腦淀粉樣血管病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

吳娟娟，倪俊

腦淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）是一種以柔腦膜或腦皮質(zhì)中小血管壁淀粉樣蛋白沉積為主要病理特征的腦小血管病，是老年人自發(fā)性腦葉出血的最常見(jiàn)病因。沉積的蛋白以β淀粉樣蛋白（amyloid β，Aβ）為主。CAA的病因可歸納為遺傳性、散發(fā)性及獲得性三種，其中散發(fā)性CAA最常見(jiàn)，獲得性（即醫(yī)源性）病因則是新近提出的概念[1]。盡管已有大量體外實(shí)驗(yàn)及針對(duì)動(dòng)物模型進(jìn)行的研究，但CAA的發(fā)病機(jī)制目前尚未明確，因此，迄今疾病修飾治療仍在探索階段。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，對(duì)CAA的發(fā)病機(jī)制及病理生理進(jìn)行綜述。

1 發(fā)病機(jī)制及病理生理

在生物物理學(xué)家的定義中，淀粉樣蛋白是一類(lèi)蛋白質(zhì)，幾乎沒(méi)有一級(jí)序列同源性，特定肽段經(jīng)錯(cuò)誤折疊形成具有交叉β折疊構(gòu)象的長(zhǎng)直鏈原纖維[2]。原絲是β折疊結(jié)構(gòu)的堆疊，當(dāng)該結(jié)構(gòu)扭曲時(shí)，就形成了原纖維。而從病理學(xué)家的角度看，淀粉樣蛋白是位于細(xì)胞外的，剛果紅染色呈陽(yáng)性，偏振光顯微鏡下顯示出特殊的黃綠色雙折光的、纖維無(wú)分支的蛋白[3]。淀粉樣蛋白長(zhǎng)期被認(rèn)為是異常沉積的對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)具有毒性作用的有害蛋白，近期研究發(fā)現(xiàn)果蠅體內(nèi)的淀粉樣蛋白具有存儲(chǔ)記憶的作用[4]，打破了人們對(duì)淀粉樣蛋白的一貫認(rèn)知，同時(shí)也有部分功能性淀粉樣蛋白被認(rèn)可[3]。部分研究者，包括國(guó)際淀粉樣變性學(xué)會(huì)在內(nèi)，認(rèn)為多種淀粉樣蛋白（主要包括Aβ、胱抑素C、朊粒蛋白、轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白、凝溶膠蛋白、免疫球蛋白輕鏈淀粉樣蛋白等）沉積均可導(dǎo)致CAA，而不限于Aβ[5]。其中Aβ是最常見(jiàn)且被廣為接受的CAA致病物質(zhì)，可引起散發(fā)性及部分遺傳性CAA。Aβ不僅導(dǎo)致CAA，也是阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）的致病物質(zhì)之一。兩種疾病存在臨床共病的情況，70%～90%的AD患者有病理證實(shí)的CAA，而經(jīng)病理證實(shí)的非AD患者中，僅23.5%顯示CAA的病理學(xué)改變[6-7]，證實(shí)了二者的相關(guān)性。但CAA并非AD的伴隨病理改變，CAA的患病率和發(fā)病率在有癥狀的AD患者和淀粉樣蛋白PET成像呈陽(yáng)性的認(rèn)知正常個(gè)體（即非AD患者）中均增加[8]。這表明AD并非CAA的必要條件，由此可知該兩種疾病作為單獨(dú)的疾病實(shí)體存在。但二者可能協(xié)同導(dǎo)致更嚴(yán)重的認(rèn)知障礙。

