葛芳芳 李延峰（審校） 郭玉璞

微循環(huán)與神經(jīng)變性病

葛芳芳 李延峰（審校） 郭玉璞

神經(jīng)變性病是神經(jīng)系統(tǒng)的退行性疾病，病因不明，病程持續(xù)進展，且無特效的藥物治療。因此對其病因和機制的研究業(yè)已成為國際神經(jīng)科學領域的研究熱點?，F(xiàn)有研究認為，缺血缺氧、炎性反應、免疫、血管病理等多種因素可引起微循環(huán)障礙，而微循環(huán)障礙參與神經(jīng)元變性過程，甚至先于神經(jīng)元的變性發(fā)生，本文就微循環(huán)障礙與神經(jīng)變性病，特別是阿爾茨海默病和肌萎縮側(cè)索硬化的相關機制進行綜述，以期為治療性研究提供線索。

神經(jīng)變性疾?。晃⒀h(huán)；腦血管循環(huán)

神經(jīng)系統(tǒng)變性病包括阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）、帕金森病、運動神經(jīng)元病等一大組疾病，其病因不明，病程持續(xù)進展，且目前尚無治愈這些疾病的藥物，是我國中老年人群中最重要的致殘和致死原因之一。近年研究顯示微循環(huán)障礙可以從多個方面引起神經(jīng)元變性，腦微循環(huán)障礙參與神經(jīng)變性病的發(fā)病及病理生理過程逐漸得到關注。微循環(huán)障礙從兩個方面可能引起神經(jīng)變性病，首先是微循環(huán)障礙中血管病變直接引起缺血缺氧對神經(jīng)元的損害，其次，由于微循環(huán)障礙造成與神經(jīng)變性病相關的毒性產(chǎn)物﹝如β淀粉樣蛋白（Aβ）﹞因清除障礙而堆積，繼發(fā)神經(jīng)細胞變性壞死。對微循環(huán)與神經(jīng)變性病關系的研究將有助于了解神經(jīng)變性病的發(fā)生發(fā)展，對神經(jīng)變性病機制的研究將為此類疾病的特異性治療尋找突破口。

1 血管相關的病理生理

血-腦脊液屏障（blood-cerebrospinal fluid barrier，BCB）和神經(jīng)血管單元在維持腦微循環(huán)穩(wěn)定中具有重要作用。BCB由血管內(nèi)皮細胞、細胞間緊密連接、周細胞、基膜、膠質(zhì)細胞足突及細胞外間隙共同構(gòu)成。其作用首先是生理屏障，內(nèi)皮細胞間的緊密連接使大多數(shù)分子不能自由通過；其次是轉(zhuǎn)運屏障，一些小的脂溶性物質(zhì)、氧氣和二氧化碳能自由通過BCB，而營養(yǎng)物質(zhì)以及有害的水溶性物質(zhì)則需通過BCB的特珠轉(zhuǎn)運系統(tǒng)運輸；第三是代謝屏障，存在于BCB的各種生物酶能分解、滅活多種代謝產(chǎn)物及有毒物質(zhì)。

神經(jīng)血管單元是由神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞-血管構(gòu)成，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞、血管內(nèi)皮細胞、血管周細胞、基底膜以及細胞外基質(zhì)等共同構(gòu)成的一個功能單位，它能控制BCB的通透性和腦血流［1］。

1.1 BCB破壞 多種原因可以導致緊密連接和黏附連接破壞，毛細血管基膜的轉(zhuǎn)胞飲和酶的降解增加，從而引起B(yǎng)CB的結(jié)構(gòu)破壞。周細胞缺乏可以引起某些緊密連接蛋白表達下降和BCB的轉(zhuǎn)胞飲增加，從而導致BCB的破壞、微小血管變性，并繼發(fā)神經(jīng)元變性和認知功能下降［1-2］。此外，周細胞濃聚并降解為各種外源或內(nèi)源性蛋白，如血清中的免疫球蛋白和纖維原，這些物質(zhì)可以在周細胞數(shù)量減少的條件下加劇對BCB的破壞［2］。

BCB破壞易導致腦內(nèi)各種有害分子堆積。免疫球蛋白和白蛋白堆積可致腦水腫和毛細胞血管血流下降，高濃度的凝血酶可引起神經(jīng)毒性反應或記憶損害，加速血管和BCB的損害［2-3］。紅細胞進入腦內(nèi)，經(jīng)分解產(chǎn)生血紅蛋白，血紅蛋白降解釋放的鐵可形成對神經(jīng)元有毒的氧化物。血纖溶蛋白酶可促進神經(jīng)核的纖維蛋白降解，從而加重神經(jīng)損傷，纖維蛋白原濃度高也可以加重神經(jīng)血管的損傷。除了蛋白相關的血管性水腫，局部組織的缺血缺氧，引起鈉鉀ATP酶和鈉依賴性離子通道停止工作，導致內(nèi)皮細胞和星形膠質(zhì)細胞水腫，缺血導致水通道蛋白4（AQP4）的表達上調(diào)進一步加重細胞水腫。

