慢性肾脏病（CKD）和心力衰竭（HF）非常普遍，相互加重，并增加患者死亡风险。CKD和HF极大地增加了当前的疾病负担。这两种疾病在老年人和高血压、糖尿病或其他心血管疾病风险人群中的发病率增加。临床观察显示其中一种疾病的存在加速另一种疾病的进展，表明肾脏和心脏之间存在重要的病理生理联系。研究人员提出“心肾综合征”的概念，包含这一重要的相互作用，但其潜在机制仍知之甚少。前人研究表明CKD或HF的进展与血液动力学和神经体液机制有关，而近期综述表明神经连接在心肾综合征中发挥重要作用。尽管交感神经系统（SNS）的过度激活可以补偿心血管损伤，但随着时间的推移，这会导致心脏功能障碍和无法维持心输出量。肾脏对于调节中枢交感神经流出很重要，具有丰富的感觉（传入）神经，课题组前期研究表明这些神经在CKD大鼠模型中驱动传出交感神经的反射性激活，进而加速肾纤维化的进展。HF中的近期研究显示选择性阻断肾传入神经降低腰椎SNS活性，而同时阻断肾传入神经和交感传出神经降低心脏SNS活性并改善心脏功能。这些发现表明，肾脏感觉（传入）神经将信息传递给中枢神经系统以调节交感神经向心脏和肾脏的流出。动物研究表明刺激肾传入神经，脑干和前脑中许多区域被激活。然而，响应肾传入神经，并控制交感神经流出的确切中枢通路还不清楚，这条中枢通路激活的机制仍有待阐明。

2023年5月12日，南方医科大学南方医院肾内科侯凡凡院士（主任医师）在Signal Transduction and Targeted Therapy在线发表题为“A kidney-brain neural circuit drives progressive kidney damage and heart failure”研究论文，本文中，研究人员结合病毒示踪和光遗传学技术鉴定了一条多突触中枢通路：肾传入神经投射到穹窿下器（SFO），SFO投射到室旁核（PVN），PVN投射到延髓头端腹外侧（RVLM），进而调节交感神经流出。这条肾脑神经回路在CKD或HF小鼠模型中被过度激活，随后增强对肾脏和心脏的交感神经放电。于是，研究人员发现通过肾去传入神经、选择性缺失SFO中血管紧张素II（Ang II）1a型受体（AT1a）或光遗传学沉默肾脏-SFO或SFO-PVN投射的方式阻断通路，减少了交感神经放电，从而减轻了CKD和HF模型中肾脏和心脏的结构损伤和功能障碍。因此，肾传入神经激活了CKD和HF中的肾-脑神经回路，进而驱动交感神经系统，加速两器官（肾脏和心脏）的疾病进展。这些结果证明了肾传入神经及其中枢连接在生理和疾病状态下参与心肾相互作用中的关键作用。提示了靶向这条肾脑神经回路的干预措施可能是CKD或HF的新疗法。

据报道，92%的肾传入神经与大脑没有直接连接，作者利用组合病毒方法探究肾传入神经的中枢连接。研究人员首先利用顺行跨单突触腺相关病毒AAV2/1-hSyn-CRE感染小鼠肾脏，从而将cre重组酶顺行运输到脊髓T9-T11段感觉背角。这是肾传入神经输入大脑的第一个中转站。接下来，将cre依赖表达mGFP和synaptophysin（突触前定位标记，sysn）-mRuby的AAV（AAV2/9-hSyn-DIO-mGFP-T2A-sysn-mRuby）注射到T9-T11段背角，以特异性标记接受肾脏直接输入的背角神经元轴突突触前末梢。结果在SFO中发现这些背角神经元的大量突触前末梢。这些结果提供了直接证据表明肾传入神经亚群与背角神经元形成突触连接，这些背角神经元又投射到SFO。相比之下，单独向背角注射AAV2/9-hSyn-DIO-mGFP-T2A-sysn-mRuby后，在背角未观察到标记神经元。此外，双侧肾去神经的正常小鼠脑区中未发现标记的末梢。因此，神经元标记不能归因于病毒泄漏进入循环和非特异性感染。

