阿爾茨海默病血腦屏障研究進展

趙昊譞　宋軍營　宮洪濤　黃洪華　傅會娟

(河南中醫(yī)學院第一臨床醫(yī)學院，河南　鄭州　450000)

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阿爾茨海默病血腦屏障研究進展

趙昊譞宋軍營宮洪濤黃洪華傅會娟

(河南中醫(yī)學院第一臨床醫(yī)學院，河南鄭州450000)

阿爾茨海默病；血腦屏障；β-淀粉樣蛋白；內(nèi)皮細胞；緊密連接

阿爾茨海默病(AD)臨床表現(xiàn)以進行性認知障礙、人格及行為損害為主。AD主要的病理改變?yōu)棣?淀粉樣蛋白(Aβ)沉積形成老年斑(SP)，tau蛋白過度磷酸化，神經(jīng)元突觸功能異常及椎體細胞丟失。研究顯示90%以上的AD患者均存在血腦屏障(BBB)損傷〔1〕，Aβ?lián)p傷腦微血管內(nèi)皮細胞(BMEC)而引起B(yǎng)BB破壞可能是AD新的特征性病理改變〔2,3〕。

1　BBB結構和功能

BBB主要由BMEC和周細胞構成，并由星形膠質(zhì)細胞足突包繞于毛細血管外周，內(nèi)皮細胞間的緊密連接(TJ)是構成BBB的重要部分。BBB在腦與血液之間形成一層緊密屏障，控制血液與腦組織之間的物質(zhì)交換，為維持中樞神經(jīng)微環(huán)境的穩(wěn)定提供可靠保障〔4〕。BMEC沒有窗孔結構、沒有或有很少的吞飲小泡，缺少收縮蛋白，大分子物質(zhì)和非電解質(zhì)低分子物質(zhì)很難通過，是腦血管擁有相對穩(wěn)定通透性的結構基礎〔5〕。其細胞內(nèi)外含有豐富的酶系統(tǒng)，轉運物質(zhì)所需的受體，胞內(nèi)的三磷酸腺苷(ATP)酶活性明顯高于其他部位的血管內(nèi)皮細胞,且線粒體含量是其他部位血管內(nèi)皮細胞的5或6倍〔6〕，這些特殊的結構為物質(zhì)的跨膜轉運和實現(xiàn)屏障功能提供有力保障。

TJ是由跨膜蛋白、閉鎖小帶蛋白(ZO)-1及纖維骨架蛋白共同組成的具有調(diào)節(jié)作用的復雜的細胞系統(tǒng),是保證BBB滲透性及完整性的重要分子結構〔7〕。閉合蛋白(Occludin)是第一個被完整分離出來的TJ膜蛋白，其他膜蛋白包括封閉蛋白(Claudin)和連接黏附分子(JAM)。大鼠在腦缺血發(fā)生2 h后，BBB通透性顯著增加，Occludin和Claudin-5在腦微血管上皮細胞上呈陽性表達，Occludin和Claudin-5的mRNA和蛋白均比正常對照組顯著降低〔8〕,由此可見TJ的功能狀態(tài)能夠影響B(tài)BB的通透性。星形膠質(zhì)細胞參與包裹神經(jīng)血管單元血管壁99%以上的面積，并與內(nèi)皮細胞相互作用，對維持BBB的功能具有重要作用〔4〕。85%的腦毛細血管周圍均有星形膠質(zhì)細胞樹突附著，同時星形細胞能分泌一種體液因子，促使BMEC之間的連接緊密，并減弱內(nèi)皮細胞的胞飲作用〔9〕。此外，星形膠質(zhì)細胞與內(nèi)皮細胞關系密切。一方面，星形膠質(zhì)細胞能夠表達內(nèi)皮細胞的轉運分子，如葡萄糖轉運蛋白-1；另一方面內(nèi)皮細胞分泌因子如白血病抑制因子，可誘導星形膠質(zhì)細胞的分化〔10〕。

周細胞包埋在基膜中，圍繞在BMEC的外面，為腦微血管提供結構支持，同時周細胞能促進TJ蛋白的表達〔11〕，參與TJ的形成過程。此外，周細胞在維持BBB結構和功能完整性等方面也有重要作用〔12〕。在腦卒中缺血缺氧的條件下，周細胞從平時所在微血管的位置發(fā)生遷移，并直接或間接地影響B(tài)BB的通透性〔13〕。而BBB通透性增加，會使一些促進AD病理改變的神經(jīng)毒性物質(zhì)，如促炎細胞因子和脂質(zhì)進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)〔14，15〕。BMEC與ADBBB上BMEC，既是物質(zhì)出入大腦的通道，又是大腦與外界溝通的信號通道，有屏障、營養(yǎng)物質(zhì)運輸、受體介導、淋巴細胞侵入和滲透壓調(diào)節(jié)等功能〔16，17〕。Aβ在腦內(nèi)沉積形成SP是AD的主要病理改變，BBB在清除腦內(nèi)可溶性的Aβ肽過程中起重要作用〔18〕。內(nèi)皮細胞上的多種蛋白都參與Aβ的代謝過程。

P-糖蛋白是一種轉出蛋白，由高度多態(tài)性的ATP結合盒轉運體(ABC)B1基因編碼而來。van Assema等〔19〕利用(R)-〔11C〕維拉帕米示蹤劑及正電子發(fā)射斷層掃描(PET)技術對32例正常人及17例AD患者體內(nèi)的P-糖蛋白進行量化分析。結果表明，在AD患者體內(nèi)，C1236T，G2677T/A和C3435T單核苷酸多態(tài)性可能與在BBB上P-糖蛋白的功能變化有關。因此，遺傳變異在ABCB1 可能有助于Aβ在大腦沉積〔19〕。

晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)是BBB上參與Aβ轉運的重要載體，它不僅能介導Aβ的神經(jīng)毒性，又能通過正反饋調(diào)節(jié)機制上調(diào)自身表達，加速Aβ入腦沉積，導致AD的病理改變〔20〕。最新的研究〔21〕發(fā)現(xiàn)，RAGE上第三和第八β鏈能夠與Aβ肽結合，從而使Aβ從血液循環(huán)向腦內(nèi)運輸。靶向定位誘變這兩條肽鏈的氨基酸序列，能終止RAGE與Aβ的相互作用，而利用第三β鏈或RAGE的單克隆抗體靶向作用于RAGE-Aβ能抑制小鼠模型的Aβ跨BBB運輸。低密度脂蛋白受體相關蛋白(LRP)-1參與Aβ由腦到循環(huán)的轉運清除過程〔22〕。谷氨酸是一種大腦的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，能介導神經(jīng)元損傷，可能是AD的一種病理過程。鈉依賴的興奮性氨基酸轉運蛋白(EAAT)1、EAAT2和EAAT3在BBB的近腔側的表達能清除谷氨酸，從而對谷氨酸介導的神經(jīng)元損傷起到一定保護作用。因此，這些受體可能代表對抗谷氨酸興奮毒性的新的治療靶點〔23，24〕。葡萄糖轉運蛋白(GLUT)-1是葡萄糖跨越BBB，為大腦提供基本能量支持的主要載體。AD存在著葡萄糖攝取及代謝損害，而一項利用PET技術及18F-2-氟-2-脫氧-D-葡萄糖(18F-FDG)的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖在跨BBB轉運時攝取減少。葡萄糖攝取的減少早于臨床癥狀和腦萎縮，可被作為AD的早期生物標記物〔25〕。

2　周細胞與AD

周細胞是BBB的重要組成部分，對維持BBB的結構和功能的完整性有重要作用，其缺失會造成BBB的破壞〔26〕，進而加重AD的惡化。周細胞缺失小鼠模型在神經(jīng)元出現(xiàn)損傷之前就已經(jīng)存在BBB的慢性損傷。研究表明，AD患者皮質(zhì)及海馬區(qū)域的周細胞數(shù)量及其覆蓋區(qū)域較正常對照組均有所降低〔27〕。另有研究〔28〕發(fā)現(xiàn)，在Aβ前體蛋白過量表達的小鼠體內(nèi)，周細胞缺失能夠引起Aβ40及Aβ42水平升高，并能促進血管淀粉樣變和大腦β淀粉樣變。一方面，周細胞缺失，在疾病進程的早期減少的可溶性Aβ的沉積和大腦內(nèi)的Aβ沉積，這種不斷增加的Aβ又誘導了周細胞的缺失。另一方面，周細胞缺失，打破了腦血管的完整性，并導致微血管減少，加重血管損傷。

3　TJ與AD

TJ上的ZO-1對維持TJ穩(wěn)定性和BBB滲透性有重要作用〔29〕。Aβ1～42能夠誘導細胞膜的滲透性增加，下調(diào)ZO-1的表達，并增加內(nèi)皮細胞鈣和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的分泌〔30〕。MMPs是蛋白酶類中最重要的一類,是一組同源的以無活性酶原形式分泌的鋅依賴性中性蛋白酶,其中MMP-2能降解腦微血管細胞外基質(zhì)，包括血管基底膜的膠原，層黏連蛋白和纖維連接蛋白等，導致腦微血管滲透性增高，BBB完整性破壞〔31〕。郭曉紅等〔32〕發(fā)現(xiàn)AD患者血清MMP-2，MMP-9水平高于正常對照組，且隨病情嚴重程度不同而變化，重度患者血清中兩種酶的水平高于輕度患者。

中和抗體抗RAGE和鈣調(diào)磷酸酶(CaN)抑制劑和MMP抑制劑對Aβ1～42引起的ZO-1變化有抑制作用，提示Aβ-RAGE相互作用通過鈣離子(Ca2+)-CaN途徑改變TJ蛋白。利用Aβ誘導治療RAGE表達和Aβ-RAGE相互作用觸發(fā)細胞內(nèi)的信號級聯(lián)反應破壞TJ，從而破壞BBB的完整性。Aβ-RAGE-CaN-MMP級聯(lián)反應是引起B(yǎng)BB破壞重要機制，同時也是AD的病理機制〔20〕。BBB除參與AD病理相關物質(zhì)的轉運與代謝過程中外，其自身在受到某些條件刺激后能產(chǎn)生相關因子介導AD的病理過程。如腦缺血可以刺激BBB出現(xiàn)炎性因子如腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1等，這些炎性因子可以導致白細胞通過內(nèi)皮細胞和BBB游走，引起TJ的分子缺失及促使血管吸附蛋白的再分布，從而引起B(yǎng)BB的損傷，通透性增加，使Aβ進入腦內(nèi)增加，進而引起或加重AD的病理改變〔33〕。

綜上，基于BBB的研究為探求AD的病理機制提供了新的方向。大量的體外藥理實驗為AD的臨床治療尋找新的有效的切入點提供了理論支持，進而也能夠為維持BBB的結構、功能的完整性，保證腦內(nèi)正常的生理活動提供新的有效的臨床治療途徑。利用先進的影像學技術所進行的研究為探索AD發(fā)病機制，AD的診斷提供更為方便可靠的檢驗途徑，也為AD的早期診斷與干預提供理論支持。

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〔2015-05-13修回〕

(編輯馮超/王一涵)

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.14.115

趙昊譞(1989-)，男，在讀碩士，主要從事中醫(yī)藥防治腦血管病的研究。

R741

A

1005-9202(2016)14-3595-03；