盐敏感性高血压通过神经血管代谢重编程和局部RAS信号通路诱导神经元线粒体应激与神经退行性变

《Journal of Neuroinflammation》：Salt-sensitive hypertension promotes neuronal mitochondrial stress and neurodegenerative alterations via neuro-vascular metabolic reprogramming and local RAS signaling

　　本研究针对高血压如何增加认知障碍和阿尔茨海默病(AD)风险的科学问题，通过多组学技术揭示了盐敏感性高血压(DOCA-salt)通过下调内皮细胞葡萄糖转运体1(GluT1)引发神经血管单元代谢重编程，激活局部肾素-血管紧张素系统(RAS)信号通路，导致神经元线粒体功能紊乱、tau蛋白异常磷酸化(p-Tau)和认知功能障碍。研究发现神经元特异性敲除AT1aR可逆转上述病理改变，而直接降压治疗无效，提示脑内RAS激活而非血压升高本身是驱动神经退行性变的关键机制，为高血压相关认知障碍的防治提供了新靶点。

　　

当我们谈论高血压时，大多数人首先想到的是心血管疾病风险，但越来越多的证据表明，这种"沉默的杀手"同样对大脑健康构成严重威胁。高血压已被确认为年龄相关性认知障碍和阿尔茨海默病(AD)的重要危险因素，但其具体机制一直不甚明确。传统观点认为高血压主要通过损害脑血管结构和功能来影响认知，但在这项发表于《Journal of Neuroinflammation》的研究中，吴寒雪等研究人员揭示了更为复杂的机制——高血压能够直接引发脑细胞能量代谢紊乱，进而驱动神经退行性病变。

高血压对大脑的影响远不止于血管。大脑作为高能耗器官，持续消耗大量葡萄糖和氧气。当高血压损害脑血管反应性时，脑细胞的能量供应可能受到影响。然而，在轻度高血压且无明显脑血管病变的情况下，高血压是否以及如何诱导神经血管单元代谢重编程尚不清楚。这项研究通过多组学分析技术，深入探讨了盐敏感性高血压对大脑皮层能量代谢的影响及其与神经退行性变的关联。

研究人员采用多种关键技术方法开展本研究。他们首先通过静息态功能磁共振成像(fMRI)分析高血压患者和健康对照组的脑血流(CBF)和血氧水平依赖(BOLD)信号耦合关系；建立DOCA-salt盐敏感性高血压小鼠模型，并设置神经元AT1aR敲除(AT1N)组进行比较；利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析皮层内皮细胞和星形胶质细胞的转录组变化；通过非靶向脂质组学分析前额叶皮层(PFC)脂质代谢谱；采用4D定量琥珀酰化蛋白质组学技术检测蛋白质翻译后修饰；通过免疫荧光、电镜和Western blot等技术进行形态学和分子验证；使用神经元细胞系(CATH.a)进行体外血管紧张素II(ang II)干预实验。

患者与小鼠模型中的脑血管功能异常

研究团队首先在人类受试者中发现，伴有高血压和肾脏疾病的认知障碍患者虽然维持了正常的脑血流，但其BOLD信号在多个脑区显著降低，表明代谢需求与氧摄取之间存在解耦现象。这种异常在皮层区域尤为明显，而在海马区未观察到类似变化，提示高血压相关的代谢异常具有区域特异性。

在DOCA-salt高血压小鼠模型中，研究人员观察到类似的脑血管功能异常。尽管基线脑血流未受影响，但由神经元激活触发的功能性充血反应(神经血管耦合)显著减弱，类似于AD模型小鼠(J20)的表现。这表明高血压确实损害了大脑微血管的反应能力，可能影响脑细胞的能量供应。