1.1 Aβ的產(chǎn)生與清除 Aβ的基本結(jié)構(gòu)是含有38～43個(gè)氨基酸殘基的肽鏈。在CAA中，含有40個(gè)和42個(gè)氨基酸的Aβ40和Aβ42最常見(jiàn)。Aβ的前體是淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）。APP是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白[9]，廣泛分布于體內(nèi)多種細(xì)胞表面。APP有兩種降解途徑：一種是通過(guò)靠近細(xì)胞膜被細(xì)胞外的α-分泌酶剪切成可溶性的淀粉樣前體蛋白α及C端片段，C端再被γ-分泌酶分解，最終產(chǎn)物不會(huì)聚集；另一種是被β-分泌酶或稱(chēng)APPβ位點(diǎn)切割酶1（β-site APP cleaving enzyme 1，BACE1）剪切成可溶性的淀粉樣前體蛋白β和細(xì)胞膜連接片段（C-terminal 99，C99），C99在細(xì)胞膜內(nèi)由γ-分泌酶剪切形成Aβ的肽段和淀粉樣蛋白胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。第二種代謝途徑便是CAA主要致病物質(zhì)Aβ的來(lái)源。Aβ產(chǎn)生過(guò)程中的調(diào)控酶如BACE1及γ-分泌酶正被廣泛研究，有望成為AD和CAA新的治療靶點(diǎn)。

目前已提出CAA患者Aβ的來(lái)源主要包括三種：①由神經(jīng)元產(chǎn)生；②自血液中跨血腦屏障而沉積于血管壁；③由血管壁的平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生[10]。第一種途徑是目前研究最為清楚的Aβ產(chǎn)生途徑，已被多項(xiàng)研究證實(shí)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，Aβ主要由神經(jīng)元產(chǎn)生，而外周組織及細(xì)胞也可產(chǎn)生Aβ。Aβ自血液循環(huán)進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)主要借助細(xì)胞膜上的晚期糖基化終產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation endproducts，RAGE）進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)[11]。RAGE的轉(zhuǎn)運(yùn)能力隨著年齡增長(zhǎng)而增加，故中樞神經(jīng)系統(tǒng)的Aβ水平亦隨著年齡增長(zhǎng)而增加[11]。可溶性轉(zhuǎn)運(yùn)體（或稱(chēng)螯合劑）與血漿中的可溶性Aβ結(jié)合，防止其結(jié)合到RAGE，進(jìn)而阻止Aβ進(jìn)入腦內(nèi)。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)外周途徑給予抗體（螯合劑）結(jié)合血漿中的游離Aβ肽段后，腦內(nèi)Aβ沉積較前明顯減少[12]。這一研究結(jié)果支持第二種途徑在Aβ產(chǎn)生中的作用。體外細(xì)胞培養(yǎng)研究提示腦血管平滑肌細(xì)胞能產(chǎn)生Aβ[13]，表明了第三種途徑的可靠性。

