分別從臨床與細(xì)胞水平看睡眠障礙與腦血管病之間的聯(lián)系

趙忠新，張照環(huán)

腦血管病的研究是神經(jīng)系統(tǒng)與心血管系統(tǒng)的交叉領(lǐng)域，目前的研究已經(jīng)不再局限于單純從高血壓、動脈粥樣硬化斑塊的破裂、糖尿病性血管病變等角度探討預(yù)防與治療措施，而是從這些已知的誘因入手，探討血管基礎(chǔ)病變的細(xì)胞及生化機(jī)制，從而進(jìn)一步探討并揭示在臨床流行病學(xué)研究中觀察到的“統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性”是否存在必然的關(guān)聯(lián)，為探討預(yù)防和治療措施提供重要研究基礎(chǔ)。從臨床觀察發(fā)現(xiàn)腦血管病與睡眠障礙之間也存在密切的聯(lián)系，首先是急性腦血管病發(fā)病后容易并發(fā)或誘發(fā)不同類型的睡眠障礙，此外，某些類型睡眠障礙本身也是腦血管病的危險因素之一，并且影響其臨床預(yù)后。因此，有必要從細(xì)胞及生化水平探討睡眠障礙與腦血管病之間的關(guān)聯(lián)性。

1 睡眠障礙與腦血管病之間的臨床聯(lián)系

睡眠障礙包括一大類表現(xiàn)不同、機(jī)制各異的臨床疾病，盡管主要特征表現(xiàn)為睡眠-覺醒功能的障礙，但其致病機(jī)制和臨床癥狀卻常常表現(xiàn)為來源于或累及全身多個系統(tǒng)的功能障礙。如阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome，OSAHS），目前認(rèn)為是多種原因?qū)е碌乃哌^程中發(fā)生的呼吸暫停低通氣現(xiàn)象，也是最常見的片段化睡眠的疾病之一，臨床突出的表現(xiàn)是睡眠質(zhì)量下降。多項回顧性和前瞻性研究及大量動物實驗研究證明，OSAHS與糖尿病、高血壓、血流動力學(xué)異常等有密切關(guān)聯(lián)，從而能夠直接或間接地導(dǎo)致卒中的發(fā)生和發(fā)展[1]。但即使不依賴于OSAHS這些并發(fā)疾病的發(fā)生，僅有單純的失眠也被指出腦血管病有密切聯(lián)系。歐洲的一項前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，每天睡眠時間少于6 h的人群更容易罹患卒中[2]。2008年美國進(jìn)行的一項行為危險因素與疾病的調(diào)查，接受調(diào)查的人群總數(shù)為372 144例，均為成年人，男女比例相當(dāng)，發(fā)現(xiàn)每天少于6 h的睡眠不足人群更易患冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、卒中、糖尿病與肥胖[3]。一項納入21 438例失眠患者和64 314例非失眠者的長達(dá)4年的回顧性隊列研究（人群數(shù)據(jù)來源于臺灣健康保險數(shù)據(jù)庫），使用國際疾病分類（International Classification of Diseases-Ninth Revision-Clinical Modification，ICD-9-CM）定義失眠及卒中，并排除睡眠呼吸暫停患者。所有受試者試驗開始前均未被診斷為卒中、睡眠呼吸暫停和失眠。主要結(jié)局指標(biāo)為首次卒中急性發(fā)作入院治療。結(jié)果顯示：失眠患者的卒中患病風(fēng)險比非失眠者高54%［發(fā)生率比值（incidence rate ratio，IRR）1.85；矯正風(fēng)險比（hazard ratio，HR）1.54；95%可信區(qū)間（confidence interval，CI）1.38～1.72］。其中18～34歲組的卒中患病相對風(fēng)險最高（IRR=8.06）[4]。許多研究表明，在卒中發(fā)病后，失眠或睡眠障礙的發(fā)生率也大幅度增加，分別高達(dá)56.7%和78.0%[5-6]。一項納入1022例卒中后并發(fā)阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructive sleep apnea，OSA）的長達(dá)6年的研究，以睡眠呼吸暫停/低通氣指數(shù)（apnea/hypopnea index，AHI）＞5作為判斷OSA的依據(jù)，共計697例患者判定同時患有OSA。試驗終點(diǎn)為死亡狀況。對比OSA組及對照組，對照組的無病存活率及總存活率均顯著好于OSA組（P=0.003及P=0.02）[7]。在最新的美國心臟協(xié)會（American Heart Association，AHA）/美國卒中協(xié)會（American Stroke Association，ASA）2014年卒中二級預(yù)防指南中，睡眠障礙（主要為睡眠呼吸暫停）已列入卒中及短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attack，TIA）二級預(yù)防必須考慮的并發(fā)癥范圍中[8]。

