腦血管內(nèi)皮細(xì)胞與動脈粥樣硬化性腦小血管病的研究進(jìn)展

劉睿，喻志源，駱翔

腦小血管病（cerebral small vessel disease，CSVD）是一種由腦微血管功能異常引起的白質(zhì)高信號和其他腦成像異常，如新發(fā)的皮質(zhì)下梗死和腔隙性腦梗死，目前發(fā)病機(jī)理尚不清楚[1]。CSVD 可分為2大類，即散發(fā)性CSVD和遺傳性CSVD[2]。本文主要討論動脈粥樣硬化性CSVD（atherosclerotic cerebral small vessel disease，aCSVD），它是最常見的散發(fā)性CSVD，與年齡、高血壓、糖尿病密切相關(guān)。其特征為直徑40～150 μm的小動脈或微動脈的平滑肌細(xì)胞發(fā)生缺失或膠原化。aCSVD 過程中血管病變?yōu)榫哂胁煌潭泉M窄的、細(xì)長曲折、缺乏細(xì)胞的透明樣變管腔。在此過程中，血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)上無明顯變化，但功能發(fā)生改變[3]，包括：血腦屏障功能異常、血管舒張功能異常及僵硬等[1]。腦血管內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells，ECs）不同于機(jī)體其他部位的內(nèi)皮，它參與構(gòu)成血腦屏障（blood brain barrier，BBB），為腦組織供能，并具有特異性的表達(dá)譜。此外，ECs 參與局部腦血流量的調(diào)節(jié)[3]。內(nèi)皮細(xì)胞的功能異常是aCSVD 的首要改變[4]。在嚴(yán)重的aCSVD 患者中，即使其他單核細(xì)胞和壁細(xì)胞完全丟失，內(nèi)皮細(xì)胞層仍然完好，但內(nèi)皮細(xì)胞的功能出現(xiàn)異常[3]。下面從以下3 個(gè)方面來詳述ECs 如何參與aCSVD的發(fā)生發(fā)展。

1 aCSVD中ECs的活化

內(nèi)皮細(xì)胞活化（endothelial activation）指內(nèi)皮細(xì)胞受到有害刺激后，表面標(biāo)志物的表達(dá)出現(xiàn)變化[5]。活化后的內(nèi)皮細(xì)胞表現(xiàn)出促炎、促血管收縮、增殖和促凝的特性。這是由于內(nèi)皮細(xì)胞分泌因子之間的平衡被打破，趨于促凝集、促血栓生成效應(yīng)。如凝血酶作用于內(nèi)皮細(xì)胞，使其分泌的血小板活 化 因子（platelet-activating factor，PAF）及von Willebrand（vWF）因子，具有促進(jìn)血小板活化的作用。同時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)和通透性發(fā)生改變，其表面的黏附因子分泌增多，有利于內(nèi)皮細(xì)胞對白細(xì)胞的募集。ECs 分泌的血管生成因子和抑制劑的平衡可影響aCSVD預(yù)后[6]。

目前國內(nèi)外的許多研究對aCSVD患者循環(huán)血中血管內(nèi)皮活化的標(biāo)志物進(jìn)行檢測。研究表明，在aCSVD 患者血清中，存在內(nèi)皮活化因子水平的升高，提示aCSVD 進(jìn)程中內(nèi)皮細(xì)胞的活化?？赡芸勺鳛閍CSVD診斷標(biāo)記物的內(nèi)皮活化因子包括細(xì)胞間 黏 附 分 子（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1），可溶性血栓調(diào)節(jié)蛋白（soluble thrombomodulin，sTM），白 介素-6（interleukin-6，IL-6），纖溶酶原激活物抑制物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1），vWF 等[3,7]。需要注意的是，內(nèi)皮活化標(biāo)志物常需要多種聯(lián)合使用，以作為aCSVD的診斷標(biāo)記物。aCSVD患者外周血中內(nèi)皮活化因子的升高已經(jīng)被證明。但在病灶周圍，即彌漫性白質(zhì)損傷灶（white matter lesion，WML）區(qū)域的內(nèi)皮細(xì)胞是否活化尚存在爭議。有研究發(fā)現(xiàn)，在aCSVD 患者腦組織中，腦內(nèi)皮細(xì)胞的ICAM-1、IL-6 水平并無明顯變化，sTM 水平相比對照組輕度升高[8]。這提示ECs 在aCSVD 進(jìn)程中可能并未發(fā)生活化。據(jù)此有研究提出，腦小血管病病變可能是全身性血管病的一個(gè)組成部分；在全身性血管病的病程中，不同器官的血管內(nèi)皮細(xì)胞的活化表達(dá)譜不同[9]。為闡明這一問題需要進(jìn)一步深入的研究。

