CD146 在血腦屏障中的作用及其機(jī)制研究進(jìn)展

王大吉 段紅霞 聶國輝 閻錫蘊(yùn) 郝洪軍

細(xì)胞黏附分子CD146 亦稱為MUC18、MCAM、Mel?CAM、S?Endo?1 等，最早于1989 年由德國科學(xué)家Johnson 在黑色素瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是黑色素瘤標(biāo)志物［1］。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)CD146 可能是一種廣譜腫瘤抗原，既表達(dá)于血管肉瘤、平滑肌肉瘤、胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞瘤和絨毛膜癌等腫瘤細(xì)胞［2?3］，亦表達(dá)于正常 組 織，主 要為 血 管內(nèi) 皮 細(xì) 胞 和 平 滑肌 細(xì) 胞［4?6］。2003 年，中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室率先發(fā)現(xiàn)CD146 在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞呈高表達(dá)，并證實其為腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物，CD146 抗體AA98 靶向CD146 可阻止腫瘤血管生成，進(jìn)而抑制腫瘤生長［7］。這一發(fā)現(xiàn)打開了CD146 作為靶標(biāo)分子用于腫瘤治療的新窗口，隨后該實驗室又在CD146 介導(dǎo)的血管生成機(jī)制研究中取得重大進(jìn)展，首次發(fā)現(xiàn)CD146 作為血管內(nèi)皮生長因子受體2（VEGFR2）的共受體，可以介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞的促血管生成信號，從而填補(bǔ)了CD146 在血管生成機(jī)制上的空白［8］。CD146 作為血管內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物，不僅介導(dǎo)腫瘤血管新生，且越來越多的證據(jù)表明其在急性和慢性炎癥反應(yīng)過程中亦直接參與炎癥的發(fā)生［9?10］。早期研究顯示，在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的增生滑膜新生血管中，CD146 呈高表達(dá)［11］；在克羅恩病、慢性腎病、血管炎等慢性炎癥中，CD146 在病變組織血管內(nèi)皮細(xì)胞中同樣呈現(xiàn)高表達(dá)［12?16］。上 述 研究 提 示，CD146 對 外 周血 管 穩(wěn)態(tài) 具有重要調(diào)控作用。此外，CD146 還可介導(dǎo)血腦屏障的發(fā)育和病理性損傷，廣泛參與腦組織炎癥反應(yīng)，因此，CD146 也可能具有調(diào)控中樞神經(jīng)血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的作用，了解CD146 在血腦屏障發(fā)育和相關(guān)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用，將有助于探尋CD146 在多種與血腦屏障損害相關(guān)性顱內(nèi)疾病中的潛在價值。

一、CD146 可促進(jìn)血腦屏障發(fā)育

血腦屏障是一種多細(xì)胞構(gòu)成的血管結(jié)構(gòu)，其主要組成成分為血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞、毛細(xì)血管基底膜、星形膠質(zhì)細(xì)胞和周細(xì)胞［17?18］。血腦屏障將中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周循環(huán)系統(tǒng)分隔開，通過嚴(yán)格控制分子和離子的轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出，及時輸送營養(yǎng)和氧氣，保護(hù)腦組織免受毒素和病原體的侵害，為神經(jīng)元的正常工作提供絕對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境［19］。血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞是構(gòu)成血腦屏障的主要成分，不同于外周血管內(nèi)皮細(xì)胞，該細(xì)胞無開孔、表達(dá)更高水平的緊密連接蛋白和稀疏的胞飲性囊泡運輸［20?21］，可限制親水分子的通過，但小的親脂性分子如氧氣和二氧化碳可順濃度梯度自由擴(kuò)散［22］，包括葡萄糖和氨基酸在內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)也可通過轉(zhuǎn)運體進(jìn)入腦組織，而胰島素、瘦素和轉(zhuǎn)鐵蛋白等大分子物質(zhì)則通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進(jìn)入腦組織［23?24］。此外，血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞還具有一定的免疫監(jiān)視功能，生理條件下其細(xì)胞表面的白細(xì)胞黏附分子（LAM）水平較低，可阻斷免疫細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)浸潤［25?26］。因此，血腦屏障在中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周循環(huán)系統(tǒng)之間建立起一道天然屏障，對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。在血腦屏障發(fā)育早期，其內(nèi)皮細(xì)胞首先形成腦血管，隨后招募周細(xì)胞等形成完整的血腦屏障［27］，因此，在血腦屏障的發(fā)育過程中腦內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞的相互作用對其發(fā)育成熟至關(guān)重要，但二者之間相互作用的分子機(jī)制目前尚未闡明。

