腦腎素-血管緊張素系統(tǒng)通過腦微血管內(nèi)皮細胞調(diào)控神經(jīng)血管單元介導(dǎo)阿爾茨海默病機制研究進展

張評奧，宋成寰，施霽耘，黃婉瑩，張 瑞，張永芳，王 昊

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院1.藥理學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系，2.上海高校轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200025）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）是全球最常見的神經(jīng)退行性疾病，其發(fā)病率逐年上升，至2050 年，全世界發(fā)病率相較于2021 年或?qū)⒃鲩L3 倍［1］。AD 的主要病理特征為海馬和皮質(zhì)區(qū)的細胞外β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉積、細胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangle，NFT）以及神經(jīng)炎癥［1］。AD患者常表現(xiàn)出明顯的記憶、語言和情感障礙及空間識別和學(xué)習(xí)能力下降［1］。值得注意的是，腦血管健康失衡是所有神經(jīng)退行性疾病的共同病理特征之一，在AD 患者中普遍存在。AD患者還常伴隨血壓升高、血管狹窄和腦血流量減少等癥狀，同時會出現(xiàn)微血管堵塞、出血、異常血管增生和血管基底層丟失等病理改變［2］。AD 的血管病理學(xué)說認為，早期AD 是一種微血管疾病，腦血管功能異常是AD 最早出現(xiàn)的生物學(xué)特征之一［2］。

腦微血管內(nèi)皮細胞（brain microvascular endothelial cell，BMEC）是構(gòu)建腦毛細血管和組成血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的基本細胞，同時也是神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）的重要成員［3］。腦微血管滲透壓及生理功能依賴腎素-血管緊張素系統(tǒng)（renin-angiotensin system，RAS）的調(diào)節(jié)，而以血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）水平升高為主的RAS失衡則是誘導(dǎo)AD血管損傷的重要誘因［4］?，F(xiàn)已證實，腦組織中的各類細胞可分別獨立地表達RAS 中的各個組分，其獨立于外周RAS 在腦組織形成一套特殊的局部RAS——腦RAS（brain RAS，BRAS）。BRAS 的主要成分包括星形膠質(zhì)細胞分泌的血管緊張素原（angiotensinogen，AGT）、神經(jīng)元細胞與小膠質(zhì)細胞表達的腎素和血管緊張素受體（angiotensin receptor，ATR）及腦微血管內(nèi)皮細胞表達的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）（圖1）。BRAS 產(chǎn)生的AngⅡ并非來自循環(huán)而是直接在腦組織中產(chǎn)生，不作用于外周，而是直接作用于鄰近的神經(jīng)細胞，因此相比于外周RAS，BRAS 對維持中樞神經(jīng)細胞功能具有更重要的作用［4-5］。而BMEC作為外周RAS 和BRAS 共同的效應(yīng)細胞，可能是實現(xiàn)RAS 與BRAS 調(diào)控的重要橋梁。盡管RAS 在外周循環(huán)系統(tǒng)疾病中的作用已被深入研究，但其對神經(jīng)細胞的調(diào)控作用并未獲得廣泛關(guān)注，其調(diào)節(jié)機制也尚未明確。研究表明，BRAS 作為局部調(diào)控系統(tǒng)在調(diào)控NVU 和AD 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用［5］。本文擬圍繞BRAS 介導(dǎo)的NVU 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其與AD關(guān)系的研究進展進行綜述。

圖1 人腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）主要細胞中腎素-血管緊張素系統(tǒng)（RAS）關(guān)鍵成員RNA 表達與分布. nTPM：每百萬堿基的轉(zhuǎn)錄本（transcripts per kilobase million）.數(shù)據(jù)獲取自THE HUMAN PROTEIN ALTAS（https：//www.proteinatlas.org/）中的scRNA-seq數(shù)據(jù)庫.

