腦血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙與血管性癡呆

張健莉 雷愛弟 (廈門市第五醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廈門 361101)

世界衛(wèi)生組織估計(jì)，到2050年，癡呆人口將增加2倍，達(dá)到1億以上。其中，血管性癡呆(VaD)約占15%〔1〕，成為繼阿爾茨海默病(AD)之后第二常見的癡呆類型。VaD是一種不可逆的疾病，主要由各種血管疾病，如腦灌注不足、缺氧、缺血和腦卒中等原因?qū)е碌模涮攸c(diǎn)是認(rèn)知能力逐漸下降，記憶、語言和社交障礙，給家庭、社會和醫(yī)療保健系統(tǒng)帶來巨大負(fù)擔(dān)。大多數(shù)VaD是由大腦灌注不足引起的〔2〕。腦血管內(nèi)皮細(xì)胞(CEC)功能障礙與腦灌注不足相互影響，成為VaD的兩大主要誘因。然而，CEC損傷的機(jī)制及其對認(rèn)知的影響尚未完全闡明。本文綜述CEC的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，并總結(jié)了CEC在低灌注早期損傷的潛在機(jī)制。

1 CEC的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)

CEC是血腦屏障(BBB)的核心組成部分，嚴(yán)格限制BBB逆細(xì)胞和超細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。CEC之間的連接蛋白可分為兩種類型：緊密連接(TJs)和黏附連接(AJs)。TJs主要由claudins、occludins和連接黏附分子(JAMS)組成，而血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)是AJs的主要成分。TJs和AJs共同起到封閉CEC之間縫隙的作用，限制親水分子和血細(xì)胞進(jìn)入大腦。神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞和腦血管(包括CEC、血管平滑肌細(xì)胞和周皮細(xì)胞)之間的相互作用形成了一個(gè)稱為NVU的動態(tài)功能單元。NVU各組成部分之間的信號通信，不僅能確保大腦血流量(CBF)的精細(xì)調(diào)節(jié)，滿足代謝需要，而且對腦的發(fā)育、營養(yǎng)和修復(fù)及BBB功能起著重要作用，NVU信號干擾可能是神經(jīng)損傷、細(xì)胞凋亡和神經(jīng)功能障礙的基礎(chǔ)〔3〕。因此，CEC不僅在結(jié)構(gòu)上是BBB的主要組成部分，而且在功能上也是NVU活動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 腦灌注不足導(dǎo)致CEC功能障礙——VaD前奏

VaD主要由腦血管病引起，年齡、肥胖、高血壓、糖尿病、高膽固醇血癥、高同型半胱氨酸血癥、動脈粥樣硬化和腦卒中是導(dǎo)致VaD的危險(xiǎn)因素〔4〕，可引起腦灌注不足，導(dǎo)致注意力和記憶障礙及認(rèn)知障礙。慢性或急性腦灌注不足導(dǎo)致氧化應(yīng)激和CEC的激活，這是CEC功能障礙和隨后的腦損傷基本病理基礎(chǔ)。VaD患者常表現(xiàn)為CECs的局灶性改變，包括線粒體含量降低、胞質(zhì)增多、丟失、BBB血流中斷和毛細(xì)血管密度降低，這些變化發(fā)生在VaD之前。如果能在癡呆癥狀出現(xiàn)前采取措施改善CEC功能，則可減緩或預(yù)防VaD的發(fā)展。

2.1CECs的基本病理變化

2.1.1氧化應(yīng)激 腦血管系統(tǒng)中的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的增加導(dǎo)致氧化應(yīng)激，這是導(dǎo)致CEC功能紊亂和腦血管疾病發(fā)展的主要原因。CECs中ROS的主要來源是數(shù)量眾多的線粒體。ROS可引起線粒體中谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化劑的功能障礙，導(dǎo)致CECs發(fā)生進(jìn)行性和持續(xù)性的氧化應(yīng)激。老年人CECs中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶(NOX)-2的上調(diào)主要是由于主要是由于腫瘤壞死因子(TNF)-α水平在衰老過程中顯著升高。NOX-2敲除小鼠表現(xiàn)為突觸可塑性和認(rèn)知能力受損。NOX-2衍生的ROS可能有助于維持CBF和神經(jīng)功能。另一個(gè)值得注意的ROS來源是環(huán)氧合酶(COX)-2，在AA催化前列腺素(PG)E2過程中僅釋放少量的ROS，其氧化能力不能被忽略，因?yàn)樵诶夏耆酥蠧OX-2活性增加〔5〕。在病理狀態(tài)下，ROS是導(dǎo)致COX-2過度表達(dá)的一個(gè)因素。此外COX-2還具有促炎作用。ROS與COX-2的相互作用形成氧化應(yīng)激和炎癥的惡性循環(huán)。