高血压诱导内皮细胞和星形胶质细胞代谢重编程

通过单细胞RNA测序分析，研究人员发现高血压小鼠皮层内皮细胞出现了显著的代谢重编程。具体表现为葡萄糖转运体1(Slc2a1/GluT1)表达显著下调，同时胆固醇稳态、Kras信号通路和糖酵解等相关通路被激活。内皮细胞作为血脑屏障的主要组成部分，其葡萄糖摄取能力下降可能直接影响脑细胞的能量供应。

星形胶质细胞作为神经血管单元的重要组成成分，也表现出明显的代谢改变。研究人员将星形胶质细胞分为5个亚群，发现其中A0和A1亚群(占大多数)的葡萄糖转运体4(Slc2a4/GluT4)表达上调，而Foxo1表达下调。功能富集分析显示这些差异表达基因主要与缺氧反应、葡萄糖稳态和磷脂代谢相关。形态学分析进一步证实，高血压小鼠的星形胶质细胞面积减小、突起变短、分支密度降低，表明其支持神经元能量代谢的能力受损。

皮层脂质代谢紊乱与能量危机

脂质组学分析揭示了高血压小鼠前额叶皮层显著的脂质代谢重构。多种游离脂肪酸(FFA)含量显著增加，而甘油三酯(TAG)、二酰基甘油(DAG)以及多种磷脂(PC、PE、PS、PI)含量明显减少。这种脂质谱变化表明膜磷脂代谢发生重排，并伴有游离脂肪酸积累。

KEGG通路富集分析显示，这些变化主要富集于甘油磷脂代谢、不饱和脂肪酸生物合成和GP_I-锚定生物合成等通路。由于甘油磷脂(特别是TAG)是糖异生的重要能量储存来源，其减少提示高血压状态下大脑皮层存在能量危机。

蛋白质组学分析进一步支持了这一发现，差异表达蛋白质主要富集于细胞结构动力学、表观遗传调控和脂质代谢紊乱等相关通路。基因集富集分析(GSEA)显示氧化磷酸化和脂肪生成通路显著上调，表明线粒体能量代谢活性和脂质代谢增强。

神经退行性变与线粒体应激

形态学分析显示，高血压小鼠前额叶皮层神经元树突棘数量减少，脂滴积累增加，同时磷酸化tau蛋白(p-Tau/AT8)表达上调。透射电镜观察发现神经元线粒体出现空泡、形态拉长和膜结构破损等损伤特征。

Western blot分析显示，线粒体细胞色素c(Cyto C)表达减少，而胞质中NADH脱氢酶Fe-S蛋白1(NDUFS1)表达增加，提示线粒体膜通透性改变和电子传递链功能障碍。这些改变与tau蛋白异常磷酸化和泛赖氨酸琥珀酰化(SL)水平升高密切相关。

值得注意的是，这些变化在前额叶皮层显著，而在海马区未观察到类似现象，进一步证实高血压诱导的代谢重编程具有脑区特异性。

琥珀酰化修饰揭示线粒体能量代谢异常

通过4D定量琥珀酰化蛋白质组学分析，研究人员发现高血压小鼠前额叶皮层琥珀酰化修饰的蛋白质数量和位点均显著增加。亚细胞定位分析显示这些琥珀酰化蛋白主要位于线粒体，功能上富集于糖异生相关代谢通路、三羧酸循环(TCA)、氨基酸降解、脂肪酸代谢、氧化磷酸化和ATP合成等能量代谢过程。

所有上调的琥珀酰化蛋白还参与核苷酸代谢、细胞囊泡功能以及多种神经退行性疾病通路，特别是阿尔茨海默病。免疫荧光共定位分析证实，大多数泛琥珀酰化信号与神经元标记物(tau和p-Tau)共定位，表明高血压相关的琥珀酰化主要发生在神经元中。研究人员还在小鼠脑组织和患者脑脊液样本中验证了tau蛋白的琥珀酰化修饰。

