陳艷華 孫慧

(1.山東第一醫(yī)科大學,山東 濟南 250000; 2.山東第一醫(yī)科大學附屬中心醫(yī)院心血管科,山東 濟南 250000)

動脈粥樣硬化斑塊形成于動脈內膜層,斑塊可能損害重要器官的血液供應,導致心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)、腦卒中及其他危及生命的事件,是工業(yè)化國家死亡的主要原因[1]。眾所周知,動脈粥樣硬化的發(fā)病機制至今尚未徹底闡明,特別是神經方面的作用。到目前為止,人們傳統(tǒng)上認為神經系統(tǒng)不直接參與動脈粥樣硬化的發(fā)病機制,因為斑塊不受神經支配,而免疫系統(tǒng)對斑塊的反應是在動脈外膜形成白細胞浸潤[2]。Mohanta等[1]發(fā)現(xiàn),在載脂蛋白E缺乏(apolipoprotein E deficiency,ApoE-/-)小鼠中,感覺神經纖維和交感神經纖維在主動脈外膜分布極豐富,軸突網絡在鄰近動脈粥樣硬化斑塊的節(jié)段中顯著增加,在動脈第三淋巴器官(arterial third lymphoid orga,ATLO)(類似于慢性炎癥部位淋巴結樣結構的免疫細胞聚集體)和靠近中膜平滑肌細胞外層的外膜-中膜邊界處穩(wěn)定分布,形成廣泛的神經免疫心血管界面(neuroimmune cardiovascular interfaces,NICI),此發(fā)現(xiàn)為神經調控動脈粥樣硬化的研究奠定了基礎。此外急性應激和晝夜節(jié)律的動力性,遺傳學技術的特定性也為神經免疫學方法治療動脈粥樣硬化提供了一定的方向?，F(xiàn)就動脈粥樣硬化形成機制中神經免疫系統(tǒng)及驅動因素方面進行綜述,以提高動脈粥樣硬化的預防與治療水平。

1 NICI

眾所周知,動脈粥樣硬化的發(fā)病機制目前尚未徹底闡明。而對于神經免疫方面,近年來Mohanta等[3]通過結合神經血管聯(lián)系和神經免疫學的原理,發(fā)現(xiàn)神經系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)在三方而非兩方相互作用中進行復雜的交叉作用,形成NICI。并建立了廣泛的動脈-腦回路(artery-brain circuit,ABC),即可使斑塊誘導的感覺神經纖維通過信號轉導來驅動大腦神經重塑,進而刺激動脈外膜交感神經和副交感神經的新生長,促進斑塊的進一步生長。此發(fā)現(xiàn)也為臨床醫(yī)師在診療救治方面提供了新的方向和治療方案。

1.1 神經系統(tǒng)

1.1.1 周圍神經系統(tǒng)

血管壁分為內膜層、中膜層和外膜層。內膜層由一層內皮細胞組成,中膜層一般由彈力纖維等組成,外膜層由上皮細胞組成。盡管血管的內膜層無神經支配,但周圍神經系統(tǒng)(peripheral nervous system,PNS)可與血管的最外層即外膜層連接。PNS除了穩(wěn)態(tài)控制動脈血壓外,越來越多的證據也表明交感神經系統(tǒng)的激活可調節(jié)動脈炎癥的發(fā)生和發(fā)展。Mohanta等[1]通過對小鼠動脈粥樣硬化中軸突密度與粥樣斑塊大小的相關性的一系列實驗數(shù)據監(jiān)測,進一步證實了ApoE-/-小鼠的交感神經和傷害性感受器軸突末梢直接支配外膜。外膜神經支配由直接支配外膜的軸突末梢和指向遠處目標的其他傳遞纖維組成。軸突新生僅限于整個主要動脈樹區(qū)域的動脈粥樣硬化段,且這些反應與疾病進展平行。外膜軸突生長隨年齡增長而增加,在ApoE-/-小鼠中,與非ATLO區(qū)域相比,ATLO中軸突生長明顯更多。有趣的是,斑塊和ATLO大小的增加與PNS廣泛的神經炎癥呈正相關[4]。鑒于交感神經依賴去甲腎上腺素介導的信號,可發(fā)現(xiàn)降低去甲腎上腺素水平或外科切斷支配外膜的神經傳導通路,因內皮細胞活化和應激誘導的白細胞流入動脈粥樣硬化斑塊的數(shù)量將減少,使斑塊體積縮小[5]。神經系統(tǒng)似乎通過調節(jié)免疫細胞動員和迄今未知的機制滲透到炎癥部位來防止疾病進展。盡管動脈粥樣硬化斑塊不受神經支配,但消融這些區(qū)域的交感神經支配可減輕動脈粥樣硬化斑塊的形成,這是斑塊進展的神經調節(jié)的一個潛在證據,也是一種潛在的新治療策略。