腦血管內(nèi)皮細(xì)胞包含多種抗氧化應(yīng)激的分子和信號通路。核因子E2相關(guān)因子(Nrf)-2是一種對氧化應(yīng)激敏感的轉(zhuǎn)錄因子。在氧化應(yīng)激下可誘導(dǎo)SOD、谷胱甘肽等多種抗氧化酶的表達(dá)。過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ是參與能量平衡和炎癥過程的核心核受體，在Nrf-2、Wnt/β-連環(huán)蛋白、FoxO1通路中起關(guān)鍵作用，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用。研究顯示，PPARγ通路在氧化應(yīng)激過程中具有保護(hù)內(nèi)皮功能的作用。沉默信息調(diào)節(jié)因子(SIRT)-1在氧化應(yīng)激中能被激活，抑制NADPH氧化酶，促進(jìn)錳(Mn)SOD、過氧化氫酶(CAT)及其他一些抗氧化應(yīng)激的基因的表達(dá)〔6〕。FoxO是叉頭框(Fox)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員，在氧化應(yīng)激過程中起著關(guān)鍵作用，可促使線粒體ROS生成減少，還可誘導(dǎo)MnSOD和CAT的表達(dá)。

2.1.2CEC活化 CEC活化被認(rèn)為是腦衰老過程中的關(guān)鍵初始反應(yīng)，也是腦血管疾病危險(xiǎn)因素的潛在病理變化之一。在管腔內(nèi)切應(yīng)力、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)或ROS改變的影響下，CECs中的鈣濃度升高，這是內(nèi)皮細(xì)胞活化的早期原因。將促進(jìn)CEC表達(dá)P-選擇素和趨化因子，增強(qiáng)白細(xì)胞和血小板的損傷，促進(jìn)白細(xì)胞的牢固黏附和遷移。Toll樣受體(TLR)-4/髓樣分化因子(MyD)-88/核因子(NF)-κB通路在調(diào)節(jié)CEC活化中起著重要作用。通過與TLR-4內(nèi)源性配體的相互作用，如氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)、高遷移率族蛋白(HMG)B1或纖維蛋白，激活TLR-4/MyD-88/NF-κB通路，釋放一系列促炎因子。ROS和TNF-α水平升高，能激活I(lǐng)κB激酶(IKK)抑制劑，促進(jìn)NF-κB的活化。NF-κB的主要靶基因是白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-1β、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1、COX-2、P53、MnSOD和NADPH氧化酶基因〔7〕。它不僅具有很強(qiáng)的促炎作用，而且能促進(jìn)ROS和RNS的釋放，加劇CECs的氧化應(yīng)激。

人體內(nèi)有多種抗炎途徑。IL-10是一種有效的NF-κB抑制劑，它能降解NF-κB，影響其與脫氧核糖核酸(DNA)的結(jié)合，降低相關(guān)炎癥反應(yīng)。在動脈粥樣硬化和糖尿病模型中，內(nèi)源性IL-10表達(dá)降低，可導(dǎo)致血管功能障礙。上述提到的PPARγ和SIRT1不僅能抵抗氧化應(yīng)激，而且具有抗炎作用，增強(qiáng)PPARγ和SIRT1的活性可降低CECs的炎癥反應(yīng)，改善神經(jīng)功能。此外，CECs釋放的一氧化氮(NO)生理水平通過激活單磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)發(fā)揮抗炎作用，也直接阻斷了NF-κB信號通路，從而降低了炎癥因子的表達(dá)。因此，低濃度的NO對維持正常的血管功能起著不可或缺的作用。