血管紧张素II/AT₁R信号增强神经元能量代谢

研究发现，在DOCA-salt高血压模型中，大多数星形胶质细胞亚群中血管紧张素原(Agt)表达显著上调，而神经元中AT1aR(Agtr1a)表达也增加。体外实验表明，血管紧张素II(ang II)能够通过AT1R信号通路增强神经元能量代谢。

在CATH.a神经元细胞中，ang II刺激显著升高线粒体膜电位(MMP)，促进ATP生物合成。无论是细胞内还是细胞外ATP水平均明显增加，而选择性AT1R阻断剂氯沙坦(losartan)能够阻断ang II的效应。这表明ang II/AT1R信号通路确实能够增强神经元线粒体氧化磷酸化和ATP合成。

神经元AT1aR敲除改善代谢应激和认知障碍

通过神经元特异性AT1aR敲除(AT1N)小鼠，研究人员验证了该信号通路在高血压相关神经退行性变中的关键作用。与对照组相比，AT1N小鼠在DOCA-salt处理后未出现认知功能障碍，其新颖物体识别(NOR)偏好、筑巢行为评分和巴恩斯迷宫表现均保持正常。

在分子水平上，AT1N小鼠未出现DOCA-salt诱导的泛琥珀酰化水平升高和p-Tau积累。神经元功能标志物脑源性神经营养因子(Bdnf)、磷脂酰肌醇4-激酶IIIβ(Pi4k3b)和核因子E2相关因子2(Nrf2)的表达得以维持。此外，皮层乙酰胆碱(ACh)水平下降和星形胶质细胞形态异常在AT1N小鼠中也得到显著改善。

代谢重编程依赖于局部RAS激活而非高血压本身

为区分高血压本身和RAS激活的各自贡献，研究人员比较了不同高血压模型的影响。去甲肾上腺素(NE)和L-NAME诱导的高血压虽然升高血压，但仅L-NAME引起认知障碍和血管反应性异常，而两种模型均未引起琥珀酰化水平升高。

更重要的是，直接抗高血压药物肼屈嗪(hydralazine)虽然有效降低了DOCA-salt小鼠的血压，但未能改善其认知功能障碍、血管反应性异常、琥珀酰化水平升高和p-Tau积累。这些结果表明，DOCA-salt高血压诱导的神经代谢重编程和退行性变主要依赖于脑内RAS系统的激活，而非血压升高本身。

研究结论与意义

本研究通过多组学技术系统揭示了盐敏感性高血压通过神经血管代谢重编程和局部RAS信号通路诱导神经元线粒体应激和神经退行性变的完整机制。研究发现，高血压首先引起脑血管内皮细胞葡萄糖摄取能力下降(GluT1下调)，导致神经血管单元能量供应不足。作为代偿，星形胶质细胞和神经元启动代谢重编程，增强脂质代谢、糖异生和氧化磷酸化以满足能量需求。

尤为重要的是，脑内局部RAS系统激活在这一过程中发挥关键作用。血管紧张素II通过神经元AT1R信号增强能量代谢，进一步加剧线粒体应激，导致蛋白质琥珀酰化修饰异常和tau蛋白磷酸化积累，最终引发认知功能障碍。神经元特异性敲除AT1aR可有效阻断这一病理过程，而单纯降低血压则效果有限。

这项研究的意义在于：首先，它阐明了高血压与神经退行性疾病之间的新型机制联系，超越了传统的脑血管病理视角；其次，确定了脑内RAS系统，特别是神经元AT1R信号，作为高血压相关认知障碍的关键分子靶点；第三，提出了蛋白质琥珀酰化修饰作为高血压脑损伤的潜在生物标志物；最后，为开发针对高血压相关认知障碍的精准防治策略提供了理论依据，提示针对脑内RAS的干预可能比单纯降压更具保护作用。

该研究的发现不仅深化了我们对高血压脑损伤机制的理解，也为预防和治疗高血压相关认知障碍提供了新的思路和靶点，具有重要的临床转化价值。