劉睿,喻志源,駱翔
腦小血管?。╟erebral 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(hào)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(lèi),即散發(fā)性CSVD和遺傳性CSVD[2]。本文主要討論動(dòng)脈粥樣硬化性CSVD(atherosclerotic cerebral small vessel disease,aCSVD),它是最常見(jiàn)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(dòng)脈或微動(dòng)脈的平滑肌細(xì)胞發(fā)生缺失或膠原化。aCSVD 過(guò)程中血管病變?yōu)榫哂胁煌潭泉M窄的、細(xì)長(zhǎng)曲折、缺乏細(xì)胞的透明樣變管腔。在此過(guò)程中,血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)上無(wú)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(lái)詳述ECs 如何參與aCSVD的發(fā)生發(fā)展。
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]?;罨蟮膬?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(duì)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(guó)內(nèi)外的許多研究對(duì)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(cè)。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?chē)?,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(zhēng)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(wú)明顯變化,sTM 水平相比對(duì)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(wèn)題需要進(jìn)一步深入的研究。
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(duì)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(guò)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(duì)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(lài)性的超極化[10]。通過(guò)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(lái)源的NO 是調(diào)節(jié)局部CBF 的重要因子,通過(guò)NO/cGMP信號(hào)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(lái)源的NO 擴(kuò)散至血管平滑肌細(xì)胞,通過(guò)刺激可溶性鳥(niǎo)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(lái)源的NO通過(guò)抑制血小板的凝聚,具有抑制動(dòng)脈粥樣硬化形成的能力[13]。另一方面,哺乳動(dòng)物的神經(jīng)活動(dòng)變化也可引起局部腦血流量的變化,這一過(guò)程通常被稱(chēng)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(lài)性的,內(nèi)皮功能障礙也會(huì)導(dǎo)致NVC調(diào)節(jié)能力的損傷[10,15]。
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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)[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(guò)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(guò)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(méi)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(lèi)似,BBB的通透性也受到NVC的調(diào)控[20]。
目前,動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI(DCE-MRI)已成為評(píng)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(hào)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(dòng)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(duì)其腦組織染色,可見(jiàn)腦組織損傷區(qū)域內(nèi)皮細(xì)胞claudin-5的水平相較對(duì)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(guò)程中,BBB 也會(huì)發(fā)生輕度的功能障礙;但這一過(guò)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(guò)激活肌球蛋白輕鏈磷酸化(phosphorylation of myosin light chains,MLC)信號(hào)通路,肌動(dòng)蛋白絲聚合成纖維[25]。這種聚合通常伴隨著肌動(dòng)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(guò)ROCK/MLC 信號(hào)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(kāi)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(guò)程中BBB 的破壞[29]。通過(guò)對(duì)MMP2/9 進(jìn)行基因敲除或通過(guò)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。跨細(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(wú)明顯變化[32]。目前關(guān)于腦小血管病病理過(guò)程中BBB 的破壞是否存在上述機(jī)制尚無(wú)定論,需要進(jìn)一步研究以得出結(jié)論。
腦小血管病引起25%~30%的缺血性卒中,但目前對(duì)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(lái)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(duì)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?jī)?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)。