2.1.3內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)/NO信號通路受損 CECs活化和氧化應(yīng)激導(dǎo)致eNOS/NO信號通路受損，這是CEC功能障礙的一個(gè)重要標(biāo)志。氧化應(yīng)激在NO信號損傷中起主要作用，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)NO的生成減少。eNOS活性是生成NO多少的決定性影響因素。ROS可通過Ras同源基因家族成員(Rho)A途徑降低eNOS活性。過量的ROS可將四氫生物蝶呤(BH4)氧化為BH2，導(dǎo)致eNOS和BH4解耦聯(lián)。非耦合狀態(tài)的eNOS無法催化L-精氨酸產(chǎn)生NO，而與氧(O2)相互作用產(chǎn)生超氧化物，被認(rèn)為是血管內(nèi)皮中活性氧的來源之一。(2)ROS導(dǎo)致NO生物利用度降低。O2-增多并與NO反應(yīng)生成過氧亞硝酸鹽(OONO-)導(dǎo)致NO減少，這是ROS介導(dǎo)內(nèi)皮功能障礙的主要機(jī)制。OONO-是RNS的一種類型，也是引起氧化應(yīng)激的主要物質(zhì)之一。RNS可氧化鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)并降低其對NO的反應(yīng)性，導(dǎo)致NO信號轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)一步受阻。OONO-能促進(jìn)eNOS和BH4的解耦聯(lián)，降低MnSOD和谷胱甘肽還原酶的活性，增加iNOS的表達(dá)，導(dǎo)致廣泛的氧化應(yīng)激。(3)受損的eNOS/NO信號通路可能對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。NO減少或生物利用度降低導(dǎo)致CBF調(diào)節(jié)障礙，導(dǎo)致腦灌注進(jìn)一步降低。NO減少也是血管炎癥的主要原因。NO降低對血小板聚集和白細(xì)胞黏附的抑制作用減弱，不僅促進(jìn)了CEC活化，而且通過細(xì)胞內(nèi)和跨細(xì)胞途徑使炎性細(xì)胞和毒性蛋白滲入大腦，導(dǎo)致神經(jīng)毒性效應(yīng)。eNOS/NO信號通路對維持記憶和學(xué)習(xí)能力至關(guān)重要。由于在CECs中，eNOS/NO信號是產(chǎn)生腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)的基礎(chǔ)，因此對eNOS/NO受損會阻礙BDNF的合成，從而抑制突觸可塑性和神經(jīng)再生，這可能是突觸可塑性早期損傷的根本原因之一〔8〕。氧化應(yīng)激和活化/炎癥這兩個(gè)病理過程通過一系列疊加機(jī)制損害CECs中的eNOS/NO信號，最終導(dǎo)致CEC在維持BBB功能和調(diào)節(jié)CBF方面出現(xiàn)障礙。

2.2CECs功能損害

2.2.1BBB功能障礙 BBB功能障礙是導(dǎo)致VaD的一個(gè)非?；A(chǔ)的病理改變。已有研究表明，海馬區(qū)的BBB損傷情況可預(yù)測老年患者的認(rèn)知損害程度。在年齡、高血壓等危險(xiǎn)因素與腦灌注不足等因素共同存在的情況下，CECs極易受損。實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，緊密連接和AJ功能障礙導(dǎo)致CECs對親水性分子或炎性細(xì)胞的旁細(xì)胞通透性增加。在腦缺氧、缺血或氧化應(yīng)激中，TJ功能障礙的一些機(jī)制已被證實(shí)〔9〕。其中，磷酸化肌球蛋白輕鏈(pMLC)是調(diào)節(jié)TJ再分配和BBB功能障礙的核心。在從Ca2+高表達(dá)到MLC磷酸化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，RhoA/Rho關(guān)聯(lián)卷曲螺旋蛋白激酶(ROCK)是主要的介導(dǎo)因子。在血紅蛋白誘導(dǎo)的BBB受損模型中，RhoA和ROCK2水平顯著上調(diào)，同時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞中pMLC增強(qiáng)，緊密連接蛋白(claudin)-5降低，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-9增加。還有研究表明，MMP-9可是TJ功能障礙機(jī)制之一，而氧化應(yīng)激則主要是通過蛋白酪氨酸激酶(PTK)依賴的方式或通過磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)途徑上調(diào)MMP〔5〕。

CEC跨細(xì)胞途徑轉(zhuǎn)運(yùn)增加是BBB受損的另一個(gè)原因。一些研究表明，腦卒中早期，跨細(xì)胞小泡增多似乎發(fā)生在TJs功能改變前。細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)的增加與CEC中細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷的增加密切相關(guān)〔10〕。此外，腦缺血或神經(jīng)炎癥的發(fā)生總是伴隨著細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷的增加和BBB的破壞。發(fā)生腦出血后，人窖蛋白(CAV)-1敲除小鼠出現(xiàn)白細(xì)胞黏附和MMP-9表達(dá)降低〔11〕。細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷可介導(dǎo)各種細(xì)胞因子和有毒蛋白質(zhì)進(jìn)入大腦。細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷參與CECs中TNF-α的內(nèi)噬作用，并通過BBB介導(dǎo)其進(jìn)入大腦。而CAV-1也能與TJs/AJs相互作用，影響B(tài)BB的滲透性。

除了細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷的增加，CECs中轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能改變也與跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)受損有關(guān)。氧化應(yīng)激是轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能障礙的主要原因。CEC線粒體直接受到ROS的攻擊，腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)生成減少，導(dǎo)致ATP依賴性離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能障礙。鈉鉀泵(Na+-K+-ATPase)、鈣泵(Ca2+-ATPase)和ATP結(jié)合盒式蛋白(ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在CECs膜中的功能可能發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)，eNOS活性降低，BBB受損。此外，由于離子通道功能障礙，CECs和腦實(shí)質(zhì)內(nèi)、外離子梯度的改變會影響神經(jīng)元薄膜的去極化，損害神經(jīng)元和突觸功能，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

