孫成成 劉劍剛 劉美霞 李 浩 羅增剛

1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院老年病科，北京，100091，中國(guó)

2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院心血管病科，北京，100091，中國(guó)

3.北京市中醫(yī)管理局，北京，100053，中國(guó)

慢性腦低灌注（chronic cerebral hypoperfusion，CCH）是指由于各種血管因素或者其他原因所導(dǎo)致的管腔狹窄，造成腦血流量降低、長(zhǎng)期供血供氧不足的狀態(tài)，是導(dǎo)致機(jī)體認(rèn)知障礙的重要危險(xiǎn)因素。越來(lái)越多的臨床研究發(fā)現(xiàn)，伴有不同程度的認(rèn)知功能減退的個(gè)體，腦灌注量都有明顯的減少［1］；伴有CCH 狀態(tài)的個(gè)體與健康對(duì)照組相比較有不同程度的認(rèn)知功能減退［2］。阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）與血管性癡呆（vascular dementia，VaD）是老年時(shí)期認(rèn)知功能損害的兩個(gè)主要臨床類型，而CCH 所致的血管性認(rèn)知功能損害普遍存在于AD 和VaD 的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，是導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病和認(rèn)知障礙的高危因素［3］。本文主要介紹CCH 過(guò)程中腦損傷的作用機(jī)制及致血管性癡呆的機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上，概述幾種常用的實(shí)驗(yàn)性慢性腦低灌注動(dòng)物模型的制作方法，旨在為尋找有效的慢性腦低灌注損傷的保護(hù)策略提供新思路。

1 慢性腦低灌注致血管性癡呆的病理機(jī)制

慢性腦低灌注和局灶性腦缺血有著本質(zhì)區(qū)別，是現(xiàn)代社會(huì)臨床常見病和多發(fā)病，也是AD、VaD 和缺血性腦卒中等多種疾病發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是導(dǎo)致腦淀粉樣血管?。╟erebral amyloid angiopathy，CAA）的重要原因。隨著CAA 的進(jìn)展，臨床特征以認(rèn)知功能障礙、癡呆、精神癥狀等為主要表現(xiàn)。這些疾病的具體生理病理機(jī)制尚不十分清楚，涉及遺傳因素、局限性炎性病變、退行性病變及機(jī)體自身老化等方面。

1.1 腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)損傷和血管病變

血管性癡呆的發(fā)生機(jī)制與腦白質(zhì)受損相關(guān)，缺血性損傷是導(dǎo)致腦白質(zhì)受損的最主要原因。腦白質(zhì)是神經(jīng)纖維聚集區(qū)域，區(qū)域內(nèi)小動(dòng)脈（壁）發(fā)生玻璃變性、纖維增生和變厚等改變，可引起皮質(zhì)下供血障礙，進(jìn)而導(dǎo)致其局限性脫髓鞘［4］，中斷皮層和皮層下區(qū)域的聯(lián)系通路，破壞與認(rèn)知功能相關(guān)的纖維結(jié)構(gòu)的完整性，從而出現(xiàn)不同程度的認(rèn)知功能障礙［5］。由于深部白質(zhì)常處在不同血管遠(yuǎn)端細(xì)小分支的交界處，因而血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定，極易缺血。而血管性癡呆患者的白質(zhì)病變時(shí)血液循環(huán)中的一氧化氮（nitric oxide，NO）合成酶抑制劑的非對(duì)稱二甲基精氨酸（NO synthetase inhibitor asymmetric dimethylarginine，AD-MA）的水平升高，可損害腦動(dòng)脈NO 依賴性血管的舒張功能，使其僵硬度增高［6］。