1.2 低灌注和缺氧 局部的神經(jīng)元反應和代謝可以調(diào)節(jié)腦血流（cerebral blood flow，CBF），此過程被稱為神經(jīng)血管-耦聯(lián)。神經(jīng)血管-耦聯(lián)需要有完整的軟腦膜循環(huán)以及血管平滑肌細胞、周細胞和星形細胞對血管的調(diào)節(jié)［4］。

CBF輕度下降可引起學習和記憶形成相關的突觸塑形蛋白減少，中至重度下降將影響ATP的合成，導致ATP酶活性以及神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位的能力下降，引起酸堿和水電解質(zhì)平衡紊亂，興奮性氨基酸和蛋白毒性產(chǎn)物聚集，導致水腫和腦白質(zhì)病變進一步加重；當CBF下降超過80%時可致腦死亡。

研究表明，具有AD風險的高危老年人在出現(xiàn)認知功能障礙、腦萎縮以及Aβ沉積之前，即已存在CBF下降或調(diào)節(jié)障礙。鼠模型研究也發(fā)現(xiàn)低血流灌注可以誘發(fā)或加重類似AD的神經(jīng)功能異常或神經(jīng)病理改變［5］。缺血缺氧可以提高淀粉樣物代謝相關的β分泌酶和γ-分泌酶活性，進而影響淀粉樣前體物質(zhì)的代謝，促進tau的磷酸化，通過分裂原激活蛋白激酶（MAPK）引起腦啡肽酶（一種Aβ降解酶）表達下調(diào)，從而導致血管特異性基因表達發(fā)生某些變化。在AD患者及其動物模型中，這些改變會導致血管退變、低血流灌注以及Aβ清除相關配體蛋白受體減少所致的Aβ堆積。另外，缺氧可以促使轉(zhuǎn)基因AD鼠在Aβ沉積之前出現(xiàn)谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白2（Eaut 2）m RNA的剪接改變，并且可能抑制星形膠質(zhì)細胞對谷氨酸鹽的重攝取，導致非Aβ依賴的谷氨酸鹽參與的神經(jīng)細胞損傷。

作為對缺氧的反應，線粒體釋放活性氧自由基（ROS），參與血管內(nèi)皮細胞和神經(jīng)細胞的損害。這些損害會出現(xiàn)在AD神經(jīng)變性和Aβ沉積之前。雖然目前對低氧誘導因子a（HIF1a）在神經(jīng)元變性和神經(jīng)保護中的作用尚存在爭議，但是線粒體釋放的ROS對于調(diào)節(jié)HIF1a參與的轉(zhuǎn)錄開關非常重要，這個轉(zhuǎn)錄開關可以激活一系列的反應，調(diào)節(jié)細胞存活、細胞周期的停止和死亡。

Meox2+/—鼠周細胞正常、BCB完整，僅存在血流灌注障礙，研究發(fā)現(xiàn)其神經(jīng)變性改變明顯小于周細胞缺損的小鼠，表明低灌注可以單獨引起神經(jīng)損傷，但損傷程度要輕于低灌注同時合并BCB破壞的情況下的損傷。

1.3 內(nèi)皮細胞神經(jīng)毒性和炎性因子 腦血管代謝功能的改變可能導致多種神經(jīng)毒性因子和炎性因子的分泌增加。炎性因子水平增加可能導致AD發(fā)病。凝血酶可以直接損傷神經(jīng)細胞，也可以通過激活小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞間接損傷神經(jīng)細胞。與年齡匹配的正常對照組相比，AD患者腦微血管分泌的炎性因子水平增加，如一氧化氮（NO）、腫瘤壞死因子（TNF）、TGFβ1、IL-1β、IL-6，單核細胞化學趨化蛋白、IL-8、前列腺素、單核細胞趨化蛋白（MMP）和白細胞黏附分子等。內(nèi)皮細胞源性的神經(jīng)毒性因子和炎性因子共同作用，可能成為AD和其他神經(jīng)變性病的血管代謝異常、神經(jīng)損傷和炎性反應的分子基礎［6］。

