谷氨酸离子型受体信号通路对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征颈动脉体可塑性作用机制的研究

Patients with obstructive sleep apnea (OSA) experience repetitive obstructions of the upper airway that produce nocturnal cyclic intermittent hypoxia (CIH). Evidence suggests that the intermittent hypoxia leads to daytime increases in arterial pressure by producing sustained activation of the sympathetic nervous system that is, in turn, caused by persistently enhanced peripheral chemosensitivity. But the mechanism of this CIH induced chemoreflex plasticity is undefined. Our preliminary data suggest that the molecular machinery for glutamatergic signaling exists in the carotid body and CIH exposure alters expression of these glutamatergic signaling constituents. Based on these findings, we propose two hypotheses: 1) glutamatergic ionotropic signals occur in the peripheral chemoreceptor. Furthermore, we speculate that: 2) CIH exposure alters glutamatergic signaling transduction strength in the carotid body. Thus, we propose that glutamatergic signaling is, at least in part, responsible for CIH induced plasticity of the chemoreflex. To begin to test these hypotheses, we will first investigate the expression of a variety of glutamatergic synaptic signaling molecules in the carotid body, allowing us to further analyze how CIH exposure regulates the expression of these molecules. Then, we will characterize glutamatergic synaptic structures in the carotid body and assess whether or not CIH changes glutamatergic synapse plasticity in morphological level. Finally, we will perform electrophysiological studies to clarify the effect of glutamatergic signaling on CIH-induced carotid sinus never neurotransmission plasticity.

阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者表现为睡眠中反复发作的上气道阻塞，伴有周期性的动脉血压和血氧饱和度波动，造成循环间歇低氧（CIH）。研究表明，CIH诱发颈动脉体敏感性增强，增强OSA患者交感神经活性，导致动脉血压增加。但其机制尚不清楚。我们发现，颈动脉体表达多个谷氨酸能通路信号分子，其中CIH诱发离子型受体高表达。据此，本研究目的是阐明颈动脉体存在功能性谷氨酸能离子型受体信号通路，是CIH引起的颈动脉体可塑性的重要神经化学基础, 从而为深入探讨OSA引起高血压的机制研究提供一崭新的平台。为此，将首先从分子生物学水平阐明颈动脉体表达多种谷氨酸能信号分子及CIH对其表达水平及功能的调控。其次，从超微形态学水平阐明劲动脉体存在谷氨酸能突触及CIH对突触形态可塑性及谷氨酸受体胞膜分布的影响，最后从电生理功能学水平阐明谷氨酸能信号通路在CIH大鼠颈动脉窦神经传递可塑性中的作用。

阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）患者常继发高血压，其机制与OSA引起的循环间歇低氧（CIH）通过调控颈动脉体可塑性，导致交感神经活性增强相关，然而CIH调控颈动脉体可塑性的机制尚未阐明。前期我们发现颈动脉体表达多个谷氨酸能信号分子，但其在颈动脉体的功能尚不清楚。本研究目的在于通过分子生物学及电生理学手段，检测离子型谷氨酸能信号分子在CIH调控颈动脉体可塑性中的作用及其可能机制。本课题发现，1）人和大鼠表达多个离子型谷氨酸受体亚型、谷氨酸转运体和膜相关性鸟苷酸激酶家族（MAGUK）成员。CIH增加大鼠颈动脉体NR1、GluR1和EAAT3表达水平、减少VGluT3和EAAT2的表达量，不影响所检测MAGUK成员表达水平。2）CIH 2周导致颈动脉体ROS产生增加，代偿性引起PGC-1α表达升高，从而使BACE1水平下降，引起可逆性颈动脉体内神经末梢空泡样脱髓鞘改变。3）NMDA受体拮抗剂和AMPA受体拮抗剂，呈浓度依赖性抑制对照组大鼠窦神经低氧应答。与对照组大鼠比，CIH模型大鼠需要更高浓度的NMDA受体拮抗剂和AMPA受体拮抗剂来抑制大鼠窦神经低氧应答。这可能是由于CIH诱导了颈动脉体谷氨酸离子型受体的可塑性，使NR1和GluR1受体表达量增加或者使更多的谷氨酸离子型受体分布到细胞膜上发挥兴奋作用，使得低浓度的拮抗剂不足以抑制谷氨酸激活其离子型受体引起的窦神经放电频率增加。上述工作提示，谷氨酸离子能信号通路参与颈动脉体低氧应答反应以及CIH所致颈动脉体可塑性。另外本研究还发现颈动脉体也表达多个代谢型谷氨酸受体，CIH可能通过mGluR5信号通路参与调节颈动脉体可塑性，该结果为全面理解谷氨酸能信号通路在CIH引起的颈动脉体可塑性中的作用提供了分子基础。总之，我们的结果将有助于加深理解CIH诱导颈动脉体可塑性的机制，也为OSA患者高血压的诊疗提供新的理论基础依据，有助于指导临床用药。