为确定受肾脊髓传入神经支配的SFO神经元的投射靶点，雄性小鼠T9-T11背根进入区感染AAV2/1-hSyn-CRE，同时SFO注射AAV2/9-hSyn-DIO-mGFP-T2A-sysn-mRuby，结果显示，在PVN中发现了这些SFO神经元的大量突触前末梢。因此，接受肾脊髓传入神经输入的SFO神经元投射至PVN。相比之下，单独向SFO注射AAV2/9-hSyn-DIO-mGFP-T2A-sysn-mRuby后，在SFO未观察到标记神经元。由于研究表明PVN可以投射到RVLM，作者采用了一种基于改良狂犬病毒（RV）的跨突触追踪方法来确定投射RVLM的PVN神经元是否接受来自SFO的直接神经支配。首先，PVN神经元感染RV复制所需的辅助病毒。然后，将RV-ENVA-ΔG-DsRed注入RVLM以逆行感染Helper+投射RVLM的PVN神经元。PVN中的双重感染神经元产生传染性RV-DsRed，进而逆行跨一级突触感染SFO神经元。结果显示，在SFO中观察到一群RV-DsRed逆行标记的神经元。提示SFO神经元直接支配PVN-RVLM通路。综上所述，SFO-PVN-RVLM形成了一条特殊的多突触中枢通路，在小鼠中将肾传入神经与交感神经流出中枢相连。

研究人员为评估病理状态下中枢通路的活性，通过肾脏缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）、心肌IRI分别构建CKD和HF的实验模型，肾脏IRI后6周观察到肾纤维化增加；心肌IRI后6周观察到左心室射血分数（LVEF）减少和左心室扩张增强（左心室收缩末期内径LVDs增加）。随后，研究人员通过选择性肾去传入神经（capsaicin，Cap，辣椒素溶液处理后肾脏中传入神经特异性标志物降钙素基因相关肽CGRP表达下调）或手术剥除肾神经（kidney denervation，KDN，肾去神经后肾脏去甲肾上.腺素含量降低至约正常肾脏中10%）的方式阻断交感神经通路，这两种方式都减轻了CKD模型肾脏纤维化、改善了HF模型心脏功能障碍（LVEF增加、LVDs减小）。特别是，CKD模型中肾去传入神经使肾纤维化减少了67%，HF模型中肾去传入神经使LVEF增加60%。

进一步作者利用病毒技术标记中枢通路，由于只有谷氨酸能SFO神经元投射到PVN，这些SFO神经元通过PVN注射逆行运输病毒（AAV2/retro-CaMKIIα-EGFP）被标记，而投射到RVLM的PVN神经元通过RVLM注射逆行示踪剂CTb-488被标记，结果显示投射到PVN的SFO神经元与投射到RVLM的PVN神经元在肾和心肌IRI模型中均被强烈激活。此外，在CKD和HF两种小鼠模型的RVLM中观察到控制脊髓交感神经活动的酪氨酸羟化酶（TH）阳性前交感神经元（交感神经节前神经元）的激活。

为测试激活CKD或HF中SFO-PVN-RVLM通路和交感神经流出是否需要肾传入神经信号，在肾脏和心肌IRI模型中进行选择性肾去传入神经，结果表示，肾去传入神经显著降低了肾脏或心肌IRI诱导的兴奋效应（激活的神经元减少）。此外，研究人员利用光遗传学沉默（eNpHR3.0，黄光驱动的质子泵）两个模型中的肾-SFO投射，同时记录肾脏或心脏交感神经活动（SNA）。首先，通过肾脏注射AAV2/1-hSyn-CRE（顺行跨单突触示踪）标记接受肾输入的背角神经元，T9-T11段背角注射AAV2/9-EF1α-DIO-eNpHR3.0-EYFP。接受肾直接输入的背角神经元EYFP阳性末梢集中分布在SFO中，随后在SFO中这些神经元末梢上埋植光纤，给予黄光照射，显著减少了心肌和肾脏IRI模型中的交感神经放电。而肾去传入神经消除了交感神经对光遗传学沉默的响应。综上所述，这些结果证明CKD或HF中SFO-PVN-RVLM通路和交感神经流出对肾传入神经的依赖。

