有氧运动通过“脑-心”轴抑制交感神经过度激活改善心肌梗死小鼠心功能

目的:探讨有氧运动改善心肌梗死小鼠心功能的中枢机制。方法:C57BL/6J小鼠随机分为假手术组(Sham)、心肌梗死组(MI)、心肌梗死运动组(ME),每组12只;光遗传激活组(ChR2)、光遗传抑制组(eNpHR3.0),每组6只;心肌梗死对照组(MI+Dio)、心肌梗死+初级运动皮层(primary motor cortex,M1)区神经元消融组(MI+taCasp3),每组6只。采用左冠状动脉前降支结扎术制备心肌梗死模型,术后1周对ME组进行6周有氧运动干预。心脏注射伪狂犬病病毒(pseudorabies virus,PRV)逆行跨多突触标记,以解析中枢与心脏的神经通路。通过光遗传激活或抑制初级运动皮层M1区谷氨酸(Glutamate,Glu)能神经元,以及神经元消融技术沉默初级运动皮层M1区Glu能神经元,探究初级运动皮层M1区Glu能神经元对心脏交感神经活动的影响。采用Masson和苏木精-伊红染色评估心脏结构病理变化,心电图检测心率变异性,心动超声评定心功能,试剂盒检测血清去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)含量。利用Western blot和免疫荧光检测心脏的交感神经标记物酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase,TH)、神经生长因子(neu‐rotrophic factor,NGF)、生长相关蛋白43(growth-associated protein 43,GAP43)的表达,以及M1区神经元裂解型半胱氨酸蛋白酶-3(c-Caspase3)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin 6,IL-6)蛋白表达。采用尼氏染色和微管关联蛋白2(microtubule associated protein 2,MAP-2)免疫荧光染色评估神经元损伤。利用电镜观察初级运动皮层M1区神经元超微结构。结果:左心室注射PRV 5.5天后在正常小鼠初级运动皮层M1区第五层(L5)观察到大量被标记的神经元。光遗传激活或抑制初级运动皮层M1区Glu能神经元,显著升高或降低心率变异性指标低频和高频功率比值(LF/HF)。与MI+Dio组比较,MI+taCsap3组血清NE含量、LF/HF功率比值以及心肌梗死边缘区TH、GAP43和NGF表达显著降低。与Sham组比较,MI组初级运动皮层M1区神经元MAP-2表达降低,Nissl小体密度降低,线粒体出现肿胀、分裂,嵴溶解等超微结构病理改变,c-Caspase3表达显著增加,TNF-α和IL-6表达增加,而有氧运动干预显著逆转该变化。与Sham组比较,MI组LF/HF功率比值显著升高,心肌NGF和TH分布面积、密度以及心肌胶原纤维显著增加,心功能降低,有氧运动干预显著逆转该变化。结论:由于支配心脏活动的神经元链与大脑初级运动皮层M1区Glu能神经元存在投射,抑制大脑初级运动皮层M1区Glu能神经元活动,显著改善心肌梗死后交感神经过度激活和心脏恶性重构。有氧运动可显著改善心肌梗死后大脑初级运动皮层M1区神经元损伤,抑制心交感神经恶性重构,改善心功能。提示,聚焦大脑初级运动皮层M1区神经调控与心脏保护,可能为未来研究无创治疗或预防心肌缺血损伤提供新的思路。