阿爾茨海默病的血腦屏障研究進(jìn)展

方招弟，徐武華

作者單位

510220 廣州暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬廣州紅十字會(huì)醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科(神經(jīng)內(nèi)科二區(qū))；廣州市紅十字會(huì)醫(yī)院臨床病態(tài)營養(yǎng)研究所

中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病如AD、帕金森病、路易體癡呆等，因多數(shù)起病較隱匿，病理生理進(jìn)展緩慢，在整個(gè)疾病過程中血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）基本保持完整，因此在這類患者中關(guān)于BBB的研究極少受到關(guān)注。隨著近二十年來免疫治療在AD研究中的興起，尤其Aβ主動(dòng)或被動(dòng)免疫治療前后，血腦屏障內(nèi)外Aβ負(fù)荷的變化成為評(píng)價(jià)治療效果的主要指標(biāo)，由此AD狀態(tài)下對(duì)BBB的相關(guān)研究引起人們的關(guān)注。

1 血腦屏障的結(jié)構(gòu)與生理作用

目前已知BBB主要是由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞（cerebral microvascular endothelial cell，BMEC）、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞血管周足和基底膜構(gòu)成。其中的BMEC是血腦屏障的主要結(jié)構(gòu)，也是確保BBB內(nèi)外環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。但將不同形態(tài)、性狀、大小的BMEC串聯(lián)在一起的是一種叫作緊密連接的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，正是緊密連接才使得BBB整體看起來形似一串封閉的、鑲嵌著細(xì)胞珍珠和偽足扇貝的“項(xiàng)鏈”。相比外周血管內(nèi)皮細(xì)胞，腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞明顯缺少能直接穿透的窗孔結(jié)構(gòu)和吞飲小泡，但富含膜受體和胞內(nèi)線粒體，因此多數(shù)大分子物質(zhì)和非電解質(zhì)低分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)都是受體識(shí)別的、ATP依賴的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)[1-3]。正是這種高選擇性和高耗能的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，才確保了大腦始終處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的半封閉狀態(tài)。

周細(xì)胞分布于腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞外，其胞體及突起并不與基底膜直接接觸，但在缺少基底膜的區(qū)域，周細(xì)胞的突起與腦相互嵌合，形成類似插座樣的組合，因此僅小部分周細(xì)胞參與了BBB的構(gòu)成。此外，周細(xì)胞還在清除腦內(nèi)代謝產(chǎn)物、調(diào)控局部血流等方面發(fā)揮著不可或缺的生理作用[4-5]。星型膠質(zhì)細(xì)胞的血管周足主要環(huán)繞在腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞外，將腦毛細(xì)血管約85%的表面包繞起來，構(gòu)成了腦毛細(xì)血管的多層膜性結(jié)構(gòu)，因此，星型膠質(zhì)細(xì)胞是耦合血管與神經(jīng)之間的最后屏障[6]。

緊密連接是一層由多種蛋白質(zhì)組成的線性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要包括胞質(zhì)附著蛋白（zonula occludens protein-1，ZQ-1）、跨膜蛋白及細(xì)胞骨架蛋白。其中，ZQ-1是連接跨膜蛋白與細(xì)胞骨架蛋白的橋梁。目前研究較多的跨膜蛋白有構(gòu)成緊密連接初級(jí)封口的閉鎖蛋白（claudin）、調(diào)節(jié)緊密連接通透性的咬合蛋白（occludin）和一些胞質(zhì)黏附分子。不同家族或亞型的閉鎖蛋白和咬合蛋白動(dòng)態(tài)穿插組合所構(gòu)成的網(wǎng)格是決定緊密連接通透性的“閥門”，此閥門的開與關(guān)取決于腦內(nèi)的微環(huán)境[7-8]。緊密連接在維持BBB完整性的同時(shí)，也限制離子在血液和腦組織之間自由擴(kuò)散，防止有害物質(zhì)進(jìn)入腦組織。