1.1.2 ABC

由于PNS將外膜作為其到達遠處目標的主要通道[6],Mohanta等[1]通過假設外周神經可能直接與病變動脈相互作用,發(fā)現(xiàn)廣泛的NICI出現(xiàn)在小鼠和人類動脈粥樣硬化病變的外膜節(jié)段中,顯示出擴展的軸突網絡,包括免疫細胞和介質平滑肌細胞附近軸突末端的生長錐。另外,Mohanta等[1]也發(fā)現(xiàn)小鼠NICI建立了ABC即腹主動脈外膜痛覺傳入[7]通過脊髓T6～T13背根神經節(jié)進入中樞神經系統(tǒng)(central nervous system,CNS),多個感覺及交感CNS神經元被追蹤到腦干和杏仁核神經元,交感神經通過脊髓中間外側神經元和腹腔神經節(jié)從延髓和下丘腦神經元投射到動脈外膜。局部神經血管炎癥通過ABC激活CNS的不同區(qū)域。此外,ABC中PNS成分被激活:脾臟交感神經和腹腔迷走神經活動隨著疾病進展而增加,而對PNS進行化學去神經支配或外科腹腔神經節(jié)切除術后發(fā)現(xiàn),經過處理的小鼠表現(xiàn)出動脈粥樣硬化減輕,其特征是ATLO的數(shù)量、大小和細胞組成減少,斑塊更穩(wěn)定、更小[1](見圖1)。

注:A,ABC傳入通路;B,ABC傳出通路。圖1 ABC傳入及傳出通路圖

1.2 免疫細胞

免疫細胞是指參與免疫應答或與免疫應答相關的一類細胞群。動脈粥樣硬化斑塊形成是一個復雜過程的結果,包括亞內皮脂質滯留、免疫細胞遷移、蛋白水解損傷,這些都會導致大動脈壁的慢性炎癥反應,最終導致斑塊形成[8]。Coller[9]發(fā)現(xiàn),全身白細胞計數(shù)升高與心血管并發(fā)癥風險增加之間存在相關性。具體而言,白細胞向組織的募集過程以及黏附的白細胞與血液中其他自由流動成分之間的相互作用加劇了血管閉塞的危險性和脂多糖誘導的致死性[10]。炎癥細胞,主要是中性粒細胞和炎性單核細胞[11],通過E選擇素、P選擇素、趨化因子、白細胞整合素[包括淋巴細胞功能相關抗原-1(CD11a/CD18)]和巨噬細胞抗原-1(CD11b/CD18)與細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1[12]等相互作用滾動并黏附于血管內皮上,從而激發(fā)血管的炎癥反應,最終導致動脈粥樣硬化斑塊形成。另外,Mohanta等[1]通過實驗檢查了小鼠較大的神經、血管周圍神經節(jié)和體感背根神經節(jié),發(fā)現(xiàn)老年ApoE-/-小鼠的血管周圍神經節(jié)和背根神經節(jié)中存在廣泛的炎癥。巨噬細胞、T細胞和肥大細胞在血管周圍神經節(jié)和背根神經節(jié)的胞體中浸潤和/或擴張。內膜免疫細胞浸潤在動脈樹中系統(tǒng)性擴張,一些免疫細胞聚集體在小鼠和人動脈床的不同部位發(fā)育成結構良好的ATLO[13-14]。因ATLO類似于慢性炎癥部位淋巴結樣結構的免疫細胞聚集體,因此調節(jié)ATLO的形成可成為調節(jié)動脈粥樣硬化免疫反應的一個途徑,也為控制動脈粥樣硬化的進展提供了一個全新的平臺[15]。

