺激迷走神经

经皮刺激迷走神经已被美国食品和药物管理局（FDA）批准用于阿尔兹海默病、顽固性抑郁症、顽固性癫痫等多种神经心理性疾病的治疗，临床应用结果显示，它安全并易被患者接受，且可通过改变刺激强度、随应用时间的延长而逐渐减弱其不良反应。此外，刺激迷走神经的强度明显低于心脏迷走神经分支的激活阈值，所以这种治疗对心率影响不明显。电刺激迷走神经，有抗心律失常效应，增加心脏去甲肾上腺素能丛的浓度和心脏血液供应，提高心室肌的伸缩力。Kakinuma等^[10]发现，心肌细胞具乙酰胆碱的合成系统，对胆碱刺激有正性调节作用。这种放大系统使迷走神经对心肌的保护作用更明显。在心肌缺血再灌注损伤后，迷走神经刺激可明显减轻局部及全身炎症反应，减少左室重构，对心肌有明显的保护作用^[11-12]。 国内研究者通过刺激内毒素兔的迷走神经，能升高平均动脉压，缓解LPS引起的低血压休克，降低TNF-α而升高抗炎细胞因子IL-10^[13]。另外有研究显示，迷走神经通过AMPK - PKC 通路减少缺氧诱导的活性氧（reactive oxygen species，ROS）、TNF-α 產生，也证明其在心脏疾病中具有潜在的应用价值^[14-15]。

3.2 生长素释放肽

生长素释放肽是一种新型的脑肠肽，主要由胃产生，它在调节垂体激素的分泌、摄食、胃肠道及心血管功能、能量平衡和免疫系统起着重要的作用，其在心血管系统中作用表现为增加心肌收缩力、提高心输出量、抑制心室重构、减少心肌缺血再灌注损伤、修复血管内皮细胞、抑制血管炎症、抑制血小板聚集等。Mao等^[16]发现，生长素释放肽抑制心脏的交感神经系统活性，减少心肌梗死患者心律失常的发生，并改善预后，这种保护作用可能是通过迷走神经传出纤维而起作用。该研究者在2013年发现，在心肌梗死的大鼠模型中，生长素释放肽基因敲除大鼠与野生型大鼠比较，2周内死于心衰的大鼠明显增多（分别为10.9%，0%）^[17]，表明其在保护心脏功能方面有重要作用。Wang等^[18]研究发现，生长素释放肽可能通过抑制NF-κB活化，改善心功能障碍、抑制细胞凋亡、抑制炎性细胞因子产生。另外，在严重脓毒症中，生长素释放肽可增加心脏收缩力和增加对血管活性药物的反应性，维持心血管稳定^[19]。然而，生长素释放肽的保护作用需要完整的迷走神经，Shimizu等^[20]发现，颈迷走神经切断后，渗透液的乙酰胆碱浓度迅速下降；迷走神经切断后使生长素释放肽对HMGB-1、TNF-α和IL-6产生的下调作用及改善器官功能障碍作用消失^[21]。

3.3 GTS-21

GTS-21即3-（2，4-dimethoxybenzylidene）-anabaseine[（3-（2，4-二甲氧基苯亚甲氧基）-新烟碱二盐酸盐）]，又名DMXBA，是选择性α7nAChR激动剂，主要被用于治疗阿尔茨海默氏症和精神分裂症患者，有良好的耐受性，没有明显的安全隐患。Kox等^[22]通过对男性志愿者予不同剂量GTS-21 ，然后注射内毒素，发现安全剂量内的高浓度GTS- 21能显著降低的TNF-α、 IL-1，但不会降低IL-10。Xiong等^[23]研究表明，7nAChR激动剂能减少血清cTnI、TNF-α 、IL-6 、HMGB-1，从而减弱心肌缺血再灌注损伤的全身炎症反应。Pavlov等^[24]研究证实，GTS-21呈剂量依赖性抑制脓毒症大鼠TNF-α、HMGB-1的释放和NF-κB激活。也有学者发现，α7-nAChR增加可能是再灌注后心肌损伤的代偿反应，这为心肌损伤的治疗提供新的信息^[25]。