2 睡眠障礙與腦血管病在細(xì)胞水平之間的聯(lián)系

睡眠障礙如何誘發(fā)卒中的發(fā)生，在這個領(lǐng)域的研究目前還缺乏系統(tǒng)和結(jié)論性的進(jìn)展。但一些研究線索提示，睡眠剝奪可能通過影響血腦屏障相關(guān)的多種細(xì)胞的功能，參與腦血管病的發(fā)生和發(fā)展。這種從腦血管病發(fā)生發(fā)展的細(xì)胞生化機(jī)制角度，探討其與睡眠障礙的相關(guān)性，不僅將能夠?qū)烧咧g如何關(guān)聯(lián)提供系統(tǒng)的證據(jù)，也會有助于進(jìn)一步認(rèn)識睡眠的復(fù)雜功能。

2.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞 血管內(nèi)皮細(xì)胞可能是心腦血管疾病研究中最早被關(guān)注的靶細(xì)胞，也是構(gòu)成血腦屏障的主要細(xì)胞之一，而大動脈（如供應(yīng)腦部的頸動脈和顱內(nèi)動脈）內(nèi)皮下脂質(zhì)斑塊的形成、斑塊內(nèi)出血、炎性反應(yīng)、破潰、血栓形成等，一直是腦血管病研究中的重點(diǎn)。此外，糖尿病導(dǎo)致的腦血管病變也是由于內(nèi)皮下基底膜透明變性，引起血管彈性降低所致，這也是相當(dāng)一部分缺血性卒中的病因[9]?？梢姲邏K沉積只是冰山一角，血管內(nèi)皮病理改變的現(xiàn)象可能早已經(jīng)發(fā)生，所以如何盡早檢測和預(yù)防這些潛移默化的改變才是根本。

OSAHS臨床并不少見，在一般人群中的發(fā)病率為2%～4%，尤以男性較多。目前已經(jīng)明確OSAHS是導(dǎo)致高血壓、高血脂和2型糖尿病、胰島素抵抗等疾病的重要原因之一，這可能與OSAHS患者血管內(nèi)皮功能的異常改變有關(guān)[10]。用定量逆轉(zhuǎn)錄酶-聚合酶鏈反應(yīng)方法研究OSAHS患者的表皮微血管，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）、腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)蛋白-3（tumor necrosis factor-alphainduced protein 3，TNFAIP3）、低氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor 1 alpha，HIF-1α）及血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）都顯著升高。而血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的一氧化氮和內(nèi)皮素-1（endothelin-1，ET-1）的平衡破壞，可導(dǎo)致血管舒縮功能失調(diào)、血小板凝聚和白細(xì)胞黏附等一系列病理生理變化。因此，目前普遍認(rèn)為血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，可能是動脈粥樣硬化啟動的主要因素。就OSAHS而言，現(xiàn)在大部分觀點(diǎn)還是將其引發(fā)的血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，歸咎于因呼吸暫停所導(dǎo)致的低氧血癥、高碳酸血癥等。但是最新的研究發(fā)現(xiàn)即使單純減少快速眼動睡眠，就足以引起血腦屏障功能減退，出現(xiàn)腦血管內(nèi)皮細(xì)胞胞飲小泡顯著增加，造成血腦屏障對大分子物質(zhì)的通透性增加[11]。目前，對于睡眠剝奪參與血管內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)節(jié)的表現(xiàn)和機(jī)制的了解非常有限，但是毫無疑問，睡眠障礙本身可能會影響血管內(nèi)皮細(xì)胞功能，并可能進(jìn)而參與卒中的發(fā)生。