2 阿爾茨海默病狀態(tài)下血腦屏障的變化

AD典型的臨床特征是隱襲起病、緩慢進(jìn)展及全面性認(rèn)知功能障礙。AD經(jīng)典的病理改變是以Aβ沉積為核心的老年斑和以神經(jīng)微管蛋白（Tau）過度磷酸化為特征的神經(jīng)纖維纏結(jié)形成。迄今為止，AD的病因和發(fā)病機(jī)制依然未明，由于Aβ瀑布學(xué)說長期占據(jù)著詮釋AD病理機(jī)制的主流地位，一直以來，漫長的AD病理過程被認(rèn)為是僅發(fā)生于BBB腦側(cè)的局灶性事件，隨著炎癥假說和血管機(jī)制學(xué)說的興起，這一傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)才開始受到越來越多的質(zhì)疑[9]。

2.1 血腦屏障的結(jié)構(gòu)學(xué)變化 對(duì)腦淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）患者的研究發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)神經(jīng)炎癥反應(yīng)（包括小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞激活）主要發(fā)生在Aβ沉積的毛細(xì)血管周圍，這種與Aβ沉積有關(guān)的炎癥反應(yīng)在AD發(fā)病過程中起著重要作用，可能導(dǎo)致了患者的認(rèn)知功能下降；對(duì)這類患者大腦組織的免疫組化染色發(fā)現(xiàn)，在Aβ沉積的毛細(xì)血管周圍神經(jīng)炎癥反應(yīng)嚴(yán)重，神經(jīng)元損傷嚴(yán)重，而此處BBB緊密連接處的緊密連接蛋白（claudin-5、occludin及ZQ-1）數(shù)量減少了30%～40%，同時(shí)膠質(zhì)細(xì)胞聚集并呈激活狀態(tài)，纖維蛋白原泄漏至腦實(shí)質(zhì)內(nèi)，這些變化與CAA患者毛細(xì)血管病理嚴(yán)重程度有關(guān)[10]。

定量免疫熒光研究證實(shí)，相比無神經(jīng)病變的對(duì)照組大腦，AD患者大腦海馬及皮層區(qū)域的周細(xì)胞數(shù)量和覆蓋率均顯著降低，同時(shí)血源性IgG和纖維蛋白漏到血管外并在腦內(nèi)沉積，這些發(fā)現(xiàn)不僅是AD狀態(tài)下BBB結(jié)構(gòu)改變的直接證據(jù)，也提示作為神經(jīng)-血管單元主要組成部分的BBB在AD發(fā)病機(jī)制中扮演著重要角色[11]。但是，并非所有研究都觀察到AD狀態(tài)下BBB的顯著結(jié)構(gòu)性改變，有的研究采用類似的研究方法，但并未檢測到AD狀態(tài)下有更高的血清蛋白血管外滲漏現(xiàn)象[12-13]。究其原因，大部分研究選擇了終末期AD患者，有可能受到全身和腦內(nèi)其他疾病等多因素的干擾。因此，為了進(jìn)一步探究神經(jīng)-血管單元在AD全程中的作用，有必要開展AD早期在體或動(dòng)物模型的腦組織病理研究。

2.2 血腦屏障的生物學(xué)標(biāo)志物變化 腦脊液白蛋白/人血白蛋白比值（cerebrospinal fluid/serum albumin ratio，c/sAR）是目前評(píng)估BBB完整性的常用生物學(xué)標(biāo)志物之一。一項(xiàng)大樣本、多中心、幾乎涵蓋所有癡呆亞型的橫斷面研究探討了c/sAR變化，研究對(duì)象包括AD[早發(fā)型AD（early onset AD，EAD）、晚發(fā)型AD（late onset AD，LAD）、血管性癡呆（vascular dementia，VaD）、血管性癡呆與AD的混合型（mixed AD and VaD，MIX）]，路易體癡呆（Lewy body dementia，DLB），額顳葉癡呆（frontotemporal dementia，F(xiàn)TD），帕金森病癡呆（Parkinson's disease dementia，PDD），其他癡呆及未做詳細(xì)說明的癡呆（dementia not otherwise specified，NOS），結(jié)果發(fā)現(xiàn)DLB組、LAD組、VaD組、MIX組、其他癡呆組和NOS組的c/sAR顯著高于正常對(duì)照組，且晚發(fā)型AD組的c/sAR高于早發(fā)型AD組；但只有LAD組、VaD組、MIX組、其他癡呆組的c/sAR增高與神經(jīng)元纖維素（neurofilament light，NFL）呈正相關(guān)，而與AD腦脊液生物學(xué)標(biāo)志物無關(guān)，這些結(jié)果提示，BBB受損并非AD專屬，可能是伴隨腦血管病變進(jìn)展的一種病理變化[14]。