1 BRAS參與AD發(fā)生發(fā)展

BRAS 的運轉(zhuǎn)機制與外周RAS 相似，在腦星形膠質(zhì)細胞中合成的AGT 會被中樞游離的腎素代謝為AngⅠ，隨后在BMEC、神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的細胞膜上被ACE 催化代謝為AngⅡ。AngⅡ可通過1 型血管緊張素受體（angiotensin type 1 receptor，AT1R）調(diào)節(jié)細胞的生理功能。AngⅡ隨后被ACE2 轉(zhuǎn)化代謝為Ang（1-7），而激活Mas 受體（Masreceptor，MasR）可對AngⅡ產(chǎn)生拮抗作用（圖2）［4-5］。

AngⅡ具有強烈的縮血管活性，病理狀態(tài)下，AngⅡ具有較強的促炎和促氧化作用［4-5］。AngⅡ的異常升高是高血壓等心血管疾病的特征指標(biāo)，也是血管性癡呆的重要誘因［6］。值得注意的是，AngⅡ是相對分子質(zhì)量為1046 的非脂溶性多肽類化合物，由于其親水特性，外周AngⅡ難以透過BBB［7］，因此，BRAS 對微環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有獨立于循環(huán)系統(tǒng)RAS 的重要調(diào)控作用。臨床研究表明，AD 患者腦組織中AGT 和AngⅡ顯著升高，而腦脊液和血清中的ACE 蛋白水平和活性降低，內(nèi)側(cè)額葉皮質(zhì)中ACE2 活性也顯著降低［5，8-9］。ACE 是水解AGT 的關(guān)鍵酶，已有研究證實，ACE 具有水解Aβ1-42和抑制Aβ 沉積的作用［10］。注射外源性AngⅡ會造成血管功能損傷，促進Tg2576 小鼠Aβ 沉積，加劇認知損傷［11］。AngⅡ可通過激活A(yù)T1R 增加淀粉樣前體蛋白mRNA 水平，或通過增強β-分泌酶活性和增加早老素表達等多種途徑提高腦內(nèi)Aβ 水平［12］。另有研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ與微管蛋白過度磷酸化、氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥有關(guān)［12-13］。衰老大腦表現(xiàn)出AT1R 上調(diào)及AT2R 下調(diào)的生理特征也間接提示AngⅡ在神經(jīng)退行性疾病中的重要作用［14］。總之，BRAS 失調(diào)，特別是AngⅡ水平升高，可通過氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥等機制參與AD的發(fā)生發(fā)展（圖2）。

迄今為止，誘導(dǎo)AD 患者BRAS 失衡的確切機制尚不明確，有研究提示，BRAS失衡與血管病變密切相關(guān)，其中AT1R 過度激活與腦血管缺血、腦氧化應(yīng)激、BBB 破壞和炎癥等密切相關(guān)［4］。ACE2 表達和活性的降低則與高血壓、心力衰竭、動脈粥樣硬化和糖尿病等血管相關(guān)疾病有關(guān)［15］。研究表明，高血壓期間循環(huán)系統(tǒng)AngⅡ水平升高會破壞BBB 完整性，從而使外周循環(huán)系統(tǒng)中的AngⅡ能夠進入交感神經(jīng)中樞，誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥［7］。簡言之，維護血管健康，同時維持BRAS 穩(wěn)態(tài)對預(yù)防AD 的發(fā)生及抑制其發(fā)展均具有重要意義。目前已開展多項RAS 藥物改善認知障礙的臨床試驗，其中AT1R 拮抗劑（沙坦類藥物）和ACE 抑制劑（普利類藥物）具有良好的BBB 透過性，多項Ⅱ期臨床試驗結(jié)果顯示，抑制BRAS具有改善認知功能的效應(yīng)［16-20］。相比于其他RAS 抑制劑，沙坦類藥物尤其是坎地沙坦具有更好的改善患者認知障礙的作用，且對患者血壓和腦血流影響更小，更具開發(fā)潛力（表1）［16-31］。

表1 抗RAS藥物改善認知的臨床試驗

2 NVU調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)與AD發(fā)病機制

AD 發(fā)病機制的血管病理假說認為，腦血管系統(tǒng)通過能量傳輸、氧氣運輸和傳遞信號分子等途徑維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，神經(jīng)細胞也可通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)血管狀態(tài)，以滿足CNS的物質(zhì)與能量代謝需求。神經(jīng)與腦血管間的這種交互網(wǎng)絡(luò)被稱為神經(jīng)血管耦合（neurovascular coupling，NVC），其功能單位稱為NVU［3］。NVU 主要由BMEC、膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元組成，NVU 同樣是構(gòu)成BBB 的物質(zhì)基礎(chǔ)，NVU 成分間借助NVC 相互作用，并影響B(tài)BB 的結(jié)構(gòu)完整性和功能［32］。NVU 功能失調(diào)可引起腦缺氧和BBB 破壞，導(dǎo)致外周毒素入腦，促進炎癥和氧化應(yīng)激產(chǎn)生，同時也會影響Aβ 清除，加速中樞Aβ 積累和NFT 形成，進一步惡化血管功能障礙，進入惡性循環(huán)，加重AD 病理［33-34］。神經(jīng)元、腦微血管內(nèi)皮細胞、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞中任一成員的病理變化均可通過NVU調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進入惡性循環(huán)，破壞中樞微環(huán)境穩(wěn)態(tài)。如小膠質(zhì)細胞激活后可釋放炎癥因子，誘導(dǎo)反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞激活和異常增生、星形膠質(zhì)細胞終足脫落并釋放趨化因子破壞BBB 及外周毒素入腦并損傷神經(jīng)元，最終導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變（圖3）。