2.2.2神經(jīng)血管解耦聯(lián) 在腦灌注不足的情況下，神經(jīng)血管耦合(NVC)被破壞，表現(xiàn)為兩方面：CBF失調(diào)和CECs對神經(jīng)細(xì)胞的營養(yǎng)作用喪失。由于內(nèi)皮源性NO在CBF調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，CEC功能障礙NO的生成會減少，這可能導(dǎo)致神經(jīng)血管解耦聯(lián)，這種說法目前存在爭議。一項(xiàng)關(guān)于eNOS基因缺失小鼠的研究表明，給予ATP和通過觸須刺激，軀體感覺區(qū)功能性充血減少，這表明eNOS在功能性充血中的作用是必要的〔12〕。而通過比較eNOS突變體和野生型小鼠的CBF增加情況，發(fā)現(xiàn)eNOS在功能性充血中的作用并不重要。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，eNOS是人血管生成素(ANG)Ⅱ硝化效應(yīng)的介質(zhì)，介導(dǎo)ANGⅡ硝對功能性充血的不利影響〔13〕。NO介導(dǎo)的功能性充血可能主要源自nNOS，而從eNOS衍生的NO的作用程度仍有待進(jìn)一步研究。

對于神經(jīng)營養(yǎng)血管耦合(NVTC)，氧化應(yīng)激導(dǎo)致CECs分泌的BDNF等生長因子下調(diào)，引起CECs神經(jīng)營養(yǎng)功能下降。體外實(shí)驗(yàn)表明，腦內(nèi)皮氧化應(yīng)激通過β1整合素/整合素連接激酶(ILK)信號傳導(dǎo)降低CECs中BDNF的表達(dá)，而抗氧化劑可增加BDNF的表達(dá)。老年人和高血壓、高脂血癥患者腦中TNF-α的增加也可能通過與CECs中TNF受體(TNFR)-1結(jié)合而降低BDNF的表達(dá)。由于正常的BDNF表達(dá)依賴于eNOS，當(dāng)eNOS功能紊亂時(shí)BDNF功能也會受損。BDNF水平降低會損害血管生成、神經(jīng)元存活及突觸可塑性，從而發(fā)生認(rèn)知障礙。

2.2.3腦灌注不足、CEC功能障礙和CBF失調(diào)的惡性循環(huán) 在腦灌注不足的情況下，除了CEC病理和功能發(fā)生變化之外，還會損害其他血管部分，加重CBF失調(diào)，進(jìn)一步損害CEC功能。作為VaD的一種類型，伴有皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)腦病(CADASIL)的大腦常染色體顯性動脈疾病表現(xiàn)為Notch-3突變引起的腦血管內(nèi)在重塑，毛細(xì)血管密度逐漸降低和CBF降低。因此，血管結(jié)構(gòu)變化與低灌注的相互作用也是認(rèn)知障礙的重要原因。腦缺氧時(shí)，周細(xì)胞常是早期應(yīng)答器。衰老降低了CECs周圍的周細(xì)胞覆蓋比率；高血壓、高同型半胱氨酸血癥、糖尿病和CADASIL動物模型中也顯示周細(xì)胞丟失和退化〔14〕。鑒于周細(xì)胞在調(diào)節(jié)TJs和功能性充血中的作用，周細(xì)胞發(fā)生變化可影響B(tài)BB通透性和NVC，可在認(rèn)知障礙中發(fā)揮作用。腦血管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改變、周細(xì)胞損傷和血管生成減少導(dǎo)致CBF失調(diào)、持續(xù)性腦灌注不足和持續(xù)性CECs損傷，最終損害神經(jīng)功能。

3 CECs與神經(jīng)細(xì)胞的相互作用-VaD發(fā)病

由于CEC損傷，CECs與神經(jīng)細(xì)胞的相互作用受到干擾，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞增生、小膠質(zhì)細(xì)胞活化、白質(zhì)(WM)損傷、突觸可塑性受損、神經(jīng)炎癥和凋亡，最終導(dǎo)致認(rèn)知障礙。