2.2 炎性細(xì)胞 腦血管病發(fā)生的另一種重要機(jī)制，是炎性細(xì)胞參與介導(dǎo)了血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，而對于血管內(nèi)皮細(xì)胞和炎性細(xì)胞間的相互作用，正如矛與盾的悖論，到底是炎性細(xì)胞攻擊在先還是血管內(nèi)皮細(xì)胞功能異常在先，還不得而知，但至少可以肯定的是兩者都有許多實驗證據(jù)支持。睡眠不足同樣會參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，來自臨床流行病學(xué)調(diào)查研究和實驗室動物模型中的數(shù)據(jù)，共同提示睡眠剝奪后存在白細(xì)胞的非特異性激活，并且機(jī)體處于低水平的系統(tǒng)性感染狀態(tài)[12-13]。

有研究發(fā)現(xiàn)C反應(yīng)蛋白在所有睡眠障礙人群中都有升高，而C反應(yīng)蛋白早已被證實與血管內(nèi)炎癥相關(guān)，并以其升高作為卒中及心肌梗死的預(yù)測風(fēng)險因素[14]。而在睡眠剝奪的大鼠和果蠅模型中發(fā)現(xiàn)，炎性因子白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、黏附分子整合素蛋白α-M（integrin alpha M，ITGAM）、整合素α-5（integrin alpha 5，ITGA5）和膜聯(lián)蛋白A3（Annexin A3，Anxa3）都有升高，并可以作為近期睡眠缺失或睡眠障礙的標(biāo)志物[15]。此外，炎性因子如IL-6能促進(jìn)T細(xì)胞和單核細(xì)胞等免疫細(xì)胞釋放干擾素γ（interferon-gamma，IFN-γ）、白細(xì)胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor 2α，TNF2α）等促炎性細(xì)胞因子，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附因子，誘導(dǎo)白細(xì)胞趨化，進(jìn)一步加重局部炎癥[16]。

之前很多研究探討睡眠剝奪作為一種應(yīng)激狀態(tài)，可能通過神經(jīng)內(nèi)分泌機(jī)制調(diào)節(jié)腎上腺皮質(zhì)激素的分泌及其功能，從而參與免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)[17-18]，但對于短期睡眠剝奪導(dǎo)致的免疫炎性反應(yīng)亢進(jìn)的報道，也提示可能在皮質(zhì)激素功能之外還有其他重要的機(jī)制存在，從而對于解釋短期睡眠剝奪后卒中的發(fā)生具有重要的提示意義。

2.3 星形膠質(zhì)細(xì)胞 在神經(jīng)系統(tǒng)與血管系統(tǒng)交界部位，由多種細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組分通過空間互聯(lián)協(xié)調(diào)運(yùn)作，構(gòu)成的功能性組合稱為神經(jīng)血管單元（neural vascular unit，NVU）。其基本結(jié)構(gòu)是血管內(nèi)皮細(xì)胞形成緊密連接的內(nèi)腔，內(nèi)皮細(xì)胞基底膜外星形膠質(zhì)細(xì)胞和血管周細(xì)胞緊密包繞，將神經(jīng)元與血管內(nèi)成分有效分隔。星形膠質(zhì)細(xì)胞最早被認(rèn)知的功能之一，是其在神經(jīng)突觸間隙發(fā)揮的“清道夫”作用。之前在神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)τ谒叩难芯浚采婕巴挥|功能改變及神經(jīng)遞質(zhì)重吸收等方面的變化。目前在腦血管周圍存在的星形膠質(zhì)細(xì)胞功能的變化，又有可能再次將睡眠與腦血管疾病關(guān)聯(lián)起來。星形膠質(zhì)細(xì)胞的血管周足（endfoot）是構(gòu)成血腦屏障的重要組成部分，在血腦屏障的誘導(dǎo)生成和形態(tài)維持中發(fā)揮重要作用，星形膠質(zhì)細(xì)胞還能夠釋放轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）、堿性成纖維細(xì)胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、IL-6等，而改變內(nèi)皮細(xì)胞的通透性。長時間睡眠剝奪后，星形膠質(zhì)細(xì)胞會增生并釋放過多的腺苷（adenosine），從而促進(jìn)睡眠[19]。而對于血腦屏障來說，產(chǎn)生過多的腺苷分子有調(diào)節(jié)大分子進(jìn)入腦的能力；當(dāng)腺苷受體在構(gòu)成血腦屏障的內(nèi)皮細(xì)胞上被激活后，即建立了跨越血腦屏障的通道。有研究發(fā)現(xiàn)，在缺乏腺苷受體A1R和A2aR的轉(zhuǎn)基因小鼠，血腦屏障通透性顯著降低。因此認(rèn)為，血管周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞在睡眠剝奪后釋放的腺苷，可能會直接調(diào)節(jié)血腦屏障的通透性[20]。最近又有發(fā)現(xiàn)，在長期睡眠剝奪的大鼠腦內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞蛋白表達(dá)，與對照組相比有顯著差異，其中有89種蛋白表達(dá)上調(diào)，50種蛋白表達(dá)下調(diào)。不乏有囊泡相關(guān)膜蛋白2（vesicle-associated membrane protein 2，VAMP2）、漿膜蛋白4（reticulon-4，RTN4）等一些與內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)或者細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白的改變[21]，也許有可能調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞血管周足的狀態(tài)，使血腦屏障發(fā)生變化，這需要更進(jìn)一步的深入研究。