圖3 神經(jīng)血管單元（NVU）損傷誘導(dǎo)AD 發(fā)生. 病理狀態(tài)下NVU 各成員細胞表現(xiàn)中出現(xiàn)如星形膠質(zhì)細胞異常增生、神經(jīng)元死亡、血管內(nèi)皮細胞緊密連接降低、壁細胞遷移和小膠質(zhì)細胞活化等病理學(xué)改變，破壞中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細胞氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥和代謝異常的發(fā)生，并最終誘導(dǎo)AD發(fā)生.

3 BRAS對NVU的調(diào)節(jié)作用

NVU 的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，其內(nèi)部機制尚未完全闡明，而BRAS 的主要組件分別位于腦神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，AT1R 則幾乎分布在所有血管和神經(jīng)細胞上，因此AngⅡ可能在NVU 幾種關(guān)鍵細胞間的信號傳導(dǎo)和交流互作方面發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)NVU 的作用［35］。CNS 中，星形膠質(zhì)細胞通過表達AGT 調(diào)節(jié)AngⅡ水平，后者通過AT1R 作用于BMEC、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，進而調(diào)節(jié)BBB 通透性和CNS微環(huán)境穩(wěn)態(tài)。由此可見，BRAS是NVU調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的重要環(huán)節(jié)，而AGT/AngⅡ/AT1R 則是NVU成員間實現(xiàn)交互串?dāng)_的重要途徑。

3.1 BRAS對BMEC的調(diào)節(jié)作用

BMEC是AngⅡ重要的靶細胞。除了調(diào)節(jié)血管的緊張狀態(tài)，AngⅡ也可通過凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1和內(nèi)皮素介導(dǎo)BMEC 損傷，并通過激活A(yù)T1R 破壞BMEC 間的緊密連接，降低電阻，從而提高BBB 經(jīng)細胞和旁細胞通透性，破壞BBB 的完整性和屏障功能［36-37］。AngⅡ損傷BMEC 通透性的機制可能與AT1R 介導(dǎo)的過氧化物酶體增殖物激活受體α 去磷酸化有關(guān)［38］。近期Ding［39］等發(fā)現(xiàn)，AngⅡ可通過NADPH 氧化酶2 促進BMEC 中超氧化物的產(chǎn)生。此外，RAS 的激活也會抑制血管內(nèi)皮細胞一氧化氮合酶磷酸化，從而影響一氧化氮（nitric oxide，NO）合成與釋放，介導(dǎo)內(nèi)皮細胞功能障礙，進而抑制細胞遷移［39-40］。

3.2 BRAS對神經(jīng)元的調(diào)節(jié)作用

研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ可直接作用于神經(jīng)元，并影響其電信號傳遞、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)［41］。Case等［42］認為，AngⅡ介導(dǎo)的神經(jīng)元損傷由線粒體超氧化物的增加所致，并提出神經(jīng)元線粒體中NADPH氧化酶4 會通過產(chǎn)生超氧化物促進AngⅡ介導(dǎo)的神經(jīng)元損傷。Ma 等［43］研究表明，AngⅡ可通過促進突觸處的鈣通道亞基α2δ-1 與N-甲基-D-天冬氨酸受體結(jié)合，增強交感神經(jīng)元興奮性。Garrido-Gil等［44］則發(fā)現(xiàn)，AngⅡ通過AT1R 在多巴胺能神經(jīng)元鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。激活A(yù)T2R 或Ang（1-7）-MasR 軸可改善認知障礙，并改善AngⅡ?qū)ι窠?jīng)元的損傷作用［45-46］。Kim 等［47］發(fā)現(xiàn)，RAS 抑制劑具有顯著的神經(jīng)保護作用，可糾正帕金森病模型斑馬魚的代謝異常。因此有研究指出，抑制AT1R 激活的同時選擇性激活A(yù)T2R 是改善AD 中神經(jīng)元功能障礙的潛在策略［46］。