2 神經(jīng)變性病的血管改變

神經(jīng)變性疾病會出現(xiàn)不同程度的血管病理、血管功能和血管相關因子及BCB變化，這些變化甚至早于神經(jīng)變性。

2.1 血管病理 多數(shù)神經(jīng)變性病會出現(xiàn)血管病理改變。目前已經(jīng)證明AD和其他癡呆性疾病存在局部的微循環(huán)障礙改變。這些變化包括血管塌陷和細胞缺失、毛細血管密度降低、內(nèi)皮細胞胞飲增加、線粒體數(shù)量減少、基底膜的膠原和蛋白多糖堆積、緊密連接和黏附連接減少、BCB破壞及血液分子流入。這些變化的時程及其與AD和癡呆的病理關系仍然不太清楚，AD患者中80%可以出現(xiàn)腦動脈的淀粉樣病理改變，30%由于小動脈及微小動脈的淀粉樣病理改變而出現(xiàn)血管平滑肌層萎縮，從而導致血管破裂顱內(nèi)出血。

SOD1突變基因的肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）小鼠會有血脊髓屏障破壞以及脊髓微小出血［3］。1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導的帕金森病動物模型血管樣淀粉病理改變和血管病變的發(fā)生率明顯增高，紋狀體的血管病變和腔隙性梗死可以引起血管性帕金森綜合征［7］。

2.2 血管功能改變 神經(jīng)變性病早期會出現(xiàn)血管功能異常。AD鼠模型研究發(fā)現(xiàn)Aβ沉積之前即發(fā)生神經(jīng)皮層微循環(huán)的內(nèi)皮依賴性調(diào)節(jié)損害。對AD的無癥狀高危人群，進行18F標記的脫氧葡萄糖PET檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葡萄糖攝取明顯下降，AD常見病理區(qū)域CBF的下降程度在APOEε4等位基因攜帶的正常老年人更為嚴重，神經(jīng)影像學研究還發(fā)現(xiàn)AD患者的神經(jīng)血管-耦聯(lián)破壞發(fā)生在神經(jīng)變性之前。AD患者和動物模型的腦血管血清反應因子和心肌素基因表達量增高，這兩項轉(zhuǎn)錄因子控制血管內(nèi)皮細胞分化，促進收縮性腦小動脈表型表達，導致腦組織低灌注、反應性血糖增高能力下降和淀粉樣血管病理［8］。

ALS鼠模型研究顯示在其神經(jīng)元變性出現(xiàn)之前就有低灌注和CBF的功能障礙［3，9］。基因檢查發(fā)現(xiàn)有亨廷頓病風險者在出現(xiàn)癥狀前，可在基底節(jié)區(qū)域發(fā)現(xiàn)局部腦灌注的下降和腦血容量的減少。

2.3 血管和神經(jīng)共同的生長因子 機體內(nèi)存在一些血管和神經(jīng)元共同的生長因子，它們可以調(diào)節(jié)血管和神經(jīng)元的發(fā)生發(fā)展［10-11］。目前研究最多的是血管內(nèi)皮生長因子（VEGF），它能促進血管形成、軸索生長和神經(jīng)元存活。通過基因或藥理學處理而改變這些生長因子可以產(chǎn)生不同的血管和神經(jīng)表型，但很難判定神經(jīng)變性是源于神經(jīng)細胞本身還是血管機制。

AD患者腦組織中VEGF水平增加，這與在慢性低灌注和缺氧患者所發(fā)現(xiàn)的改變一致。除了VEGF之外，AD患者腦組織中還能發(fā)現(xiàn)其他影響微小血管形成的因子如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF、TGFβ、MCP1、凝血素、血管緊張素2、整合素及HIF1α。AD患者的腦組織中血管內(nèi)皮細胞的血管性同源盒基因（MEOX2）表達極低，導致對缺氧和VEGF誘導的血管生成障礙，繼而引起毛細血管壞死。

3 疾病與微循環(huán)

3.1 AD 迄今為止，有關中樞神經(jīng)系統(tǒng)如何清除AD病理性蛋白的研究，大多是針對BCB如何清除Aβ的。有關鼠及靈長類動物模型的研究證實外周組織的Aβ是中樞神經(jīng)系統(tǒng)Aβ的重要前體［12］。研究證實低密度脂蛋白受體相關蛋白l（LRP1）、抗Aβ抗體、凝溶膠蛋白及神經(jīng)節(jié)苷脂GM1或各組織系統(tǒng)表達的腦啡肽酶都能通過減少外周組織Aβ進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)而減輕Aβ負荷。腦血管內(nèi)皮細胞表達的后期糖基化產(chǎn)物受體（RAGE）能夠參與Aβ和負載Aβ單核細胞通過BCB進入腦內(nèi)。腦內(nèi)Aβ含量增加，反過來促進BCB和神經(jīng)細胞RAGE的表達，加劇Aβ參與的病理反應過程。