2.3 血腦屏障的分子神經(jīng)影像學(xué)變化 隨著分子影像和功能影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，BBB的活體研究成為可能。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI灌注成像技術(shù)可及時(shí)、準(zhǔn)確地反映檢測區(qū)內(nèi)動(dòng)脈血流的變化而成為活體觀察BBB通透性的客觀指標(biāo)。通過該成像技術(shù)測量并描繪出MCI患者和正常人腦灌注參數(shù)（Ktrans值）圖，結(jié)果顯示，海馬及齒狀回區(qū)域的Ktrans值呈現(xiàn)出一種與年齡相關(guān)的線性增長趨勢，而MCI加劇了這一增長趨勢[15]。

磷酸-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）是高度表達(dá)于BBB血管內(nèi)皮細(xì)胞的一種糖蛋白，負(fù)責(zé)Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)，Dani?lle ME van Assema等[16]應(yīng)用（R）-[11C]維拉帕米和定量PET成像，比較與AD患者相比年齡匹配的健康人BBB的P-gp功能變化。研究者對(duì)13例輕-中度AD患者和14例正常人進(jìn)行了定量PET研究，首次活體觀察到AD患者相比健康人，其BBB的P-gp功能顯著下降，提示其可能參與了AD的發(fā)病進(jìn)程。由于無法確定AD狀態(tài)下的P-gp功能下降是發(fā)生在Aβ沉積之前還是之后，同時(shí)P-gp的生理功能尚未被完全闡釋，因此，還不能斷言BBB損害是AD的病因之一[17-18]。但研究提示，P-gp有望成為探索AD疾病狀態(tài)下BBB功能的一個(gè)全新標(biāo)志物以及干預(yù)AD病理進(jìn)程的一個(gè)潛在靶點(diǎn)[16，19]。

3 血腦屏障與β淀粉樣蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)

人們普遍認(rèn)為Aβ代謝異常是AD發(fā)病機(jī)制的核心，雖然近年來關(guān)于Aβ疫苗的研究近乎全軍覆沒，但Aβ瀑布學(xué)說的主流地位并未改變[20]。在該學(xué)說中，Aβ代謝異常處于AD所有病理改變的最上游，關(guān)于Aβ主動(dòng)或被動(dòng)免疫等很多治療研究都是圍繞Aβ在BBB兩側(cè)間的轉(zhuǎn)運(yùn)，加速清除腦內(nèi)Aβ展開的。Aβ來源于其前體物質(zhì)——淀粉樣前體蛋白，該前體蛋白是一種跨膜蛋白，在體內(nèi)廣泛存在，在腦組織表達(dá)最高。前體蛋白被β和γ分泌酶裂解為具有40、42或43個(gè)氨基酸的Aβ分子。Aβ分子具有自發(fā)聚合的能力，它能夠在細(xì)胞外聚集成寡聚體、纖維和斑塊等淀粉樣沉積物。正常狀態(tài)下，腦內(nèi)過多的Aβ分子經(jīng)由BBB轉(zhuǎn)運(yùn)出腦外，經(jīng)由BBB的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)保持腦內(nèi)不致發(fā)生Aβ沉積。在AD狀態(tài)下，Aβ分子的產(chǎn)生遠(yuǎn)超出BBB的清除能力，導(dǎo)致腦內(nèi)Aβ沉積[21]。