3.3 BRAS對星形膠質(zhì)細胞的調(diào)節(jié)作用

研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ可誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞炎癥和氧化應(yīng)激，并抑制星形膠質(zhì)細胞對谷氨酸的攝?。?8-49］。Diaz 等［50］和Boily 等［51］發(fā)現(xiàn)，AngⅡ增加星形膠質(zhì)細胞上瞬時電位辣椒素受體4通道蛋白的表達，提高細胞內(nèi)Ca2+濃度和相關(guān)信號強度，并引起星形膠質(zhì)細胞終足與血管內(nèi)皮細胞間的緊密連接受損。Nataf等［52］認為，AngⅡ是星形膠質(zhì)細胞中水通道蛋白4 與轉(zhuǎn)化生長因子β 間的信號傳遞介質(zhì)。值得注意的是，星形膠質(zhì)細胞是CNS 中AGT的主要來源，當(dāng)敲除AGT基因后會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞終足從血管內(nèi)皮細胞上脫離，并引起B(yǎng)BB 受損；補充外源性AngⅡ則有助于緩解這種損傷，而應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生的AGT則會加劇神經(jīng)炎癥［53-54］。AngⅡ不僅參與調(diào)控星形膠質(zhì)細胞活化、炎癥激活和氧化應(yīng)激，也可通過星形膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)BBB 功能或介導(dǎo)神經(jīng)元損傷。

3.4 BRAS對小膠質(zhì)細胞的調(diào)節(jié)作用

小膠質(zhì)細胞極化可通過吞噬神經(jīng)元突觸介導(dǎo)突觸損失，加劇微管蛋白磷酸化，并分泌炎癥因子，或通過激活星形膠質(zhì)細胞加劇對神經(jīng)元的損傷［55］。研究發(fā)現(xiàn)，BRAS 與雌激素、Rho 激酶、胰島素樣生長因子1、腫瘤壞死因子α、鐵離子、過氧化物酶體增殖物激活受體γ 和Toll樣受體等多種小膠質(zhì)細胞的極化因子間存在關(guān)聯(lián)［14，44，56］。AngⅡ可激活小膠質(zhì)細胞Toll 樣受體4/MYD88 先天免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)適配器/NF-κB 信號通路誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞活化，活化的小膠質(zhì)細胞會進一步導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡和BBB 損傷；應(yīng)用AT1R 拮抗劑坎地沙坦（candesartan）則可抑制AngⅡ介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥［57-58］。Park 等［59］研究發(fā)現(xiàn)，長期輸注AngⅡ會通過小膠質(zhì)細胞活化誘導(dǎo)抑郁樣行為。針對AngⅡ的促炎作用，有研究指出，降低小膠質(zhì)細胞上AT1R/AT2R比例或激活A(yù)CE2/Ang（1-7）/MasR 軸，有助于抑制小膠質(zhì)細胞激活，緩解神經(jīng)炎癥［60-61］。

4 血管炎癥背景下BMEC誘導(dǎo)BRAS失衡

研究表明，血管病理損傷通常先于認知功能障礙和神經(jīng)變性，是AD 的早期病理特征［62-63］。BRAS 作為重要的血管調(diào)控系統(tǒng)，其失衡是AD 早期血管病變的重要標(biāo)志［5］。目前，誘導(dǎo)BRAS 失衡的具體機制尚不清晰，但可以肯定的是，其與AD 相關(guān)血管風(fēng)險因素如高血壓、糖尿病、心力衰竭和動脈粥樣硬化等密切相關(guān)［15］。值得注意的是，在上述病理背景下，腦血管損傷程度較輕，BBB 仍保留著完整的結(jié)構(gòu)和屏障功能，因此有毒有害物質(zhì)難以入腦，但BMEC 長期暴露于循環(huán)系統(tǒng)中的炎癥因子的刺激下則會通過NVC 影響NVU 中的神經(jīng)細胞，進而導(dǎo)致認知障礙。Tan等［64］研究發(fā)現(xiàn)，BMEC 分泌的信號素3G 可通過神經(jīng)菌毛素2/叢狀蛋白A4 調(diào)控海馬突觸結(jié)構(gòu)和可塑性。Lee 等［65］也發(fā)現(xiàn)，BMEC 可通過Notch 信號調(diào)控星形膠質(zhì)細胞谷氨酸轉(zhuǎn)運體1的表達。這些發(fā)現(xiàn)進一步表明，BMEC 具有逆向調(diào)節(jié)上游神經(jīng)細胞，影響NVU的作用。