1.2 腦血管的舒縮調(diào)節(jié)功能障礙

高血壓會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)皮受損、平滑肌細(xì)胞脂質(zhì)透明變性及血管纖維性壞死，導(dǎo)致血管狹窄。同時(shí)為保障腦血流，血壓持續(xù)升高，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致小血管的破裂［7］。小動(dòng)脈粥樣硬化是高血壓性腦血管病變的主要表現(xiàn)形式，有研究表明，其發(fā)病率與血管危險(xiǎn)因素相關(guān)，其嚴(yán)重程度與認(rèn)知功能障礙的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［8］。CAA 是一種常見的腦小血管病，是Aβ淀粉樣物質(zhì)在大腦皮質(zhì)及覆蓋其上的軟腦膜血管管壁漸進(jìn)性沉積，臨床主要表現(xiàn)為復(fù)發(fā)性和（或）多發(fā)性腦葉出血、癡呆、認(rèn)知和神經(jīng)功能減退、短暫性局灶性神經(jīng)癥狀發(fā)作等［9］。淀粉樣前體蛋白（amyliod precursor protein，APP）的降解過(guò)程變化引起淀粉樣蛋白（amyliod protein，Aβ）的生成增加，并沉積于動(dòng)脈壁的中層和外膜中，可能導(dǎo)致血管功能喪失而造成血流調(diào)節(jié)障礙，嚴(yán)重時(shí)血管擴(kuò)張可致微動(dòng)脈瘤并引起出血［10］。研究證實(shí)，CAA 幾乎存在于所有癡呆或認(rèn)知功能損傷的患者。

1.3 血管性結(jié)構(gòu)病變導(dǎo)致腦實(shí)質(zhì)性的損傷

血管性癡呆的腦實(shí)質(zhì)損傷以缺血病灶為多見。血管性認(rèn)知功能障礙（vascular cognitive impairment，VCI）是臨床最常見的認(rèn)知功能障礙類型之一。以小血管病和慢性腦低灌注為主要病因，小動(dòng)脈管壁病變導(dǎo)致腦缺血、缺氧、毛細(xì)血管通透性下降、神經(jīng)脫髓鞘等，引起皮質(zhì)下多發(fā)腔隙性腦梗死（lacunar infarction，LI）和缺血性腦白質(zhì)病變（white matter lesions，WML）為主要腦部損傷特點(diǎn)的皮質(zhì)下缺血性認(rèn)知功能障礙，是VCI的主要和常見亞型［11］。有研究通過(guò)腦成像、尸檢等檢測(cè)技術(shù)顯示，因動(dòng)脈閉塞所致血管性癡呆患者的深部白質(zhì)在供血受損程度上最為嚴(yán)重，其形成多發(fā)性梗死灶的原因與深部半球白質(zhì)受到深部小血管病變的影響有關(guān)［12］。白質(zhì)損傷與認(rèn)知障礙存在正相關(guān)性，伴有LI 的白質(zhì)損傷，認(rèn)知障礙明顯高于非腔梗組［13］。LI 是腦部深穿支動(dòng)脈的缺血性梗死，梗死灶直徑大小多為 2～20 mm［14］。在磁共振成像檢查中約50%初發(fā)性腦梗死患者可見LI病灶［15］。研究顯示，未加干預(yù)的LI 患者3 年內(nèi)發(fā)生腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，且更易形成VaD［16］。

1.4 腦微出血導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙

腦微出血（cerebral microbleeds，CMB）是老年群體中發(fā)病率較高的腦小血管病之一，多于晚期出現(xiàn)癡呆、認(rèn)知功能減退等癥狀。腦缺血再灌注后，腦血流仍然處于低灌注狀態(tài)，可在敏感腦區(qū)觀察到小血管比例增多，慢性腦低灌注致腦小動(dòng)脈壓力增加而破裂出血或滲出，腦缺血再灌注損傷導(dǎo)致興奮性氨基酸大量釋放，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致腦組織應(yīng)激性受損［17］，進(jìn)而導(dǎo)致腦微血管損害引起的微出血，微血管周圍間隙的擴(kuò)增、血管壁變薄誘發(fā)出血，而慢性腦低灌注性引起腦缺血缺氧代謝異常，導(dǎo)致血管彈性衰退等病理改變，CCH是導(dǎo)致CMB 的主要病理機(jī)制，晚期的CMB 主要病理改變是Aβ沉積［18］，與淀粉樣腦血管病變相關(guān)的CMB病灶主要分布在腦葉皮質(zhì)和海馬等區(qū)域，與認(rèn)知功能障礙和癡呆密切相關(guān)［19］。