研究表明啮齿动物中血管紧张素II（Ang II）1a型受体（AT1a）和1b型受体（AT1b）在SFO中强表达，证明SFO是Ang II向神经信号转导的主要位点。于是，研究人员发现心肌和肾脏IRI小鼠SFO激活神经元（c-fos标记）中血管紧张素原（AGT，可裂解成3条链：血管紧张素-1、血管紧张素-2和血管紧张素-3）和Ang II的表达上调。但肾脏和心脏损伤的小鼠SFO中AT1a的mRNA表达和血浆中Ang II的水平没有变化。重要的是，心肌和肾脏IRI小鼠中肾去传入神经（Cap组），显著降低了SFO中AGT和Ang II的实验性上调。为探讨肾传入信号如何触发HF和CKD中局部RAS的激活，已知CRTC1是AGT核转录因子CREB调控的转录共激活因子1，活化CRTC1与磷酸化CREB结合。于是研究人员通过检测CRTC1的去磷酸化测定SFO中AGT基因的转录水平。结果显示肾脏和心脏模型SFO中CRTC1的去磷酸化、CRTC1与磷酸化CREB的结合明显增加，但被肾去传入神经阻碍。

为确定RAS激活在触发SFO-PVN-RVLM通路中的作用， AT1a^fl/fl小鼠SFO中注射AAV2/9-hSyn-CRE特异性敲除SFO中AT1a。SFO中AT1a表达通过原位杂交和实时PCR测定，结果发现AT1a基因缺失小鼠仅SFO中AT1a mRNA几乎没有，附近核团中AT1a mRNA正常。在心肌或肾脏IRI模型中删除SFO中的AT1a减少了投射到PVN的SFO神经元、投射到RVLM的PVN神经元和RVLM中TH阳性神经元的激活。

 

此外，作者探究光遗传学抑制向PVN投射的SFO神经元的影响，将AAV2/retro-CaMKIIα-eNpHR 3.0-EYFP注射到CKD或HF小鼠PVN中，表达eNpHR3.0的SFO神经元胞体给予黄光刺激，结果提示投射到PVN的SFO神经元的光遗传学沉默明显降低了心肌或肾脏IRI小鼠的交感神经流出，而SFO中删除AT1a去除了交感神经对光遗传学沉默的响应。与此一致的是，SFO中AT1a的缺失减轻了HF和CKD两种模型中器官纤维化以及功能障碍。具体而言，CKD模型中SFO中AT1a的缺失使肾纤维化减少了71%，肾小球滤过率（GFR）提高了53%，HF模型中SFO中AT1a的缺失使LVEF增加了66%。因此，在心肌和肾脏IRI小鼠模型中，需要肾传入神经激活SFO中局部RAS来驱动中枢神经通路。

本文证明了一条多突触中枢通路SFO-PVN-RVLM，该通路由肾传入神经驱动，其功能取决于SFO中的RAS活性，当肾去传入神经或SFO中选择性缺失AT1a，交感神经放电减少，进而减轻实验诱导的CKD或HF小鼠心脏和肾脏的结构异常和功能障碍。这些发现在生理和病理环境中提供了肾脏和心脏之间的新联系，为肾传入神经如何驱动心肾综合征的机制提供了新理解，也为开发靶向肾-脑神经回路的新疗法开辟了进一步的研究途径。

通讯作者介绍：

侯凡凡，教授，主任医师，博士生导师；中国科学院院士、南方医科大学南方医院肾内科主任，获国家科技进步二等奖两项、省部级科技进步一等奖四项等荣誉，2009年被评为中国科学院院士。擅长慢性肾脏病的防治。

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