2017 年，中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室在小鼠腦組織中觀察到在血腦屏障發(fā)育初始和成熟階段CD146 在其內(nèi)皮細(xì)胞上的動態(tài)變化：CD146 在無周細(xì)胞附著的未成熟血管內(nèi)皮細(xì)胞中呈高表達(dá)，隨著周細(xì)胞在血管內(nèi)皮細(xì)胞上覆蓋率的增加，CD146 僅表達(dá)于周細(xì)胞，而在血管內(nèi)皮細(xì)胞上的表達(dá)缺失，由此可見，CD146 可以協(xié)調(diào)血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞的相互作用，并在時間和空間上調(diào)控血腦屏障的發(fā)育［28］。在該實驗室構(gòu)建的血管內(nèi)皮細(xì)胞CD146 特異性敲除小鼠模型上可見因CD146 缺失導(dǎo)致的腦內(nèi)皮細(xì)胞血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接蛋白Claudin?5 表達(dá)下調(diào)，血腦屏障結(jié)構(gòu)損傷；而該實驗室構(gòu)建的周細(xì)胞CD146 特異性敲除小鼠模型則顯示周細(xì)胞覆蓋率顯著減少，血腦屏障通透性增加［28］。此外，該項研究還發(fā)現(xiàn)，覆蓋于血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞的周細(xì)胞可分泌大量轉(zhuǎn)化生長因子?β1（TGF?β1）以下調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞CD146 的表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)血腦屏障的發(fā)育成熟［28］。該實驗室的另一項研究顯示，周細(xì)胞CD146 可發(fā)生二聚化，與血小板源性生長因子受體β（PDGFRβ）結(jié)合而使PDGFβ誘導(dǎo)的PDGFRβ磷酸化；隨后，CD146?ERM（Ezrin?Radixin?Moesin）?細(xì)胞骨架復(fù)合物發(fā)揮支架作用，分散PDGFRβ下游信號級聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)周細(xì)胞募集和血腦屏障完整性，從而揭示了血腦屏障中周細(xì)胞胞內(nèi)信號傳導(dǎo)機(jī)制［29］?？傊?，CD146 在血腦屏障發(fā)育初始和成熟階段的動態(tài)變化具有協(xié)調(diào)血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞之間分子通訊的作用，從而促進(jìn)血腦屏障的發(fā)育成熟（圖1）［28］。

二、CD146 可促進(jìn)血腦屏障破壞

在生理條件下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)微血管可對水溶性分子和細(xì)胞運動遷移形成有效的屏障，但這種屏障在病理條件下通常受到損害。血腦屏障完整性損害可見于多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變，如中樞神經(jīng)系統(tǒng)特發(fā)性炎性脫髓鞘病變、中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、神經(jīng)變性病、腦血管病和膠質(zhì)瘤等［30?32］。腦血管各組分的炎癥應(yīng)答機(jī)制有所不同，炎癥反應(yīng)發(fā)生部位和持續(xù)時間可以引起血腦屏障通透性發(fā)生不同程度的改變，但確實存在引起血腦屏障通透性改變的一致性機(jī)制，腦組織系統(tǒng)性或局限性產(chǎn)生和釋放可影響神經(jīng)血管單元（NVU）、增加血腦屏障被動通透性和淋巴細(xì)胞遷移的細(xì)胞因子［33?34］。

圖1 在胚胎發(fā)育過程中，CD146 的動態(tài)變化可調(diào)控血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞之間的作用，進(jìn)而促進(jìn)血腦屏障的發(fā)育成熟［28］Figure 1 Dynamic coordination of brain endothelial cell?pericyte communication by CD146 controls BBB formation during embryogenesis［28］.

生理條件下CD146 在血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞中呈低表達(dá)，以維持血腦屏障穩(wěn)態(tài)；但在多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變的情況下，血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)CD146，促使炎性淋巴細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)浸潤，破壞血腦屏障的完整性，導(dǎo)致炎癥進(jìn)展［35］。多發(fā)性硬化（MS）是神經(jīng)科較為常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性脫髓鞘病變，選擇性阻斷淋巴細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)而不損害免疫系統(tǒng)功能，是目前臨床常用的一種有效治療策略［36］。2013 年中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室構(gòu)建了血管內(nèi)皮細(xì)胞CD146 條件敲除（CD146EC?KO）小鼠模型，同時結(jié)合體外血腦屏障模型，首次報告血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞CD146 在淋巴細(xì)胞外滲和實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）發(fā)病機(jī)制中的作用，無論是動物實驗還是體外研究，敲除血管內(nèi)皮細(xì)胞CD146 均可以顯著減輕實驗性自身免疫性腦脊髓炎的嚴(yán)重程度，以及阻止致病性T 淋巴細(xì)胞［如CD4+T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞、輔助性T 細(xì)胞1 和17（Th1 和Th17）］向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的浸潤，表明血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞CD146 在多發(fā)性硬化等自身免疫性疾病的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用［37］。該研究還發(fā)現(xiàn)CD146 功能型抗體AA98 可靶向血管內(nèi)皮細(xì)胞CD146，選擇性阻斷淋巴細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)浸潤，以阻止實驗性自身免疫性腦脊髓炎的進(jìn)展，具有顯著的治療效果，因此AA98 有可能成為治療多發(fā)性硬化頗具臨床應(yīng)用前景的藥物［37］。