Aβ作為代謝產(chǎn)物主要經(jīng)三種途徑清除，目前尚未明確哪種途徑起主導(dǎo)作用。①經(jīng)血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)：該過(guò)程始發(fā)于毛細(xì)血管，即Aβ產(chǎn)生的第二種途徑的反向過(guò)程。Aβ自腦實(shí)質(zhì)進(jìn)入血液循環(huán)的過(guò)程主要需要借助低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1（low-density lipoprotein receptor-related protein 1，LRP1）和ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白B1（ATP binding cassette subfamily B member 1），后者也稱(chēng)P-糖蛋白1或多重耐藥蛋白1（multidrug resistanceassociated protein 1，MDR1）。在AD患者中，這兩種蛋白的表達(dá)降低[14]，因此可能導(dǎo)致Aβ自腦內(nèi)清除的效率降低而沉積于血管壁。這一過(guò)程對(duì)CAA患者的影響尚未被證實(shí)。這一轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程涉及的環(huán)節(jié)較復(fù)雜，目前尚未完全被闡明，仍有待進(jìn)一步研究。②血管周?chē)宄耗壳罢J(rèn)為存在壁內(nèi)血管周引流（intramuralperiarterial drainage，IPAD）和類(lèi)淋巴引流兩種途徑，二者是否在不同檢測(cè)方法中被發(fā)現(xiàn)而本質(zhì)為同一現(xiàn)象，尚無(wú)定論，主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為二者并不相同[15]。IPAD途徑經(jīng)由位于動(dòng)脈中膜平滑肌細(xì)胞與基膜之間的通道進(jìn)行引流。神經(jīng)元產(chǎn)生的Aβ肽段遷移至血管周后進(jìn)入該通道，沿IPAD途徑逆血流方向引流至淋巴系統(tǒng)，方向?yàn)槊?xì)血管到動(dòng)脈端[16]。血管周?chē)餍枰獎(jiǎng)恿Γ醒芯空J(rèn)為動(dòng)力來(lái)源于心臟輸出產(chǎn)生的動(dòng)脈搏動(dòng)[17]，但這些小的波動(dòng)似乎無(wú)法產(chǎn)生足夠的壓力梯度[18]；另一種看法認(rèn)為該動(dòng)力由血管的自發(fā)性低頻收縮及舒張產(chǎn)生[19]。隨著年齡的增長(zhǎng)及Aβ的沉積，腦血管硬化，彈性減低，血管搏動(dòng)幅度減小，回流動(dòng)力減少，使該清除途徑遭到破壞而導(dǎo)致清除障礙。類(lèi)淋巴引流則是腦脊液自蛛網(wǎng)膜下腔進(jìn)入血管周?chē)g隙，依賴(lài)水通道蛋白4對(duì)流進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)后與含有Aβ的間質(zhì)液混合，沿靜脈周?chē)g隙引流至頸部淋巴結(jié)，故整體方向是動(dòng)脈到靜脈[20]。③腦內(nèi)局部清除：Aβ經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞胞吞、胞內(nèi)/外酶降解等途徑清除。其中胞吞主要依賴(lài)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的清除作用，而細(xì)胞內(nèi)/外酶降解的參與成分較復(fù)雜，包括腦啡肽酶、基質(zhì)金屬蛋白酶等[14]。

1.2 Aβ的沉積及影響因素 生理狀態(tài)下，Aβ的產(chǎn)生及清除處于平衡狀態(tài)。病理狀態(tài)下，由于產(chǎn)生異常或清除障礙，Aβ肽段由實(shí)質(zhì)向血管遷移的過(guò)程減慢，易于聚集形成二聚體、三聚體、低聚物及多聚物，最終堆疊形成原纖維，構(gòu)成腦實(shí)質(zhì)中的斑塊或血管壁內(nèi)的沉積物。Aβ的沉積需經(jīng)過(guò)成核和“種植（seeding）”階段[3]。使用電子顯微鏡觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，在CAA的初始階段，Aβ集中沉積于血管的基底膜內(nèi)[21]，隨著沉積量增大導(dǎo)致中膜的平滑肌細(xì)胞變性[5]。該現(xiàn)象表明，Aβ選擇性沉積的部位位于血管壁內(nèi)，更支持IPAD途徑（沉積于血管壁內(nèi)）而非類(lèi)淋巴引流（沉積于血管周?chē)g隙）在CAA致病中的作用。

Aβ42肽段較Aβ40肽段疏水性更強(qiáng)、可溶性更低，可更快地形成不溶于水的多聚體[22]，因而更易沉積于實(shí)質(zhì)，是AD的主要致病物質(zhì)。Aβ40聚集速率較慢，可遷移足夠長(zhǎng)的距離至脈管系統(tǒng)中才沉積。這解釋了CAA中沉積于血管的蛋白以Aβ40為主的原因。

Aβ與不同載脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）的結(jié)合可調(diào)節(jié)其通過(guò)血腦屏障清除的速率。該過(guò)程具有APOE亞型特異性。APOE4傾向于將Aβ的清除途徑從正常狀態(tài)下占主導(dǎo)的LRP1途徑變?yōu)樾瘦^低的極低密度脂蛋白（very-low-density lipoprotein，VLDL）受體途徑，因此APOE4是CAA的危險(xiǎn)因素。而APOE2和APOE3均可介導(dǎo)通過(guò)LRP1和VLDL受體的清除途徑，清除速率較快[23]。