除了LRP1外，跨膜糖蛋白Pgp在Aβ的清除中也發(fā)揮了作用。Pgp屬于能量依賴性主動外排泵，由ATP結(jié)合盒亞科B運載體1（ABCB1）基因編碼，廣泛存在于腦毛細血管內(nèi)皮細胞管腔面和腦實質(zhì)星形膠質(zhì)細胞的足突上，這些結(jié)構(gòu)擔負著重要的生物屏障作用，對Aβ有主動外排作用，且在不表達Pgp的小鼠中，腦毛細血管上LRP1水平降低［］。

研究表明，AD患者腦組織中的Aβ清除下降［14］。血管源性Aβ突變體與LRP1的親和力低，較難從腦和腦脊液中清除出去［15］。APOEε4和凝集素會阻礙LRP1介導的腦內(nèi)Aβ清除，導致Aβ沉積，而且還能促進Aβ聚集。腦小血管的LRP1降低，以及ABCB1基因表達水平降低，均與Aβ在腦血管和腦組織內(nèi)的沉積有關，這些病理生理過程已在小鼠、靈長類和人的老化過程以及AD小鼠模型及AD患者中得到證實。最近還有研究證實AD患者體內(nèi)LRP1過氧化導致Aβ的沉積，因為過氧化的LRP1不能夠結(jié)合并清除Aβ［16］。

正常人血循環(huán)中的可溶性LRP1結(jié)合了70%以上的血漿Aβ。在AD和輕度認知障礙（MCI）患者中，由于LRP1過氧化，Aβ結(jié)合LRP1相應減低，導致血漿游離的Aβ亞型Aβ1-40和Aβ1-42增加［16］。經(jīng)由關于AD模型鼠的研究顯示，這些肽鏈可以再進入腦內(nèi)。

既往研究顯示，BCB損傷所造成Aβ的堆積，可能是AD發(fā)病的血管基礎。AD發(fā)病的Aβ假說認為，Aβ啟動了神經(jīng)損傷的連鎖反應，由Aβ聚集導致神經(jīng)細胞損傷、脫失及癡呆［17］。因此，基于Aβ假說的基礎，應補充上述血管機制假說，該假說有兩個方面，其一，微循環(huán)障礙啟動了神經(jīng)損傷的非淀粉樣物途徑，即它由BCB破壞、神經(jīng)毒性分子的產(chǎn)生和內(nèi)流、毛細血管破壞導致了腦小血管血流下降，從而產(chǎn)生多發(fā)的神經(jīng)組織的缺血和缺氧性病灶；其二，BCB損害導致Aβ清除減少而引起Aβ堆積。這兩個途徑都導致Aβ堆積，而Aβ具有神經(jīng)和血管的毒性作用。后期的tau病理機制則進一步地加重了血管或Aβ的作用。

3.2 ALS 散發(fā)型ALS多成年期發(fā)病，病因不清。部分患者發(fā)現(xiàn)有SOD1基因突變，突變的SOD1編碼產(chǎn)物具有毒性作用。Ataxia 2基因和TDP43基因突變可引起突變產(chǎn)物聚集并與ALS發(fā)病有關。研究表明，人神經(jīng)細胞及相鄰的其他細胞能表達各種SOD基因。轉(zhuǎn)基因鼠的神經(jīng)細胞敲除SOD基因，不會改變疾病的進展，而小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的SOD基因敲除，則可能延長生命。基于突變SOD1轉(zhuǎn)基因鼠而提出的ALS發(fā)病假說認為，非神經(jīng)的鄰近細胞，特別是星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞的毒性產(chǎn)物，對于ALS疾病進展和運動神經(jīng)元的變性起著重要的作用，BCB障礙在疾病的起始階段即已出現(xiàn)［3，9］。此機制同樣出現(xiàn)在散發(fā)性ALS患者的發(fā)病和發(fā)展過程中需要更多證據(jù)來證實。

人類研究也證實了血管機制在ALS的發(fā)病和疾病進展過程中起著重要的作用，例如，VEGF異常與ALS相關。VEGF基因是另一個與ALS有關的基因，研究表明，該基因的突變可以引起家族性或散發(fā)的ALS。鼠的VEGF基因突變導致缺氧反應誘導缺失會致晚發(fā)性運動神經(jīng)元變性。脊髓缺血會加重VEGF神經(jīng)元變性和功能障礙，SOD1基因突變的ALS小鼠，其缺氧誘導的VEGF反應缺乏，導致細胞存活數(shù)量減少。

綜上所述，微循環(huán)異常與神經(jīng)元變性密切相關，血管異常不僅參與神經(jīng)變性，有可能先于神經(jīng)元變性，在神經(jīng)變性病的早期啟動神經(jīng)損傷。鑒于神經(jīng)變性疾病的隱襲起病特點和早期診斷的迫切性，血管相關的因素將有可能作為神經(jīng)變性病早期診斷的標記物，成為治療的靶點。

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（本文編輯：鄒晨雙）

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李延峰，Email：liyanfeng@pumch.cn