3.1星形膠質(zhì)細(xì)胞增生 星形膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中最豐富的細(xì)胞，約占中樞神經(jīng)系統(tǒng)總細(xì)胞數(shù)的50%。由于星形膠質(zhì)細(xì)胞位于CECs和神經(jīng)元之間，被認(rèn)為在血管因素引起的神經(jīng)元損傷過程中起關(guān)鍵作用。腦血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙通過多種途徑激活星形膠質(zhì)細(xì)胞。炎癥時(shí)CECs分泌的VEGF可與星形膠質(zhì)細(xì)胞中的血VEGFR-1 結(jié)合，并可能通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)和PI3K信號通路促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖和膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)表達(dá)。腦纖維蛋白原可能是CECs功能障礙后早期激活星形膠質(zhì)細(xì)胞的信號，通過TGF-β/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白(SMAD2)信號通路促進(jìn)母體對星形膠質(zhì)細(xì)胞中SMAD2的磷酸化，導(dǎo)致硫酸軟骨素蛋白聚糖(CSPG)沉積和膠質(zhì)瘢痕形成，對神經(jīng)細(xì)胞和BBB的完整性造成嚴(yán)重?fù)p害，最終影響認(rèn)知功能。

盡管有研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧條件下，星形膠質(zhì)細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)可改善內(nèi)皮細(xì)胞間的TJs功能，但膠質(zhì)細(xì)胞過度活化是導(dǎo)致VaD中BBB進(jìn)一步受損的主要原因〔15〕。缺氧導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞中低氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α的活化及MCP-1、MMP-13、VEGF和VEGFR-1升高，可導(dǎo)致BBB通透性增加。MCP-1可通過Rho信號通路誘導(dǎo)TJs的再分配，導(dǎo)致CECS細(xì)胞旁通透性增加。星形膠質(zhì)細(xì)胞在缺氧狀態(tài)下釋放的MMP-13也可能導(dǎo)致胞質(zhì)緊密黏連蛋白(ZO)-1和VE-cadherin的損傷。腦損傷后，星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放VEGF結(jié)合VEGFR-1，可通過PI3K/Akt信號通路誘導(dǎo)BBB功能障礙。在動物實(shí)驗(yàn)中，VEGF與CECs中的VEGFR-2結(jié)合，激活CECs中磷脂酶(PL)Cγ/eNOS通路，介導(dǎo)claudin-5表達(dá)下調(diào)，在破壞BBB完整性中發(fā)揮關(guān)鍵作用〔16〕。

3.2小膠質(zhì)細(xì)胞的激活 小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中的永久性免疫細(xì)胞，約占中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞總數(shù)的16%。已證實(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞激活可降低突觸可塑性，并直接影響大腦的長時(shí)程增強(qiáng)(LTP)，導(dǎo)致認(rèn)知障礙。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織發(fā)生損傷，小膠質(zhì)細(xì)胞迅速被激活。活化的小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)為抗炎表型(M2型)或促炎表型(M1型)。M2型小膠質(zhì)細(xì)胞分泌保護(hù)性細(xì)胞因子，減輕免疫反應(yīng)，消化壞死組織的碎片，促進(jìn)神經(jīng)元的存活和修復(fù)，而M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的過度激活主要導(dǎo)致大腦的炎癥環(huán)境，不僅對BBB造成進(jìn)一步損害，還導(dǎo)致神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞損傷。

小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在低灌注時(shí)被激活，與血管性疾病的WM損傷和認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)。慢性低灌注導(dǎo)致CEC功能障礙，導(dǎo)致纖維蛋白原和炎性細(xì)胞通過被破壞的BBB進(jìn)入大腦組織，保持M1型小膠質(zhì)細(xì)胞活化。研究表明，進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)的纖維蛋白原可與小膠質(zhì)細(xì)胞上分化抗原(cd)11b/CD18的整合素家族結(jié)合，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞在血管損傷部位的活化和聚集〔17〕。實(shí)驗(yàn)表明，CECs分泌的MMP-3在缺氧和缺糖條件下也能激活小膠質(zhì)細(xì)胞〔18〕。此外，MMP-3缺乏的膠質(zhì)細(xì)胞能顯著降低小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的活化會嚴(yán)重?fù)p害BBB的完整性，被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中MMPs和ROS的主要來源。小膠質(zhì)細(xì)胞大量表達(dá)MMP-2/-3/-9，能降解基膜(BM)和TJs，導(dǎo)致BBB被破壞?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞釋放活性氧，通過Rhoa/PI3K/Akt途徑，誘導(dǎo)TJs再分配，并影響上述BBB功能。

3.3腦WM病變 大腦皮層是人類的高級神經(jīng)中樞，與認(rèn)知功能密切相關(guān)。然而，WM在認(rèn)知功能中的作用越來越受重視。WM占大腦體積的一半左右，對CBF的變化很敏感，在灌注不足時(shí)容易受損。VaD危險(xiǎn)因素導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和CBF失調(diào)，增加了WM對病變的敏感性。在自發(fā)性高血壓大鼠中，漸進(jìn)式腦灌注不足會導(dǎo)致WM稀薄和空泡化，可在WM中檢測到髓鞘軸突的彌漫性損傷〔19〕。少突膠質(zhì)細(xì)胞(OL)丟失和脫髓鞘，是WM病變的兩個(gè)主要特征。