2 ECs參與aCSVD中局部腦血流量改變

在生理狀況下，ECs 參與局部腦血流量（cerebral blood flow，CBF）的調(diào)節(jié)，介導(dǎo)血管對神經(jīng)遞質(zhì)、代謝因子和藥物等刺激的舒張反應(yīng)[10]。這些作用大多是通過內(nèi)皮細(xì)胞的一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）催化L-精氨酸合成的一氧化氮（nitric oxide，NO）介導(dǎo)的。這種調(diào)節(jié)基于血管內(nèi)皮對血管平滑肌的作用。其主要機(jī)制為血管活性分子的產(chǎn)生和釋放，這些活性分子擴(kuò)散到特定的分子靶點(diǎn)，并使血管平滑肌細(xì)胞發(fā)生內(nèi)皮依賴性的超極化[10]。通過這些機(jī)制，內(nèi)皮細(xì)胞可以影響靜息狀態(tài)下的腦血流。

WML區(qū)域的CBF下降是aCSVD的影像學(xué)特征，這使得白質(zhì)損傷區(qū)域處于低灌注狀態(tài)；灌注不足的程度與WML 的嚴(yán)重程度相關(guān)[11]。內(nèi)皮來源的NO 是調(diào)節(jié)局部CBF 的重要因子，通過NO/cGMP信號通路調(diào)節(jié)局部血管[12]。因此CBF調(diào)節(jié)異?？勺鳛殛U明內(nèi)皮損傷的標(biāo)志物[3]。內(nèi)皮來源的NO 擴(kuò)散至血管平滑肌細(xì)胞，通過刺激可溶性鳥苷酸環(huán)化酶促進(jìn)cGMP的合成，引起血管舒張。其他血管擴(kuò)張途徑包括內(nèi)皮源性超極化因子和前列環(huán)素[12]。此外，內(nèi)皮來源的NO通過抑制血小板的凝聚，具有抑制動脈粥樣硬化形成的能力[13]。另一方面，哺乳動物的神經(jīng)活動變化也可引起局部腦血流量的變化，這一過程通常被稱為神經(jīng)血管耦聯(lián)（neurovascular coupling，NVC）或功能性充血（functional hyperaemia）[14]。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞功能出現(xiàn)異常時(shí)，由于NVC的部分反應(yīng)是內(nèi)皮依賴性的，內(nèi)皮功能障礙也會導(dǎo)致NVC調(diào)節(jié)能力的損傷[10,15]。

3 ECs參與aCSVD中BBB通透性改變

ECs 是使BBB 維持腦穩(wěn)態(tài)的最重要組成部分[16]。BBB 的內(nèi)皮細(xì)胞具有特定的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和受體，以供代謝物及營養(yǎng)物質(zhì)通過[17]。而內(nèi)皮細(xì)胞之間形成的緊密連接則構(gòu)成了BBB 的第一道防線。相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞通過緊密連接蛋白結(jié)合。大腦中緊密 連 接 蛋 白（tight junctions，TJs）有3 大 家 族：閉 鎖 蛋 白（occludins）、claudin 蛋白和連接黏附分子（junctional adhesion molecules，JAM）[18]。這些TJs 都通過內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的封閉蛋白ZO-1 錨定在內(nèi)皮細(xì)胞骨架上。此外，腦內(nèi)皮細(xì)胞沒有窗孔，跨胞囊泡的數(shù)目少，限制了細(xì)胞間物質(zhì)運(yùn)輸[19]。與CBF類似，BBB的通透性也受到NVC的調(diào)控[20]。