1.3 血管系統(tǒng)

動脈粥樣硬化病變從一個有序結構的動脈壁演變而來,形成一個由駐留細胞和新招募細胞組成的復雜集合體[8]。斑塊,也稱為動脈粥樣硬化,形成于動脈內層(內膜)。成熟的動脈粥樣硬化通常在纖維帽下含有富含脂質的中心核。內皮細胞單層位于斑塊表面,提供與血液的關鍵界面[8]。動脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病,針對炎癥的治療策略已被證明能有效降低不良心血管事件的發(fā)生率[16]。促炎和抗炎過程之間的不平衡性,不僅能驅動動脈血管壁中的慢性炎癥,也能決定動脈粥樣硬化斑塊的命運,致斑塊極其不穩(wěn)定(如斑塊破裂和侵蝕)[17]。動脈的外結締組織層,即外膜,被神經系統(tǒng)用作到達外周組織的主要通道[6]。神經纖維軸突網絡可在鄰近動脈粥樣硬化斑塊的節(jié)段中顯著增加,在ATLO和靠近中膜平滑肌細胞外層的外膜-中膜邊界處穩(wěn)定分布,形成廣泛的NICI。因此,血管系統(tǒng)[18]在動脈粥樣硬化中的三方而非雙向組織相互作用中具有雙重作用:外膜層直接啟動與PNS和免疫系統(tǒng)的相互作用,作為神經系統(tǒng)不可或缺的支架[19],而其內膜層通過管腔側的內皮細胞募集白細胞以促進斑塊生長[20]。因此,未來可進一步探究外膜NICI內三方而非雙向相互作用的這些主張,并可有效解決血管系統(tǒng)在動脈粥樣硬化以外的多種無法解決的神經免疫學相關疾病。

2 動脈粥樣硬化的驅動因素

2.1 急性應激

據臨床和流行病學研究[21]表明,急性應激所包含的方面極廣,如壓力,壓力是動脈粥樣硬化的一個關鍵危險因素,精神壓力的增加會加速CVD的風險,并對動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展起重要作用。而且,長期精神緊張也可導致血清膽固醇水平的升高,也是驅動動脈粥樣硬化斑塊形成的一個危險因素。因此,通過減輕壓力來改善心理健康狀況是預防壓力性CVD的一個治療前沿。從機制上講,急性應激通過內皮細胞和巨噬細胞的去甲腎上腺素依賴性調節(jié),通過激活內皮細胞上的細胞黏附分子以增強白細胞向組織的募集,從而驅動血管炎癥和動脈粥樣硬化斑塊的進展。除了壓力,越來越多的證據也證實了傷害性感受和免疫系統(tǒng)之間存在著強烈的關系,也是通過與以上所述的壓力類似的機制來影響炎癥過程的[4]。另外,控制壓力和焦慮的心理干預或藥理學方法在CVD患者中更為普遍,且與疾病的預后息息相關,也是一個很好的臨床治療方向。健康狀況下降、睡眠質量差、疼痛評分高、血管老化以及衰老期間體力活動減少,均可增加免疫細胞浸潤和血管炎癥,引發(fā)應激性動脈粥樣硬化,使成年人更易患CVD等疾病[4]。Mohanta等[1]研究發(fā)現(xiàn)在降低CVD負擔的機制中靶向神經遞質如去甲腎上腺素和多功能分子如Netrin-1也是治療CVD的可行新候選藥物。因此,可將抑制去甲腎上腺素能信號轉導的藥物如β受體阻滯劑,作為改善急性冠脈綜合征預后的一線治療,并作為高?；颊呓档虲VD發(fā)病率和死亡率的二級預防措施。