2.4 血管周細(xì)胞 血管周細(xì)胞（pericyte）是另一類參與血管內(nèi)皮通透和形態(tài)調(diào)節(jié)的重要細(xì)胞。周細(xì)胞的功能，是近年來在腦血管病基礎(chǔ)研究中逐漸引起關(guān)注的領(lǐng)域。盡管已經(jīng)有一些識別的方法，但嚴(yán)格說來，周細(xì)胞沒有特異的分子標(biāo)記。目前通常用以表達(dá)α平滑肌激動蛋白（α-smooth muscle actin，αSMA），神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞抗原2（neuron-glial antigen 2，NG2），血小板生長因子受體α/β（plateletderived growth factor receptor，PDGFRα/PDGFRβ）等分子標(biāo)記來定義周細(xì)胞[22-23]。周細(xì)胞對血管活性劑（如組胺和血管緊張素Ⅱ等）具有反應(yīng)性收縮能力。周細(xì)胞通過收縮和松弛，而調(diào)節(jié)血管周徑及血流，維持血壓和微血管的通透性。在周細(xì)胞缺失的小鼠，微血管壁失去其完整性，不能維持正常的血腦屏障，從而引起血管內(nèi)蛋白的外滲，伴隨血供不足及低氧，引發(fā)隨后的神經(jīng)元壞死及炎癥，導(dǎo)致神經(jīng)退行性變[24-25]。有研究發(fā)現(xiàn)，在長期快速眼動睡眠受到限制的情況下，血腦屏障的顯微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)類似于周細(xì)胞缺失小鼠的改變，例如胞飲小泡的增多及血管內(nèi)皮功能紊亂[11，26]。這種改變有可能是長期快速眼動睡眠受到限制情況下，一些炎性因子導(dǎo)致周細(xì)胞從血管壁上脫落下來，并且分化成遷移或者吞噬性亞型，從而使血腦屏障破壞，當(dāng)然這種預(yù)測需要進(jìn)一步的實驗研究支持。

隨著睡眠障礙發(fā)病率的上升，人們對于腦高級功能和腦作為最高級中樞在自身調(diào)節(jié)中發(fā)揮的作用逐步關(guān)注，睡眠研究領(lǐng)域已經(jīng)不僅僅局限于自身原有的范疇，而是廣泛滲透到包括神經(jīng)系統(tǒng)疾病在內(nèi)的各種軀體疾病及精神心理疾病的研究領(lǐng)域，進(jìn)入了橫斷交叉研究領(lǐng)域。只有從多角度研究睡眠才能真正認(rèn)識睡眠，正如“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同，不識廬山真面目，只緣身在此山中”。

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