目前，動態(tài)對比增強(qiáng)MRI（DCE-MRI）已成為評估aCSVD患者BBB功能的首選成像技術(shù)[21]。許多臨床研究表明，在合并卒中、認(rèn)知障礙，或有影像學(xué)特征性改變的腦小血管病患者中，可觀察到BBB 功能障礙。BBB 功能障礙隨著腦白質(zhì)高信號負(fù)荷的增加而增加，其損傷的嚴(yán)重程度可提示腦小血管病的預(yù)后[22]。在aCSVD動物模型易卒中自發(fā)性高血壓大鼠中，同樣可以觀察到BBB 的通透性改變；對其腦組織染色，可見腦組織損傷區(qū)域內(nèi)皮細(xì)胞claudin-5的水平相較對照組明顯降低[23]。這提示BBB 通透性改變可能是由于內(nèi)皮細(xì)胞間TJs 的破壞所導(dǎo)致。在正常的衰老過程中，BBB 也會發(fā)生輕度的功能障礙；但這一過程可由于遺傳易感性而加速[1]。例如，在ECs中表達(dá)的基因Foxf2就與散發(fā)性CSVD病程中BBB的損傷有關(guān)[24]。

當(dāng)腦組織處于低灌注狀態(tài)或缺血再灌注損傷后，活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和細(xì)胞因子通過激活肌球蛋白輕鏈磷酸化（phosphorylation of myosin light chains，MLC）信號通路，肌動蛋白絲聚合成纖維[25]。這種聚合通常伴隨著肌動球蛋白的收縮和細(xì)胞骨架張力的增加，從而引起腦內(nèi)皮細(xì)胞TJs的重排，使緊密連接松散，最終引起導(dǎo)致BBB通透性增加甚至出現(xiàn)滲漏[26]。缺血后BBB 的早期損傷主要是通過ROCK/MLC 信號通路引起的，并參與之后發(fā)生的基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）介導(dǎo)的BBB 開放[27,28]。內(nèi)皮細(xì)胞釋放的MMP2 和MMP9 參與了缺血后再灌注損傷過程中BBB 的破壞[29]。通過對MMP2/9 進(jìn)行基因敲除或通過藥物抑制其功能可以保護(hù)BBB 的完整性，并減少缺血再灌注后的腦損傷[30]。

除TJs 的改變外，另一個(gè)導(dǎo)致BBB 通透性升高的機(jī)制是內(nèi)皮細(xì)胞跨細(xì)胞作用的增多?？缂?xì)胞作用是指載有各種分子的囊泡穿越細(xì)胞的運(yùn)輸方式[31]。研究發(fā)現(xiàn)，卒中后6 h，內(nèi)皮細(xì)胞中可觀察到跨胞小泡的增多；此時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞的TJs無明顯變化[32]。目前關(guān)于腦小血管病病理過程中BBB 的破壞是否存在上述機(jī)制尚無定論，需要進(jìn)一步研究以得出結(jié)論。

4 結(jié)語

腦小血管病引起25%～30%的缺血性卒中，但目前對其發(fā)病機(jī)制的理解仍然不夠全面[33]。內(nèi)皮功能異常作為aCSVD 的首要改變，內(nèi)皮來源的一系列生物活性物質(zhì)的含量也發(fā)生變化：eNOS 和NO 的含量降低，引起局部腦血流量降低；同時(shí)對血小板的抑制能力也下降；內(nèi)皮活化后分泌的一系列分子如ICAM-1、PAI-1、IL-6 等，使內(nèi)皮趨于促炎、促凝集的效應(yīng)；在ROS、細(xì)胞因子等缺氧相關(guān)物質(zhì)作用下，內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞骨架發(fā)生重排，TJs 變得松散，從而導(dǎo)致BBB 通透性降低。此外，內(nèi)皮細(xì)胞作為神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）的中心，參與神經(jīng)血管耦聯(lián)，調(diào)節(jié)CBF 和BBB 通透性，維持腦內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。目前ECs 在CSVD 進(jìn)程中的作用日益清晰，但其功能異常與aCSVD 發(fā)生的先后順序、因果關(guān)系仍不確定[8]。進(jìn)一步研究內(nèi)皮細(xì)胞功能異常在CSVD發(fā)病機(jī)制中的作用，可為今后腦小血管病的預(yù)防和治療提供新的靶點(diǎn)。