已知位于BBB血管內(nèi)皮細(xì)胞上的低密度脂蛋白受體相關(guān)-1（low-density lipoprotein receptor-related protein-1，LRP-1）蛋白在Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)過程中扮演著十分重要的角色。在轉(zhuǎn)基因模型小鼠，選擇性腦BMEC上LRP-1缺失可導(dǎo)致腦內(nèi)可溶性Aβ增加和血漿Aβ水平降低，同時(shí)導(dǎo)致模型小鼠空間學(xué)習(xí)及記憶障礙加重[22]。在向小鼠腦內(nèi)注射Aβ40后，能觀察到LRP-1介導(dǎo)的Aβ40跨BBB向腦外轉(zhuǎn)運(yùn)的增加和老齡鼠LRP-1蛋白基因表達(dá)的下調(diào)[23]。

在AD發(fā)病過程中，Aβ是如何從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外的？學(xué)者們應(yīng)用體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了胞內(nèi)Aβ的轉(zhuǎn)運(yùn)是ATP依賴和P-gp依賴性的，結(jié)合ATP的P-gp組成主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)泵，將Aβ從胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外，當(dāng)應(yīng)用藥物阻滯P-gp時(shí)，可導(dǎo)致Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外的水平下降[24]。體外細(xì)胞模型研究也證實(shí)了腦毛細(xì)血管內(nèi)或周圍的Aβ沉積，可能是通過影響P-gp的表達(dá)而加重AD疾病進(jìn)程的，P-gp的表達(dá)下降或活性缺失可作為進(jìn)展中CAA的一個(gè)選擇性生物標(biāo)志物[25]。

而Aβ由血管轉(zhuǎn)入腦組織的過程主要是通過晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）介導(dǎo)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)完成的。尸檢發(fā)現(xiàn)，AD患者血管內(nèi)皮細(xì)胞RAGE受體表達(dá)明顯上調(diào)[26]。而阻斷Aβ與RAGE受體的結(jié)合，可以顯著減少AD模型小鼠腦內(nèi)的Aβ斑塊[27]。上述研究不僅豐富了對(duì)Aβ在細(xì)胞內(nèi)外和BBB兩側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的認(rèn)識(shí)，也為未來對(duì)AD的干預(yù)提供了潛在的靶點(diǎn)。

綜上所述，BBB在AD發(fā)病機(jī)制中起著舉足輕重的作用，但由于缺乏較為直觀的觀察手段且干擾因素較多，目前對(duì)于BBB方面的研究仍存在較多爭議。目前達(dá)成共識(shí)的觀點(diǎn)是：Aβ通過BBB在腦-外周血之間、細(xì)胞內(nèi)-細(xì)胞外之間的轉(zhuǎn)運(yùn)扮演著重要的角色。根據(jù)現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，以下相關(guān)靶點(diǎn)有望成為未來AD防治的手段：一是通過P-gp阻斷劑，減少神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Aβ泵出到細(xì)胞外，從而在Aβ瀑布機(jī)制中的上游阻斷疾病進(jìn)程；二是通過LRP-1受體激動(dòng)劑，或者抑制RAGE受體活性，促進(jìn)Aβ經(jīng)由BBB從腦內(nèi)側(cè)向腦外的轉(zhuǎn)運(yùn)，減輕腦內(nèi)Aβ負(fù)荷，阻止Aβ沉積所致的一系列病理發(fā)生。這些潛在靶點(diǎn)的核心機(jī)制還是圍繞著Aβ瀑布學(xué)說，在當(dāng)前Aβ疫苗研究相繼宣告失敗的背景下，其可行性和安全性尚難以預(yù)測，但因規(guī)避了Aβ免疫治療難以逾越的短效性和T-淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)的自身免疫攻擊，因此仍值得期待[28-29]。

【點(diǎn)睛】AD患者BBB異常機(jī)制及候選生物學(xué)標(biāo)志物近年來漸受重視，在匯總相關(guān)研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，該綜述提出與BBB相關(guān)的未來防治AD的潛在干預(yù)靶點(diǎn)。