與Aβ共同沉積形成的沉淀物的成分并非單一物質(zhì)，存在許多共定位蛋白，包括補(bǔ)體蛋白、血清淀粉樣蛋白P（serum amyloid P，SAP）、α1-抗胰凝乳蛋白酶、基質(zhì)金屬蛋白酶9和各種載脂蛋白[15]。這些相關(guān)蛋白如何與Aβ共沉積尚待確定，但是其中一些成分可以加速或抑制Aβ原纖維的形成[15]，如前文所述APOE對(duì)Aβ沉積的影響。基質(zhì)金屬蛋白酶可通過(guò)降解血管基質(zhì)破壞血腦屏障，這可能是CAA相關(guān)血管損害的機(jī)制之一。其他共沉積成分的作用尚未明確，相關(guān)研究正在進(jìn)行中。

Aβ的沉積對(duì)血管結(jié)構(gòu)及功能的破壞本身就會(huì)減慢Aβ經(jīng)血腦屏障和血管周?chē)緩揭鞫宄乃俾剩虼诵纬梢粋€(gè)清除障礙-沉積-清除障礙的惡性循環(huán)[15]。隨著年齡的增長(zhǎng)，經(jīng)血腦屏障由腦脊液向血管內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的效率下降，Aβ沿硬化動(dòng)脈的血管周?chē)餍室策M(jìn)一步下降[10]。胞吞及酶降解途徑的效率降低，亦可造成Aβ的清除不足。

在體外，大多數(shù)基因突變產(chǎn)生的Aβ與野生型Aβ相比表現(xiàn)出更大的聚集傾向，與突變殘基引入的凈電荷的變化有關(guān)[24]。與野生型相比，荷蘭型Aβ產(chǎn)物的異常電荷引起病理反應(yīng)，形成更多原纖維，且更能對(duì)抗酶的降解，同時(shí)更難通過(guò)血腦屏障被清除。此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明荷蘭型Aβ在血管壁的沉積增加，可能通過(guò)目前尚未明確的方式增加Aβ40∶Aβ42的值而使得Aβ更易沉積于血管壁而非腦實(shí)質(zhì)[15]。

1.3 Aβ沉積的后續(xù)效應(yīng) 在CAA出血性病變中，沉積物的效應(yīng)是破壞血管壁。Aβ通過(guò)降低血管壁內(nèi)的緊密連接蛋白1、5等蛋白的表達(dá)從而破壞內(nèi)皮細(xì)胞之間的緊密連接，增加基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)和活性，使血腦屏障完整性喪失[24]，最終導(dǎo)致屏障滲漏和皮質(zhì)出血。此外，Aβ沉積可使機(jī)體生成活性氧并破壞神經(jīng)元膜，從而損害神經(jīng)元代謝完整性和突觸功能[25]，可能由此導(dǎo)致血腦屏障破壞、血管內(nèi)皮細(xì)胞損害和滲透性增加。Aβ40可引起炎癥，導(dǎo)致單核細(xì)胞通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞遷移，對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞也可產(chǎn)生破壞，但除了CAA相關(guān)炎癥這一疾病亞型外，其可能并非其他CAA亞型的主要致病過(guò)程。

受累血管因Aβ沉積而出現(xiàn)管壁增厚、管腔狹窄乃至閉塞，可引發(fā)缺血性改變。皮層微梗死可能是CAA中發(fā)生率最高的局灶性病變，但因目前常規(guī)影像學(xué)檢查難以識(shí)別微梗死而未顯示出較高的發(fā)生率[26]。

2 病因分類(lèi)