3.3.1OL損傷和脫髓鞘 成熟的OL包裹軸突形成富含磷脂的節(jié)段性髓鞘，不僅促進(jìn)神經(jīng)沖動的快速傳導(dǎo)，還能通過分泌多種營養(yǎng)物質(zhì)為軸突提供營養(yǎng)支持，從而促進(jìn)軸突的生長和存活。OL損傷可導(dǎo)致脫髓鞘和軸突變性。慢性腦灌注不足對髓鞘的完整性產(chǎn)生顯著影響，最終導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。血管性疾病患者的髓鞘密度和少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞(OPCs)數(shù)量明顯減少。在VaD患者或動物模型中一些髓鞘蛋白也有顯著改變〔20〕。如對缺血和缺氧高度敏感的髓鞘堿性蛋白(MBP)和髓鞘相關(guān)蛋白(MAG)在VaD患者的大腦中的表達(dá)均顯著降低。蛋白脂蛋白(PLP)-1的表達(dá)隨著VaD的嚴(yán)重程度而增加，而MAG與PLP-1之比則顯著降低。研究發(fā)現(xiàn)，TJ中斷后，TNF-α和纖維蛋白原進(jìn)入腦組織可引起脫髓鞘。在脫髓鞘區(qū)，纖維蛋白原、增生的星形膠質(zhì)細(xì)胞和活化的小膠質(zhì)細(xì)胞共存，提示纖維蛋白原和膠質(zhì)細(xì)胞活化可能是導(dǎo)致OL功能障礙的主要原因〔21〕。在低氧條件下，乳酸可優(yōu)先作為其能量來源。OL表達(dá)大量的乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(MCT)-1，可從星形膠質(zhì)細(xì)胞中獲得乳酸。低灌注時(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的乳酸減少，MCT-1活性降低，導(dǎo)致向OL供應(yīng)的乳酸減少，使OL受損或凋亡。在BBB受損的情況下，OL中的(P2X7)可與神經(jīng)元和星形細(xì)胞釋放的ATP結(jié)合，從而導(dǎo)致鈣流入增加，并導(dǎo)致OL持續(xù)損傷。一些研究表明，在缺氧狀態(tài)下，ATP供應(yīng)減少導(dǎo)致Na+通道不完全失活和Na+/Ca2+交換器功能障礙，并提高細(xì)胞內(nèi)Na+和Ca2+濃度，導(dǎo)致谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(GLT)-1功能逆轉(zhuǎn)，釋放大量谷氨酸〔22〕。過多的谷氨酸將過度激活A(yù)MPA/KA型谷氨酸受體，導(dǎo)致OL中鋅的積累，并以聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)-1依賴的方式激活ERK-1/2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終導(dǎo)致OL死亡。此外，有研究發(fā)現(xiàn)MMP-2可降解MBP，可能是脫髓鞘的一個(gè)原因〔23〕。NF-κB通路的激活對OL具有強(qiáng)烈的破壞作用，而敲除IκB2可顯著減少OL丟失。脫髓鞘導(dǎo)致神經(jīng)沖動傳導(dǎo)減慢，記憶和認(rèn)知形成路徑受阻，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。

3.3.2髓鞘再生障礙 CEC功能障礙及由此產(chǎn)生的大腦炎癥環(huán)境和氧化應(yīng)激可降低少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPCs)的遷移和增殖能力。繼而，氧化應(yīng)激可導(dǎo)致促進(jìn)OPCs分化的基因表達(dá)降低，從而阻止OPCs分化。來自CEC和小膠質(zhì)細(xì)胞的ROS降低了谷胱甘肽(GSH)水平，導(dǎo)致OPCs中自由基增加，使OPCs分化為成熟OLs的能力減弱。當(dāng)纖維蛋白原進(jìn)入腦組織時(shí)，可激活骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)信號通路，促進(jìn)OPC中SMAD-1/5/8磷酸化，抑制OPC分化，從而抑制髓鞘再生。研究顯示，隨著小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化，OPCs的增殖受到了明顯抑制〔24〕。在小膠質(zhì)細(xì)胞與OPCs共培養(yǎng)中，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞通過熱休克蛋白(HSP)60/TLR-4/NF-κB信號通路可誘導(dǎo)OPCs細(xì)胞凋亡。透明質(zhì)酸酶(PH)20在損傷狀態(tài)下可降解透明質(zhì)酸，其裂解產(chǎn)物可抑制OPCs的分化和成熟，從而阻礙髓鞘再生。OPCs損傷后可表達(dá)MMP-9，從而具備降解BBB的能力，導(dǎo)致其功能障礙加劇。此外，WMH區(qū)域的BBB完整性顯著降低，這反過來會加重WM的損害。