2.2 晝夜節(jié)律

動脈粥樣硬化病變的白細胞浸潤作為動脈粥樣硬化消退的主要驅動因素,已被證明受到晝夜節(jié)律的嚴格控制[22]。事實上,交感神經失神經或抑制β2腎上腺素受體信號轉導后,動脈白細胞募集的晝夜節(jié)律振蕩消失。白細胞、內皮細胞或動脈壁細胞中核心時鐘基因Bmal1(也稱為Arntl)的缺失均以血管類型特異性的不同方式影響了振蕩。因此,白細胞晝夜黏附在急性血管炎癥的發(fā)病時間中起著關鍵作用[23-24]。晝夜節(jié)律的周期長度約為24 h,在生物體適應環(huán)境中有節(jié)奏的明暗變化方面也起著關鍵作用[25]。光可攜帶這些節(jié)律,導致下丘腦視交叉上核的節(jié)律同步,后者構成生物體的主時鐘[22]。因此也使外周組織的時鐘同步,從而在全身設置一個共同的相位。至此,交感神經系統(tǒng)調節(jié)腎上腺皮質激素、腎上腺素和去甲腎上腺素的節(jié)律性和全身性釋放也可得到很好的解釋。此外,交感神經直接支配組織,并可通過從靜脈曲張中釋放去甲腎上腺素來調節(jié)局部生理學,局部和全身應用炎癥刺激可導致中性粒細胞到達炎癥部位的能力不同[26],表明炎癥反應中受限環(huán)境信號的重要性。Juan等[22]觀察到靜脈中白細胞黏附的強烈振蕩,但與動脈相比,這種節(jié)律表現(xiàn)出意外的相移。在動脈中,粘連在凌晨達到高峰,并在午夜左右出現(xiàn)。相比之下,靜脈中的白細胞黏附在早晨達到低谷,在午夜達到高峰。白細胞血管內黏附反應的節(jié)律性導致動靜脈血管在不同的時間段與血小板的相互作用達高峰,因此血管在不同的時間段內發(fā)生急性血栓的風險是有差異的。因此可看出,有效控制時間依賴性血管類型特異性血栓形成在預防和治療動脈粥樣硬化方面有一定的潛在意義。

3 討論

研究發(fā)現(xiàn),遺傳學技術包括光遺傳學和化學遺傳學,提供了以特定類型和區(qū)域的方式調節(jié)神經元的能力,這些技術可通過采用遺傳策略在特定神經元中插入可光激活的離子通道或設計藥物選擇性激活的設計受體,實現(xiàn)對不同神經系統(tǒng)區(qū)域中特定神經元亞群的靶向激發(fā)和抑制[27]。在最近的一項研究中應用的光遺傳學和化學遺傳學方法表明,大腦中不同的區(qū)域以不同的方式快速控制循環(huán)中應激誘導的免疫細胞波動,這會損害免疫功能并增強對疾病的易感性[28],但也增強了對CVD進行靶向免疫調節(jié)的希望。光遺傳學和化學遺傳學等生物技術以及CRISPR/Cas9等基因組編輯工具的最新研究進展能加深對腦器官通信的理解,開發(fā)能精細調節(jié)參與動脈粥樣硬化的神經免疫軸的工具,對于在不確定普遍免疫抑制和其他非靶向效應的情況下實現(xiàn)組織靶向免疫調節(jié)至關重要,并將有助于確定精準醫(yī)學的新治療靶點[4]。動脈粥樣硬化中神經支配、白細胞、血管外膜三者相互作用形成廣泛的NICI,遺傳學技術的靶向調節(jié)作用也為神經免疫學方法預防和治療血管炎癥和斑塊形成提供了一定的方向。

神經免疫研究進展[29-30]使筆者考慮了以下可能性:在動脈粥樣硬化形成過程中出現(xiàn)了不同的NICI參與活性結構ABC的形成,瞄準ABC的交感神經系統(tǒng)參與動脈粥樣硬化進展的控制。且除了結構ABC外,PNS軸突在動脈粥樣硬化段外膜局部釋放腎上腺素和其他介質,也可刺激免疫細胞聚集形成[1]。因此從CNS投射的異常電活動和β2腎上腺素受體激活刺激免疫細胞的局部模型可能是調節(jié)動脈粥樣硬化的神經免疫軸的基礎[31]。總之,目前已知的神經系統(tǒng)、脈管系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)三方的相互關系有助于疾病的發(fā)展。但仍需更加全面和深入的研究來定義外周炎癥激活神經元系統(tǒng)的詳細分子機制,以及了解神經系統(tǒng)和壓力等危險因素如何控制炎癥部位的免疫細胞功能,來進一步加強對動脈粥樣硬化發(fā)展和治療的理解,優(yōu)化治療方案,達到改善患者臨床預后的目的。