三、可溶性CD146 可促進(jìn)血腦屏障損害

血腦屏障功能紊亂是多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變神經(jīng)炎癥性疾病的標(biāo)志性事件，但是由于缺少可靠的檢測標(biāo)志物以及尚未闡明血腦屏障損害的分子機(jī)制，嚴(yán)重制約了中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變神經(jīng)炎癥性疾病的診斷與治療。2013 年，中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室首次發(fā)現(xiàn)CD146 的可溶形式，即可溶性CD146 主要源自血管內(nèi)皮細(xì)胞的膜型CD146，后者在炎癥條件下表達(dá)上調(diào)［38］。該研究共收集135 份成對的腦脊液和血清臨床標(biāo)本，結(jié)果顯示，多發(fā)性硬化患者腦脊液可溶性CD146 水平顯著升高，提示可溶性CD146的表達(dá)變化可反映疾病的活動性。2020 年，中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室首次發(fā)現(xiàn)多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變神經(jīng)炎癥性疾病患者腦脊液中可溶性CD146 水平顯著升高，并與血腦屏障損害的臨床相關(guān)指標(biāo)呈正相關(guān)，包括白蛋白商、IgG 合成率和腦脊液髓鞘堿性蛋白（MBP）；此外，通過對比分析可溶性CD146 與文獻(xiàn)報道的血腦屏障損害相關(guān)分子，發(fā)現(xiàn)腦脊液可溶性CD146 評價血腦屏障損害具有較高的靈敏度（100%）和特異度（93.1%），提示該項指標(biāo)可以作為血腦屏障損害的潛在標(biāo)志物［39］。該項研究通過構(gòu)建體外血腦屏障模型，還發(fā)現(xiàn)可溶性CD146 通過結(jié)合血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞整合素αvβ1，上調(diào)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT）和核因子?κB（NF?κB）磷酸化水平，以維持血腦屏障通透性（圖2）［39］。

四、展望

圖2 可溶性CD146 作為腦脊液炎癥性標(biāo)志物可促進(jìn)血腦屏障損害［39］Figure 2 Soluble CD146, a CSF marker for neuroinflammation, promotes BBB damage［39］.

細(xì)胞黏附分子CD146 最初被認(rèn)為是黑色素瘤黏附分子，后來發(fā)現(xiàn)在胃癌、肝癌、前列腺癌等多種腫瘤細(xì)胞和所有實體瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞上均呈高表達(dá)，提示CD146 對腫瘤血管的重要調(diào)控作用。中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室于2003 年首次發(fā)現(xiàn)CD146 是一種新生血管標(biāo)志物，為研究CD146 與血管的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。除了外周血管，CD146 還與血腦屏障功能存在內(nèi)在聯(lián)系。探究血腦屏障損害機(jī)制，以及準(zhǔn)確評估血腦屏障完整性對中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變的診斷與治療具有重要的臨床參考價值。自2013 年以來，中國科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)與多肽藥物重點實驗室陸續(xù)發(fā)現(xiàn)CD146 不僅在血腦屏障發(fā)育過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用，而且介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)過程中的血腦屏障損害，因此，CD146 有望成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變的治療新靶點。

自1998 年發(fā)現(xiàn)可溶性CD146 以來，可溶性CD146 的研究歷史已有20 余年。目前，回顧性研究業(yè)已證實腦脊液可溶性CD146 對血腦屏障損害具有重要調(diào)控作用，但并未闡明其表達(dá)變化與中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變之間的因果關(guān)系，因此，進(jìn)行前瞻性研究探討二者之間的關(guān)系，無論對理解可溶性CD146 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥性病變中的作用機(jī)制，還是對相關(guān)疾病的診斷與治療均具有重要意義，深入研究CD146 及其可溶形式在血腦屏障損害過程中的病理生理學(xué)機(jī)制有望為相關(guān)疾病的治療提供新的策略。

利益沖突無