3.4神經(jīng)元損傷

3.4.1軸突損傷 軸突在神經(jīng)元信號傳播中起著關(guān)鍵作用。髓鞘、神經(jīng)元線粒體功能和能量供應(yīng)都能影響軸突功能。VaD模型大鼠呈現(xiàn)明顯的髓鞘丟失和軸突損傷現(xiàn)象〔25〕。脫髓鞘破壞軸突乳酸供應(yīng)。脫髓鞘可導(dǎo)致OL-胰島素樣生長因子(IGF)-1和膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)增加軸突長度并促進(jìn)神經(jīng)元存活的能力減弱。此外，髓鞘丟失后，軸突直接暴露于腦實(shí)質(zhì)的炎癥環(huán)境中，影響軸突能量合成，從而改變Na+-K+-ATP酶的活性，引起Na+和Ca2+超載和軸突血流紊亂。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過MCT-1/2/4直接向軸突供應(yīng)乳酸，在輕度缺氧條件下維持正常的生理功能〔26〕。在灌注不足時(shí)CECs和星形膠質(zhì)細(xì)胞中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)-1和MCT-1/2/4功能障礙可能導(dǎo)致軸突乳酸供應(yīng)中斷，導(dǎo)致軸突損傷或變性。乳酸參與了LTP的維持過程，對記憶形成至關(guān)重要。此情況下，中斷乳酸供應(yīng)可能是導(dǎo)致VaD認(rèn)知障礙的一個(gè)原因。此外，大量線粒體的存在使軸突成為腦損傷后活性氧的主要來源，因而成為氧化應(yīng)激的主要靶點(diǎn)。與年齡相關(guān)的活性氧誘導(dǎo)的線粒體功能障礙和內(nèi)源性抗氧化劑減少，增加了線粒體氧化應(yīng)激導(dǎo)致軸突損傷的可能性。

3.4.2突觸可塑性損傷 突觸可塑性是指突觸的數(shù)量、形態(tài)和功能發(fā)生長期變化的特征，是認(rèn)知功能和記憶儲存的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。LTP是一種典型的突觸可塑性增強(qiáng)類型，是長期記憶的主要分子機(jī)制。在患者或動物模型中，突觸相關(guān)蛋白的表達(dá)可在AD發(fā)病早期發(fā)生變化。盡管相關(guān)數(shù)據(jù)僅限于VaD方面的研究，突觸可塑性的變化不如AD那么明顯，但現(xiàn)有數(shù)據(jù)證實(shí)了在VaD患者和動物模型可見LTP受損和默突觸增加〔27〕。

腦血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙可直接影響突觸可塑性。大量的研究表明，來源于e-NOS的NO是維持大腦皮層和海馬突觸功能的關(guān)鍵信號分子〔28〕。研究發(fā)現(xiàn)，在海馬區(qū)，eNOS僅在CECs中表達(dá)。因此，CECs中NO信號的變化可能是導(dǎo)致突觸可塑性損傷的早期原因之一。由于eNOS/NO活性的破壞而導(dǎo)致BDNF表達(dá)降低也可能是突觸可塑性受損的原因。CEC功能障礙引起的小膠質(zhì)細(xì)胞活化和星形細(xì)胞增殖可直接影響突觸可塑性?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞大量表達(dá)iNOS，NO釋放量遠(yuǎn)超過生理要求，進(jìn)而抑制LTP形成。腦缺血后，阻斷iNOS可恢復(fù)LTP，提高患者行為能力。

3.4.3神經(jīng)元凋亡 慢性低灌注可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡，這與CEC功能障礙直接相關(guān)。CECs的屏障功能受損，纖維蛋白原、免疫球蛋白G和白細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，引起神經(jīng)元細(xì)胞凋亡。過量NO導(dǎo)致S-亞硝基化纖維蛋白原誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡蛋白caspase-3的表達(dá)，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。白細(xì)胞浸潤釋放多種有毒蛋白質(zhì)，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷和死亡。低氧條件下淋巴細(xì)胞浸潤釋放神經(jīng)毒性顆粒酶(Gra)-B，與PARP和caspase-3結(jié)合，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。此外，Gra-B可激活PAR1/PLCβ-IP3信號通路，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，IL-1β可進(jìn)一步加強(qiáng)此反應(yīng)。CEC表達(dá)的MMP-9也在神經(jīng)元死亡中起作用。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在缺血缺氧條件下，神經(jīng)元與表達(dá)MMP-9的CECs共孵育可導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡，這可能與凋亡信號調(diào)節(jié)激酶(ASK)-1的激活有關(guān)，可抑制PI3K/Akt/Nrf2/HO-1信號，上調(diào)COX-2，導(dǎo)致AD對神經(jīng)元凋亡有影響〔29〕。在炎癥條件下，活動的MMP在神經(jīng)元核中的表達(dá)也會增加，通過切割PARP-1，導(dǎo)致神經(jīng)元DNA損傷和DNA修復(fù)能力受損，最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。此外，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，成為TNF-α、IL-1β、ROS、過量NO和各種趨化因子的主要來源，也是造成神經(jīng)元死亡的主要原因。TNF-α和IL-1β都能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外谷氨酰胺酶1的表達(dá)，引起細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外谷氨酰胺的積累，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。TNF-α還通過激活NF-κB通路，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞GLT-1的功能，導(dǎo)致細(xì)胞外興奮性谷氨酸鹽過量。老年人腦中TNF-α水平升高，通過玻連蛋白受體(VNR)促使應(yīng)激神經(jīng)元被吞噬，導(dǎo)致神經(jīng)元丟失。激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞也可通過釋放炎癥介質(zhì)引起神經(jīng)元損傷或死亡，激活星形膠質(zhì)細(xì)胞過度激活可分泌脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(LCN)2來促進(jìn)海馬神經(jīng)元凋亡。