1.5 海馬區(qū)域損傷導(dǎo)致的神經(jīng)血管單元障礙

海馬與空間學(xué)習(xí)和記憶能力高度相關(guān)，海馬CA1區(qū)對(duì)缺血及細(xì)胞凋亡十分敏感，因此海馬是腦缺血后最易受損的部位之一。慢性腦缺血后會(huì)導(dǎo)致海馬細(xì)胞凋亡造成海馬區(qū)的神經(jīng)元受損，是血管性認(rèn)知功能障礙的重要致病環(huán)節(jié)。有研究在CCH 模型中觀察到海馬區(qū)α-突觸核蛋白明顯增多，并隨時(shí)間增多更明顯，與認(rèn)知損失趨勢(shì)相似，因此推測(cè)α-突觸核蛋白增多對(duì)慢性腦低灌注相關(guān)認(rèn)知障礙可能有重要影響［20］。神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）由星形膠質(zhì)細(xì)胞足突的水通道蛋白-4（aquqporin-4，AQP4）錨定在血管基底膜形成的膠質(zhì)血管鏈接與神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞共同構(gòu)成，參與調(diào)控腦血流量和血腦屏障的通透性，在認(rèn)知功能受損的發(fā)病機(jī)制中有重要作用［21］。

研究表明，大鼠腦低灌注在持續(xù)狀態(tài)下引發(fā)不同程度的學(xué)習(xí)和記憶能力受損，進(jìn)而降低了認(rèn)知功能，其相關(guān)因素包括神經(jīng)元損傷、氧化應(yīng)激損傷等。同時(shí)在腦低灌注情況下，膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元等在認(rèn)知功能回路中可能有直接或間接的參與，而氧化應(yīng)激損傷則從一定程度上引起膠質(zhì)細(xì)胞活化，進(jìn)而使得大鼠體內(nèi)細(xì)胞毒性分子的釋放和合成受到影響，最終表現(xiàn)出中樞膽堿功能障礙和腦神經(jīng)代謝紊亂的情況［22］。

2 慢性腦低灌注動(dòng)物模型的制作

慢性腦缺血導(dǎo)致的慢性低灌注模型通常采用雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎和單側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎伴一側(cè)狹窄，盡管目前沒(méi)有一種動(dòng)物模型可以完全反映慢性腦低灌注致人類血管性癡呆的特點(diǎn)，但不同的慢性低灌注模型各具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，是探索疾病機(jī)制和尋找臨床治療方法的有效途徑。

2.1 血管阻塞模型

模型制作采用雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎，是目前模擬慢性腦缺血病理過(guò)程的常用模型。制作常選用大鼠，以無(wú)菌器械沿頸部正中切開皮膚及皮下組織，在一側(cè)頸前肌肉和側(cè)方肌肉間隙鈍性分離該側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎，另一側(cè)操作同上，間斷縫合皮膚。此模型損傷小、制作時(shí)間短。雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎可以影響腦血流，導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶能力下降并可誘發(fā)慢性、廣泛的低灌注狀態(tài)，是目前研究慢性腦缺血相關(guān)認(rèn)知功能障礙病理機(jī)制較為方便和穩(wěn)定的模型方法。

行為學(xué)特點(diǎn)表明，在Morris 水迷宮檢測(cè)雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎模型大鼠的空間學(xué)習(xí)記憶障礙時(shí)發(fā)現(xiàn)，Morris水迷宮逃避潛伏期延長(zhǎng)［23］。術(shù)后4 周，模型大鼠學(xué)習(xí)記憶能力顯示明顯降低［24］。對(duì)其病理機(jī)制的研究表明，雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎可以減少腦內(nèi)1/3 的血流量，同時(shí)伴隨神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)炎性、膽堿能障礙及神經(jīng)元凋亡等變化［25］，導(dǎo)致海馬區(qū)域選擇性神經(jīng)元損傷及死亡、突觸及樹突損傷，以及炎癥反應(yīng)等，最終造成學(xué)習(xí)記憶功能下降［26］。

2.2 雙側(cè)頸動(dòng)脈狹窄模型

大鼠頸部雙側(cè)頸總動(dòng)脈一并結(jié)扎，造成腦持續(xù)性低灌注，缺血缺氧性腦損傷，模擬了因動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈管腔狹窄等因素造成的 VaD，且此類模型操作簡(jiǎn)單，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。雙側(cè)頸總動(dòng)脈狹窄30 d 的模型小鼠可以適度降低腦血流量，模擬慢性腦組織低灌注疾病或腦小血管疾病所致的腦白質(zhì)損傷［27］。

