Mechanisms of Acute Hypoxic Vasoconstriction in Deep Femoral Artery of Rats

Abstract

관상동맥, 뇌동맥, 신동맥 등과 달리 백서 심부 대퇴동맥은 저산소 조건에서 수축(HVC)하는 것을 발견하였다. HVC가 일어나기 위해서는 교감신경 수용체(α-adrenergic receptor) 자극을 통한 부분적 사전수축이 필수적이었으며, 저산소 조건(3 % Po2)은 α-수용체 자극(PhE 투여)에 대한 혈관의 감수성을 증가시켰다. L-type 막전압의존성 Ca2+ 통로(VOCCL) 억제제인 nifedipine은 HVC를 효과적으로 억제하였다. 내피세포가 제거된 조건에서도 HVC는 나타났으나, PhE을 투여하고 NO synthase(NOS)를 억제하면 매우 강력한 수축이 일어나며, 이 상태에서 저산소 조건을 더하여도 추가 수축은 없었다. 또한 NO-의존적으로 cGMP를 생성하는 효소(soluble guanylate cyclase, sGC) 억제제인 ODQ를 PhE에 더하면 강력한 수축이 유발되었고, 저산소 조건은 HVC를 일으키지 못하였다. PhE 투여 후, NOX4 억제제인 DPI와 plumbagin을 추가하면 강력한 수축이 일어나며, 이 때 저산소 조건은 뚜렷한 이완을 유도하였다. 그러나 NOX2 억제제(apocynin), ROS scavenger, 항산화제 등은 HVC를 억제하지 못했다. 미토콘드리아 전자전달계 억제제(rotenone, antimycin A, NaCN) 및 uncoupler(CCCP)는 HVC를 차단하였으나, PhE의 수축효과 자체도 사라졌기 때문에 HVC에 특이적 효과라고 보기 어려웠다. HVC는 xanthine oxidase 억제제, achidonic acid 대사산물 억제제, PKC 억제제에 의해서도 억제되지 않았다. RhoA-dependent kinase 억제제(Y-27632, fasudil)에 의해 PhE으로 유도된 수축이 약해졌고 그에 따라 HVC도 억제되는 결과를 보였다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, HVC에서 산소분압의 변화를 감지하는 과정에서 NOX4의 역할이 중요한 것으로 보이며, NOS/sGC 신호전달의 약화가 PhE에 의한 수축반응을 크게 강화시킨 것으로 보인다. 또한, 온전한 미토콘드리아 기능과 막전압의존성칼슘통로의 활성이 HVC에 필수적이었다. 그러나 ROS scavenger 등이 별 영향을 주지 않았기 때문에 NOX4와 NOS/sGC 사이의 상호작용이 어떻게 이루어지는지는 아직 명확하지 않다. HVC현상은 전신적 허혈/저산소 조건에서 교감신경성 골격근동맥 수축반응이 강화됨으로써, 생명유지에 보다 필수적인 기관인 뇌, 심장, 콩팥의 혈류를 유지하는데 도움이 되는 생리적 기전으로 추측된다.

Deep femoral arteries(DFA) of rats show consistent hypoxic(3% Po2) vasoconstriction(HVC), which required a partial pretone induced by α-adrenergic(PhE), serotonergic, or electrophysiological(K+ channel inhibitor) stimulation. In contrast, no such HVC was observed in coronary, cerebral, and renal arteries. Nifedipine, an L-type Ca2+ channel(VOCCL) blocker, completely abolished HVC. HVC appeared to be endothelium-independent. However, both NO synthase(NOS) inhibitor(L-NAME) and soluble guanylate cyclase(sGC) inhibitor(ODQ) largely augmented the PhE-induced contraction of DFA where no further HVC was observed. Under the PhE-induced pretone condition, HVC-like contraction was induced by NOX4 inhibitor(DPI or plumbagin) where hypoxia did not induce HVC but induced prominent relaxation(HVR). However, pretreatment with NOX2 inhibitor(apocynin) or with ROS scavengers and antioxidants did not inhibit HVC. The chemical inhibitors of mitochondrial electron transport chain(rotenone, antimycin A, NaCN) or uncoupler(CCCP) inhibited HVC as well as the PhE-induced pretone, indicating a general inhibition of DFA contractility. HVC was not affected by xanthine oxidase inhibitor, metabolic inhibitors of arachidonic acid and PKC inhibitors. RhoA-dependent kinase inhibitors(Y-27632 and fasudil) suppressed HVC along with the inhibition of PhE-induced pretone. Taken together, it is suggested that NOX4 might play a critical early step mediating Po2-dependent regulations NOS/sGC signaling pathway for the HVC. A putative NOX4-dependent hypoxic inhibition of NOS/sGC might have strongly augmented the PhE-induced contraction of DFA. Also, functionally intact mitochondria and L-type Ca2+ channels are indispensible for the HVC. Since ROS scavengers did not inhibit HVC, the hypothetical interaction between NOX4 and NOS/sGC remains elusive. The HVC of skeletal arteries might have a physiological implication for matching the imbalance between the cardiac output and the skeletal blood flow under severe exercise or emergent hypoxia combined with increased sympathetic tone.