3.4.4神經(jīng)再生受損 普遍認(rèn)為，星形膠質(zhì)細(xì)胞過度增殖會形成膠質(zhì)瘢痕，阻礙軸突的生長，其中，蛋白多糖(CSPGs)可能發(fā)揮主要作用。然而，星形膠質(zhì)細(xì)胞瘢痕是有助于軸突再生的。另一方面，OL表達(dá)的軸突抑制蛋白可抑制損傷后軸突再生，從而導(dǎo)致軸突持續(xù)丟失。在生理?xiàng)l件下，分別由OL、actin和勿動蛋白(Nogo)-a表達(dá)的髓鞘相關(guān)糖蛋白(MAG)和少突膠質(zhì)細(xì)胞髓磷脂糖蛋白(OMgp)可作用于Nogo66受體(NgR)，并通過RhoA/ROCK途徑抑制軸突過度生長。然而，研究表明，缺氧和缺血可導(dǎo)致NGR過度表達(dá)，從而激活RhoA/ROCK信號通路并抑制軸突再生〔30〕。

在腦缺血缺氧的情況下，成人腦室下區(qū)(SVZ)的神經(jīng)干細(xì)胞可遷移到神經(jīng)元損傷區(qū)，開始神經(jīng)再生。神經(jīng)干細(xì)胞的遷移分化受其再生能力的影響。源于CECs的BDNF是促進(jìn)NSC遷移的關(guān)鍵因素。氧化應(yīng)激和炎癥導(dǎo)致BDNF降低和神經(jīng)再生受損。纖維蛋白原也可介導(dǎo)軸突生長抑制。進(jìn)入大腦的纖維蛋白原與神經(jīng)元β3整合素結(jié)合，誘導(dǎo)神經(jīng)元中的表皮生長因子受體(EGFR)磷酸化，從而抑制軸突的生長。CECs和小膠質(zhì)細(xì)胞都會產(chǎn)生大量的NO，這會損害神經(jīng)再生。研究發(fā)現(xiàn)，大量的NO可促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化，減少神經(jīng)元的發(fā)生，從而損害損傷后的神經(jīng)元再生〔31〕。

綜上，VaD是由老年人和多種血管危險(xiǎn)因素引起的?，F(xiàn)有或繼發(fā)的CEC功能障礙可視為VaD的基本病理學(xué)表現(xiàn)。eNOS/NO信號通路受損在CEC功能障礙和隨后的神經(jīng)損傷中起主要作用。因此，針對CECS中的ENOS/NO信號通路的治療不僅可保護(hù)CEC功能，還能間接起到保護(hù)神經(jīng)的作用。另一方面，CECs屏障功能減弱是導(dǎo)致認(rèn)知功能下降的主要原因。在此過程中，RhoA信號通路的激活增加了細(xì)胞旁通透性，促進(jìn)白細(xì)胞和血漿蛋白進(jìn)入大腦，是神經(jīng)膠質(zhì)激活和神經(jīng)元損傷的主要原因之一，但對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，特別是在VaD中的研究卻很少。CAV-1在CECs的跨細(xì)胞通透性中起著關(guān)鍵作用，也可能成為未來治療VaD藥物的靶點(diǎn)。此外，由于CEC功能障礙的發(fā)生先于VaD發(fā)病，預(yù)防高危人群CEC功能障礙的措施將有助于降低VaD的發(fā)病率。預(yù)防高血壓、高脂血癥、糖尿病、動脈粥樣硬化等疾病的措施，可減少CECs的損害和血管結(jié)構(gòu)變化，從而達(dá)到預(yù)防老年人發(fā)生VaD的目的。