認(rèn)知能力行為學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，術(shù)后5～6 個(gè)月雙側(cè)頸總動(dòng)脈狹窄的小鼠有明顯的工作記憶損害［28］。相關(guān)性分析表明，八臂迷宮檢測(cè)的工作記憶損害和彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）顯示的腦白質(zhì)損害之間存在顯著相關(guān)性。工作記憶被認(rèn)為和前額葉-皮質(zhì)下環(huán)路或者海馬相關(guān)，可推測(cè)該模型造成的腦白質(zhì)損害可能使前額葉-皮質(zhì)下環(huán)路或深部白質(zhì)長(zhǎng)聯(lián)系纖維等受損，使信息傳遞發(fā)生障礙，最終導(dǎo)致工作記憶損害。小鼠雙側(cè)頸動(dòng)脈狹窄后，海馬神經(jīng)元排列紊亂，細(xì)胞分散，出現(xiàn)細(xì)胞核濃縮、核仁消失、結(jié)構(gòu)不清的神經(jīng)元。低灌注部位神經(jīng)元由于供血供氧不足，無(wú)氧酵解途徑的能量產(chǎn)生有限，神經(jīng)元能量不足，進(jìn)而引發(fā)病理狀態(tài)［29］。

2.3 慢性腦低灌注復(fù)合模型

針對(duì)大鼠腦血液循環(huán)有豐富的側(cè)支循環(huán)，結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈不足以造成持續(xù)的腦血流下降，通過(guò)動(dòng)物尾動(dòng)脈放血、頸動(dòng)脈加壓、腹腔注射硝普鈉等方法降低血壓，增加模型低血流量的成模性，增加模型的可靠性。下面主要介紹雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎合并腹腔注射硝普鈉模型。在結(jié)扎頸總動(dòng)脈之前，腹腔注射硝普鈉（2.5 mg·kg-1，用生理鹽水溶解），隨即結(jié)扎頸總動(dòng)脈，另一側(cè)操作同上，傷口內(nèi)撒少許青霉素，間斷縫合皮膚，縫合完畢后酒精消毒傷口。此法制作模型可重復(fù)性、穩(wěn)定性較好，手術(shù)操作簡(jiǎn)單，尤其是以學(xué)習(xí)記憶低下為主要特點(diǎn)。于術(shù)后第7天左右，通過(guò)Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)可觀察到學(xué)習(xí)和記憶功能受損，大約術(shù)后8周經(jīng)八臂迷宮實(shí)驗(yàn)也可檢測(cè)到空間工作記憶受損［30］。

病理結(jié)果顯示，雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎模型動(dòng)物認(rèn)知功能的損害主要是由腦白質(zhì)病變引起的，包括脫髓鞘、髓鞘堿性蛋白的缺失和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化等。一般從術(shù)后4周開始，海馬CA1 區(qū)會(huì)出現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞密度增加和神經(jīng)元的缺失［31］。

2.4 腦血管基因缺陷模型

Cadasil 動(dòng)物模型是由于Notch3 基因突變?cè)斐傻哪X內(nèi)血管平滑肌細(xì)胞廣泛表達(dá)Notch3 基因，導(dǎo)致腦細(xì)胞變性并干擾腦血流流量調(diào)節(jié)功能，對(duì)小動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能造成病理影響，形成反復(fù)發(fā)作的缺血性腦卒中和認(rèn)知能力下降等癥狀。

模型的行為認(rèn)知能力和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，是了解疾病發(fā)展過(guò)程的良好模型，對(duì)于進(jìn)行早期臨床干預(yù)工作起到重要作用，但由于其費(fèi)用較高，現(xiàn)在還不適宜用于廣泛的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。

3 結(jié)語(yǔ)

慢性腦低灌注導(dǎo)致腦血管受損致血管性的認(rèn)知障礙已得到學(xué)者共識(shí)。對(duì)于血管性癡呆模型的不斷改進(jìn)和探索，有助于了解慢性腦低灌注在癡呆中引起的病理變化的重要性，以及推動(dòng)新的、有效的神經(jīng)血管單元保護(hù)藥物的研發(fā)具有重要意義，并在模型研究中尋找生物學(xué)標(biāo)記物和制定合理的治療方法。