在NVU 中，星形膠質(zhì)細胞與BMEC 關(guān)系最為密切，星形膠質(zhì)細胞通過其細胞終足與BMEC 緊密相連，共同構(gòu)成BBB，并可向BMEC 傳遞神經(jīng)遞質(zhì)和信號分子，在神經(jīng)元與BMEC 間發(fā)揮重要的橋梁作用［66］。因此，星形膠質(zhì)細胞可能是BMEC 影響NVU 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的主要靶細胞。BMEC 受炎癥刺激時，會表達白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）和IL-1β 等炎癥因子，而IL-6 和IL-1β 具有促進星形膠質(zhì)細胞中AGT 表達和提高中樞AngⅡ水平的作用［67-68］。上述研究結(jié)果提示，在血管炎癥背景下，BMEC 可通過釋放炎癥因子，促進星形膠質(zhì)細胞中AGT 的表達，干擾BRAS 穩(wěn)態(tài)，最終導(dǎo)致NVU 失調(diào)（圖4）。

5 外周RAS通過BMEC調(diào)控BRAS

循環(huán)系統(tǒng)RAS 失調(diào)是外周血管性疾?。ㄈ绺哐獕海┑闹饕卣髦唬唧w表現(xiàn)為ACE 活性提高和血漿AngⅡ濃度升高，而循環(huán)系統(tǒng)中較高濃度的AngⅡ具有促炎活性，會進一步誘導(dǎo)血管炎癥［69-70］。而BMEC 既是BRAS 重要的效應(yīng)細胞，也是外周AngⅡ重要的靶細胞。因此，在高血壓背景下，BMEC 可在AngⅡ的持續(xù)刺激下，通過IL-6和IL-1β等炎癥因子及內(nèi)皮素的表達與釋放，直接調(diào)控鄰近星形膠質(zhì)細胞AGT 表達，影響B(tài)RAS 穩(wěn)態(tài)［67-68］，或通過抑制硫化氫及NO 的產(chǎn)生和釋放，間接影響B(tài)RAS的生理功能［69-74］。內(nèi)皮素同樣具有縮血管活性，可與AngⅡ協(xié)同發(fā)揮更強、更持久的縮血管作用，而硫化氫和NO水平的降低則會抑制ACE2的表達，進一步促進中樞AngⅡ水平的升高［75］。AngⅡ水平升高一方面會導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，另一方面也會加劇BBB 的損傷，介導(dǎo)毒性物質(zhì)入腦，致使惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變的發(fā)生［7］。由此可見，BMEC 可能是實現(xiàn)外周RAS 與BRAS 內(nèi)外呼應(yīng)的重要橋梁，關(guān)注BMEC 在BRAS 調(diào)控中的作用既有利于闡明NVU的調(diào)控機制，同時也有利于理解心血管風(fēng)險因素對AD病理的影響。

6 結(jié)語

BRAS 是CNS 中的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要通過免疫應(yīng)答和氧化應(yīng)激調(diào)控NVU中的細胞狀態(tài)和功能。臨床證據(jù)表明，BRAS 失衡是AD 患者重要的病理特征，病理狀態(tài)下的AngⅡ可通過AT1R 促進CNS中Aβ 的產(chǎn)生以及細胞氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，加劇AD 病理進程。而RAS 抑制劑類藥物，特別是AT1R阻斷劑對延緩AD 病程、改善認知障礙具有積極作用，有望成為AD 治療的新策略。此外，本文依據(jù)NVC的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，總結(jié)了外周炎癥背景下BMEC通過影響中樞星形膠質(zhì)細胞中AGT表達，進而干擾BRAS 穩(wěn)態(tài)和誘導(dǎo)NVU 失衡的可能機制，并提出外周RAS借助BMEC與BRAS內(nèi)外串?dāng)_的機制假說。該假說為解釋外周疾病誘導(dǎo)神經(jīng)損傷的病理現(xiàn)象、深入探究NVU 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及開發(fā)AD 防治新策略提供了理論依據(jù)，值得進一步研究驗證。