腦動脈瘤患者抽菸會增加動脈瘤破裂風險嗎?未破裂的顱內動脈瘤很常見,1-5%的人可能有未破裂的顱內動脈瘤。一儘管在治療方面取得了進展,動脈瘤破裂引起的蛛網膜下腔出血仍然有很高的發病率和死亡率。菸草含有7000多種不同的化學物質,包括尼古丁,菸草產品的使用與各種心腦血管疾病有關。吸菸是顱內動脈瘤破裂的獨立危險因素,目前吸菸者的破裂風險是非吸菸者的三倍。
腦動脈瘤患者抽菸會增加動脈瘤破裂風險嗎?
菸鹼乙醯膽鹼受體(nAChR)是菸鹼的生物靶標,通過乙醯膽鹼介導天然化學信號。nAChRs是神經遞質門控離子通道cys環家族的不同成員。在哺乳動物中,nAChRs由十六個遺傳上不同的跨膜蛋白亞單位的不同組合組成。每個nAChR亞型由其亞單位組合定義,這些亞型的亞型根據亞單位比例和排列進一步區分。
每種nAChR亞型或亞型在細胞類型、器官和器官區域,甚至亞細胞中有獨特的分布,以及其自身的藥理學特徵和對尼古丁和乙醯膽鹼的反應性和敏感性。血管細胞包括內皮細胞和平滑肌細胞表達含α7亞單位(α7*-nAChR)的菸鹼乙醯膽鹼受體。尼古丁與血管細胞上的α7*-nAChR的相互作用促進炎症和血管生成,對顱內動脈瘤的發展、生長和破裂很重要的生物學過程。我們假設尼古丁通過激活血管壁中的α7*-nAChR參與顱內動脈瘤的病理生理學。因此,在這項研究中,使用小鼠顱內動脈瘤模型,我們研究了尼古丁暴露對動脈瘤破裂的潛在作用以及α7*-nAChR的作用。此外,利用細胞類型特異性nAChR α7亞單位敲除小鼠,我們確定了尼古丁對動脈瘤破裂影響的細胞類型。
流行病學研究一再表明,吸菸與動脈瘤破裂(即動脈瘤性蛛網膜下腔出血)之間存在正相關。然而,潛在的機制還沒有被很好地理解,尼古丁本身相對於菸草和香菸煙霧的其他成分所起的具體作用也沒有被很好地理解。我們的數據表明,尼古丁單獨暴露會增加小鼠模型中動脈瘤破裂的發生率,這是通過激活血管平滑肌細胞α7*-nAChR發生的。這些觀察結果得到了研究的支持,研究表明α7 *-NaChR-選擇性拮抗或nAChR α7亞單位的整體敲除可消除尼古丁暴露對動脈瘤破裂的有害影響。此外,對血管平滑肌細胞有特異性的α7 KO,但在炎症細胞如巨噬細胞和粒細胞中沒有,消除了尼古丁對動脈瘤破裂的促進作用。
雖然刺激巨噬細胞和淋巴細胞的α7*-nAChR發揮抗炎作用,血管細胞α7*-nAChR已被證明介導VSMC增殖、血管生成和血管炎症。已經在細胞培養環境中廣泛研究了α7nAChRs在血管平滑肌細胞中的作用。尼古丁刺激α7*-nAChR可直接增加體外血管平滑肌細胞的遷移和增殖。此外,尼古丁與7*-nAChR的相互作用可能通過釋放細胞因子間接影響血管和炎症細胞的遷移和增殖。7*-nAChR介導尼古丁誘導血管細胞產生和釋放血管生成生長因子,包括PDGF-BB和血管內皮生長因子。PDGF-BB和血管內皮生長因子在引起平滑肌細胞增殖和持續血管生成的同時,促進炎症細胞引誘劑向血管壁的釋放。27據報導,人類破裂動脈瘤中血管內皮生長因子和VEGF腦血流蛋白的表達高於未破裂動脈瘤。炎性細胞分泌的腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-1等炎性細胞因子刺激內皮細胞和血管平滑肌細胞釋放生長因子。在我們的研究中,尼古丁治療通過7 * NaChR增加了血管內皮生長因子、PDGF B和炎症細胞因子的表達。人類和動物研究表明,持續的炎症和血管生成在顱內動脈瘤的生長和破裂中起著關鍵作用。尼古丁可能通過激活7*-nAChR直接和間接引起過度的血管重塑和炎症,從而促進動脈瘤破裂。
有趣的是,在我們的模型中,尼古丁降低了TGF-β的基因水平,但α7 *-氯化鈉拮抗劑確實阻止了尼古丁的這種作用。其他nAChR亞型,如α9*-或α4β2-nAChR可能會調節TGF-β信號。由於TGF-β可以防止病理性血管重塑,尼古丁對TGF-β的非α7*-nAChR依賴性下調可進一步破壞血管壁的穩定性,促進顱內動脈瘤的破裂。
在這項研究中,我們沒有發現尼古丁對動脈瘤形成的發生率有顯著影響。在這個模型中,動脈瘤形成被誘導,而動脈瘤破裂自發發生。當使用17.5毫單位的彈性蛋白酶時,該模型中對照小鼠的動脈瘤形成的發生率已經高達70%,因此可能難以可靠地檢測到尼古丁處理小鼠中動脈瘤發生率的進一步增加。此外,可能需要長期接觸尼古丁才能促進動脈瘤的形成。或者,動脈瘤形成的機制可能不同於動脈瘤破裂的機制。顱內動脈瘤的形成和破裂可能需要不同劑量的尼古丁或暴露時間。
不同的nAChR亞型可能有相反的效果。例如,據報導,抑制或敲除α1*-nAChR可減少主動脈斑塊的形成。據報導,α4β2-nAChR在體外具有抗炎作用。雖然其他nAChR亞型可能對顱內動脈瘤病理生理學的不同方面有所貢獻,但我們的數據表明α7*-nAChR在介導尼古丁作用的血管平滑肌細胞中起著關鍵作用。使用其他nAChR亞型特異性敲除小鼠或抑制劑的進一步研究將闡明其他NaChR在顱內動脈瘤病理生理學中的作用。
不同劑量的尼古丁可導致氯化鈉功能的激活或脫敏,並且在不同氯化鈉亞型的不同濃度範圍內如此。這項研究中使用的尼古丁劑量接近以前報告的重度吸菸者的水平。該劑量已被廣泛用於研究尼古丁在各種動物模型中的有害作用。然而,未來的研究可以調查低劑量尼古丁作為二手菸是否影響顱內動脈瘤破裂。
最後,作為研究尼古丁和α7*-nAChR在顱內動脈瘤病理生理學中的作用的第一步,我們在這項研究中只使用了雄性小鼠。我們以前的研究表明,去卵巢雌性小鼠的動脈瘤形成和破裂率高於雄性小鼠和假去卵巢雌性小鼠,表明雌激素對顱內動脈瘤形成和破裂的保護作用。在雄性、未去卵巢雌性和去卵巢雌性小鼠中,動脈瘤形成和動脈瘤破裂發生率的基線差異使得這些組的包含和比較將使實驗設計更加複雜和高度膨脹。雖然這項概念驗證研究始於使用雄性動物的實驗,但性別差異和性激素的作用應該在未來的研究中仔細檢查。
結論
這項使用小鼠顱內動脈瘤模型的研究表明,尼古丁暴露通過對血管平滑肌細胞的α7*-nAChR的作用以及通過促進持續血管生成和炎症而增加動脈瘤破裂。α7*-nAChR可作為預防顱內動脈瘤破裂的潛在治療靶點。