3.4 胆碱及拟胆碱药物

胆碱为乙酰胆碱分解产物，给予胆碱治疗能显著提高小鼠存活率及胆碱抑制内毒素引起的炎症反应，其效果明显优于乙酰胆碱^[26]。Borovikova 等^[27]发现，乙酰胆碱能有效抑制 LPS引起的TNF-α、IL-1、IL-6、IL-18释放，而不减少抗炎细胞因子IL-10释放。有学者在内皮细胞培养中发现，乙酰胆碱和拟胆碱药物能直接抑制TNF-α诱导的内皮细胞活化，炎症局部滴注乙酰胆碱或其他胆碱能药物， 也可明显抑制炎性反应。卡巴胆碱也明显抑制促炎细胞因子TNF-α释放而对抗炎因子IL-10、皮质醇影响轻微，若能充分应用其改善炎症反应作用，并降低副反应，将具有潜在的治疗价值。烟碱（Nicotine），俗名尼古丁，是一种存在于茄科植物（茄属）中的生物碱，能阻断NF-κB，抑制TNF-α、HMGB-1释放^[28]。因此，胆碱及拟胆碱药物在改善脓毒症心肌损伤方面有重要意义。

总之，脓毒症患者存在心肌损伤，可导致心功能障碍，迷走神经刺激或α7nAChR激动剂能降低TNF-α、HMGB-1、IL-1，抑制NF-κB激活，从而减轻脓毒症心肌损伤及心功能障碍，降低脓毒症患者的病死率。针对迷走神经用药是脓毒症治疗的新策略，具有一定的前景，但是仍需要进一步研究，以评估其临床可行性和有效性。

参考文献

[1] Ulloa L. The vagus nerve and the nicotinic anti-inflammatory pathway[J]. Nat Rev Drug Discov， 2005，4（8）：673-684.

[2] Kessler W， Traeger T， Westerholt A， et al. The vagal nerve as a link between the nervous and immune system in the instance of polymicrobial sepsis[J]. Langenbecks Arch Surg， 2006，391（2）：83-87.

[16] Mao Y， Tokudome T， Otani K， et al. Ghrelin prevents incidence of malignant arrhythmia after acute myocardial infarction through vagal afferent nerves[J]. Endocrinology， 2012，153（7）：3426-3434.

[17] Mao Y， Tokudome T， Otani K， et al. Excessive sympathoactivation and deteriorated heart function after myocardial infarction in male ghrelin knockout mice[J]. Endocrinology， 2013，154（5）：1854-1863.

[18] Wang D， Wang H， Luo P， et al. Effects of ghrelin on homocysteine-induced dysfunction and inflammatory response in rat cardiac microvascular endothelial cells[J]. Cell Biol Int， 2012，36（6）：511-517.

[19] Wu R， Chaung WW， Dong W， et al. Ghrelin maintains the cardiovascular stability in severe sepsis[J]. J Surg Res， 2012，178（1）：370-377.

[20] Shimizu S， Akiyama T， Kawada T， et al. Centrally administered ghrelin activates cardiac vagal nerve in anesthetized rabbits[J]. Auton Neurosci， 2011，162（1-2）：60-65.

[21] Wu R， Dong W， Qiang X， et al. Orexigenic hormone ghrelin ameliorates gut barrier dysfunction in sepsis in rats[J]. Crit Care Med， 2009，37（8）：2421-2426.

[22] Kox M， Pompe JC， Gordinou de Gouberville MC， et al. Effects of the alpha7 nicotinic acetylcholine receptor agonist GTS-21 on the innate immune response in humans[J]. Shock， 2011，36（1）：5-11.

[23] Xiong J， Yuan YJ， Xue FS， et al. Postconditioning with alpha7nAChR agonist attenuates systemic inflammatory response to myocardial ischemia--reperfusion injury in rats[J]. Inflammation， 2012，35（4）：1357-1364.

[24] Pavlov VA， Ochani M， Yang LH， et al. Selective alpha7-nicotinic acetylcholine receptor agonist GTS-21 improves survival in murine endotoxemia and severe sepsis[J]. Crit Care Med， 2007，35（4）：1139-1144.

[25] Li DL， Liu BH， Sun L， et al. Alterations of muscarinic acetylcholine receptors-2， 4 and alpha7-nicotinic acetylcholine receptor expression after ischaemia / reperfusion in the rat isolated heart[J]. Clin Exp Pharmacol Physiol， 2010，37（12）：1114-1119.

[26] Wang H， Yu M， Ochani M， et al. Nicotinic acetylcholine receptor alpha7 subunit is an essential regulator of inflammation[J]. Nature， 2003，421（6921）：384-388.

[27] Borovikova LV， Ivanova S， Zhang M， et al. Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin[J]. Nature，2000，405（6785）：458-462.

[28] Wang H， Liao H， Ochani M， et al. Cholinergic agonists inhibit HMGB1 release and improve survival in experimental sepsis[J]. Nat Med， 2004，10（11）：1216-1221.

（收稿日期：2014-03-15）

（本文編辑：郑辛甜）

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