心肺复苏新策略——迷走神经电刺激在复苏中的应用及其机制研究

It is very important to find a new method to improve the outcomes of cardiopulmonary resuscitation (CPR) in clinic. Vagus nerve stimulation (VNS) has been proved to be a safe and effective treatment for epilepsy seizures. Recently many evidences have demonstrated that VNS might be protective against acute cerebral and cardiac ischemia reperfusion (I/R) injury by suppressing inflammation via ‘‘cholinergic anti-inflammatory pathway’’(CAP) dependent on a7nAchR. Post-resuscitation syndrome is a complex state characterized by global I/R injury and systemic inflammatory response. It has been shown that CPR causes a dysregulation of CAP and engenders large increases in neuroinflammation and neuronal damage, indicating that CAP might play an important role during CPR. Although there is much information about the role of the VNS in I/R injury, the extent of available data in CPR is limited. In the previous study, we demonstrated for the first time that VNS could improve the survival after CPR in a rat model and attenuate the cardiac and cerebral injury, indicating that VNS could be an alternative therapeutic strategy for CPR treatments with a neural interface approach. In the present study, we will investigate the stimulation parameters, the timing of VNS initiation and the mode of VNS application for obtaining optimal outcomes after CPR in a rat CPR model. In addition, we will study the mechanisms of VNS applied to CPR, especially the crossing talk between the CAP via α7nAChR activated by VNS and the inflammation pathway via TLR4 activated by CPR in vitro research. Our study may help lay a foundation for the application of VNS to treat CPR in clinic in the future.

寻找新的治疗策略以切实有效提高心肺复苏（CPR）预后一直是临床迫切需要解决的问题。迷走神经电刺激（VNS）是临床上一种成熟可靠的治疗癫痫的新方法。新近研究证实VNS还可以通过激活α7nAChR介导的胆碱能抗炎通路（CAP）治疗心脑等缺血再灌注损伤（I/R）。CPR关键的病理生理机制是全身I/R损伤，而最新研究提示CAP在CPR后小鼠体内受到抑制，提示VNS有可能作为一种新方法通过激活CAP改善CPR预后。申请人在美国学习期间首次将VNS引入CPR研究领域，初步证实VNS可以显著提高大鼠复苏后生存率。本课题将进一步探索VNS的最佳作用模式，并从中枢神经调控炎症免疫这一新视角出发探讨VNS在CPR中的作用机制——VNS激活的α7nAChR神经免疫调节通路和CPR激活的TLR4炎症免疫通路之间的交叉对话机制。本项研究将为VNS这种复苏新方法今后转化应用于临床奠定理论基础。

本课题组在体内实验方面，首先构建小动物心脏骤停心肺复苏（CA/CPR）模型，在此模型基础上详细观察了不同条件下迷走神经电刺激（VNS）作用于CPR大鼠后72小时的疗效，结果发现VNS应用的适宜时机窗为自主循环恢复（ROSC）后即刻至半小时，最佳的刺激参数为1.2ms、4Hz、6V，作用方式经左侧或右侧VNS疗效无差别。其次，通过腹腔注射α7nAChR激动剂及拮抗剂，结果发现给予VNS与给予α7nAChR激动剂后的疗效类似，均在一定程度上抑制了复苏后小胶质细胞的激活和神经元的死亡，有一定的脑保护作用。而给予MLA（α7nAChR拮抗剂）则在一定程度上逆转了此作用，提示α7nAChR的激活表达可能是减轻CPR后缺血再灌注炎性损伤的重要参与部分。利用体外模仿缺血再灌注（I/R）模型，课题组进一步阐明作用机制。我们发现加入尼古丁（α7nAChR激动剂）干预后，尼古丁能够通过活化小胶质细胞表面α7nAchR，从而激活胆碱能抗炎通路抑制TNF-α等炎性因子表达，同时还能下调TLR4的表达，且磷酸化STAT3表达上调，提示尼古丁激活α7nAchR是通过JAK/STAT3信号通路发挥抗炎作用，而MLA则可以阻断尼古丁这些作用，证实了激活的α7nAchR抗炎通路与TLR4介导的炎症免疫通路之间存在交叉对话，其交叉靶点为NF-kB，后采取AG490（JAK2拮抗剂）干预尼古丁激活的α7nAchR信号通路，发现AG490可以阻断尼古丁诱导的TNF-α含量下调以及逆转尼古丁下调TLR4的作用，但是α7nAchR本身的表达并不受影响，进一步明确了α7nAChR激活后是通过JAK2/STAT3信号通路发挥抗炎和干预TLR4表达的作用。最后，我们还开展VNS的另外一种方式——电针通过激活胆碱能抗炎通路提高CPR后大鼠生存率的机制研究，验证了激活胆碱能抗炎通路的新方法——超声治疗可以无创有效提高大鼠CPR后复苏生存率，其作用机制与α7nAChR介导的胆碱能抗炎通路的激活，进而拮抗CPR后I/R诱导的炎症免疫损伤密切相关。我们也探讨了药物血脂康对大鼠CPR后的作用，阐明其通过抑制TLR4 /NF-κB信号通路发挥的脑保护作用。这一系列研究充分证实了胆碱能抗炎通路和炎症免疫通路在心肺复苏中的重要作用，为进一步探讨如何提高复苏后生存率奠定理论基础。