2.1 遺傳性CAA 位于21號(hào)染色體的APP基因突變主要引起單個(gè)氨基酸的替換，導(dǎo)致常染色體顯性遺傳的早發(fā)性AD和（或）CAA。不同類(lèi)型的致病淀粉樣蛋白不盡相同。目前已發(fā)現(xiàn)的與APP基因相關(guān)的CAA類(lèi)型有荷蘭型、愛(ài)荷華型、冰島型、意大利型、芬蘭型、北極型、皮埃蒙特型、佛蘭德型等。影響Aβ編碼區(qū)域內(nèi)氨基酸殘基的基因突變往往使得臨床上CAA的相關(guān)表現(xiàn)相對(duì)于AD更突出[27]。其中荷蘭型CAA是最早被發(fā)現(xiàn)也是目前研究最成熟的一種遺傳性CAA，是研究CAA的重要模型[24]。

除點(diǎn)突變外，APP基因數(shù)量的增加也可以導(dǎo)致CAA。APP基因復(fù)制相關(guān)的早發(fā)AD或唐氏綜合征（存在三條攜帶APP基因的21號(hào)染色體）的個(gè)體具有較高的CAA疾病外顯率和相對(duì)較早的發(fā)病年齡[28]，可證明此觀(guān)點(diǎn)。

2.2 散發(fā)性CAA 散發(fā)性CAA患病率及嚴(yán)重程度隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，被認(rèn)為是一種增齡相關(guān)的腦小血管病。正如其他存在特定危險(xiǎn)因素的腦小血管病一樣，某些特定人群的CAA病理改變由量變轉(zhuǎn)化為質(zhì)變，最終成為有臨床癥狀的CAA患者。APOEε4等位基因是目前比較明確的CAA危險(xiǎn)因素，APOEε2等位基因在AD中具有保護(hù)性，但卻是CAA相關(guān)出血的重要促發(fā)因素[29]。其他危險(xiǎn)因素包括年齡、腦血管病、高脂血癥和高血壓等[30]。CAA的患病率隨著年齡的增長(zhǎng)而增加。雖然高血壓并非CAA的致病因素，但嚴(yán)格控制血壓可以降低CAA相關(guān)腦出血的風(fēng)險(xiǎn)[31]，提示高血壓可能是CAA相關(guān)腦出血的一個(gè)可控的誘發(fā)因素，因此臨床上嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制血壓，一定程度上可以預(yù)防CAA相關(guān)腦出血。

2.3 獲得性/醫(yī)源性CAA 近年來(lái)報(bào)道了一些病理證實(shí)的早發(fā)而非遺傳性CAA病例，此類(lèi)患者在CAA發(fā)生前幾十年曾進(jìn)行過(guò)神經(jīng)外科手術(shù)[1]。醫(yī)源性CAA患者腦血管壁沉積的成分中，Aβ40數(shù)量較少，表明這一致病過(guò)程與傳統(tǒng)的散發(fā)性CAA不同，而可能與使用受Aβ污染的神經(jīng)外科器械或暴露于含有錯(cuò)誤折疊的Aβ“種子”的硬腦膜有關(guān)，只要提供了Aβ“種植”的中心，即“種子”，即可造成Aβ的沉積，該過(guò)程類(lèi)似于醫(yī)源性克-雅病（CreutzfeldtJakob disease，CJD）[32]。

3 展望

CAA臨床影像表型的異質(zhì)性提示其可能存在不同的發(fā)病機(jī)制。基于尸檢病理和動(dòng)物模型的研究有助于深入探索CAA的機(jī)制及致病途徑。現(xiàn)有的關(guān)于CAA發(fā)病機(jī)制的猜想或假說(shuō)呈多元化趨勢(shì)，織成了一張錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，哪些機(jī)制或途徑是導(dǎo)致CAA發(fā)生、發(fā)展及相應(yīng)病理過(guò)程的根本原因，仍有待進(jìn)一步明確。總體而言，Aβ的產(chǎn)生和清除之間的動(dòng)態(tài)平衡被打破是導(dǎo)致其沉積及致病的根本原因，而該過(guò)程受許多因素調(diào)節(jié)。迄今尚無(wú)針對(duì)CAA的明確有效的疾病修飾治療方法，因此，對(duì)CAA發(fā)病機(jī)制的探索是未來(lái)的重要研究方向，亦是進(jìn)一步探索和發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)的重要前提。