內皮細胞及少突膠質細胞對腦小血管病作用的研究進展

王 晨，李玉茹，田 力，滕偉禹

腦小血管病(small vessel disease，SVD)的主要病理學特征包括血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的損害和白質病變(white matter lesions，WMLs)，典型的SVD損害是血管起源的白質病變、腔隙性腦梗死、微出血、表面性鐵質沉著癥、血管周圍間隙和微梗死[1-2]。臨床上這類腦損害在單獨出現時大多沒有臨床癥狀，隨著病灶數量的增加以及不同種類病灶的結合會出現認知障礙、癡呆、抑郁癥、運動性問題，而且會提高腦卒中的發病風險[3]。SVD常與阿爾茨海默病一起發生，同時也是造成血管性癡呆的最常見病因，并加重由此造成的認知功能障礙[4-5]。為研究腦內各細胞之間的相互關系，提出了神經血管單元(neurovascular unit，NVU)[6]這一概念。NVU即內皮細胞、小膠質細胞、周細胞、星形膠質細胞、細胞基膜、神經元以及細胞外基質之間動態相互作用的結構復合體[6]。本研究將對NVU中內皮細胞、少突膠質細胞以及二者的相互作用對SVD發生發展影響的研究進展進行綜述。

1 內皮細胞

內皮細胞為血管壁的主要構成細胞，血管對營養物質以及代謝物均具有通透性，以便向組織提供營養物質并排出廢物。在大腦中，內皮細胞為BBB的重要組成部分。BBB是由內皮細胞、周細胞、星形膠質細胞、基底膜組成的特定結構，防止大腦遭受病原體和免疫細胞的入侵，并通過屏障作用減少血液中離子和信號分子濃度的波動，以維持大腦的正常生理功能。BBB保護神經元免受血液循環中有害物質的影響，調節中樞神經系統的內部環境，維持正常突觸和神經元功能。BBB一旦破壞，血源性神經毒性碎片、細胞和微生物病原體進入大腦，其與炎癥和免疫反應有關，可能引發多條神經退化途徑[7]。在評估腦卒中、多發性硬化癥、創傷性腦損傷和癲癇小鼠模型的中樞神經系統內皮基因表達調節實驗中，發現每種小鼠模型都有嚴重的BBB破壞，雖然每種模型均由不同的因素引起，但在BBB破壞過程中都包括一個核心的BBB功能障礙模塊，該模塊將中樞神經系統的內皮細胞轉變為外周內皮細胞樣狀態[8]。

此外，血管內皮細胞釋放的一氧化氮(nitric oxide，NO)會對血管周圍收縮平滑肌細胞和周細胞進行松弛調節進而調控血流量，以及通過調節內皮細胞的功能來重塑血管網絡。關于內皮細胞如何獲取和分析血流信號的機制目前尚不清楚，但實驗顯示，在分子水平上發現低流量條件下，原發性纖毛賦予內皮細胞對骨形態發生蛋白9(bone morphogenetic protein 9，BMP9)的強烈敏感性，BMP9信號在低流量下與初級纖毛協同，在高剪應力介導的重塑之前保持未成熟血管的開放，以達到調節腦血流量的目的[9]。同時調節血液流向大腦中神經元活躍區域，以滿足大腦對新陳代謝的需要。

內皮細胞通過自噬溶酶體途徑處理髓鞘碎片可以引發炎癥反應，并可能有助于血管生成和纖維化瘢痕的形成。清除受損的髓鞘是損傷后神經功能恢復的關鍵。研究表明，內皮細胞在脊髓損傷中通過調節巨噬細胞浸潤、血管生成和纖維化的過程，發揮髓鞘清除的關鍵作用，從而引起脫髓鞘疾病的發生發展[10]。髓鞘碎片的吞噬過程誘導內皮細胞向間充質細胞轉化，這一過程賦予內皮細胞刺激纖維化成分生成的能力[11]。血管內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPC)作為內皮細胞系的細胞，其在腦血管病的治療中已被廣泛研究。實驗研究發現，在EPC分泌體中發現了多種生長因子、細胞因子和蛋白酶。在體外，EPC分泌體可顯著促進內皮細胞和少突膠質前體細胞的增殖，促進少突膠質前體細胞的成熟。在體內，EPC分泌體增加了白質中的血管密度、髓鞘和成熟的少突膠質細胞，并挽救了小鼠低灌流模型的認知功能[12]。

2 少突膠質細胞

少突膠質細胞是在中樞神經系統中形成髓鞘的細胞，經歷少突膠質前體細胞(oligodendrocyte precursor cells，OPC)、晚期OPC、未成熟的OPC和成熟髓鞘OPC 4個階段發育成熟。少突膠質細胞產生的髓鞘為脂肪鞘，包圍軸突起隔離絕緣作用的同時也為軸突提供結構保護，也是中樞神經系統的軸突快速傳導的基礎，對于維持神經元生理功能如神經營養代謝的支持、神經回路的信息處理十分重要[13-14]。少突膠質細胞嵌在一個由相互連接的膠質細胞和神經元細胞組成的巨大網絡中，少突膠質細胞通過調節離子和水的內穩態、為神經元提供代謝支持等方式在其中發揮作用[15]。

未成熟的少突膠質細胞存在于發育中腦內，也存在于成人腦內。成人白質內的少突膠質細胞，可能與疾病損傷修復有關。疾病損傷修復中涉及的髓鞘形成和修復受少突膠質細胞系細胞的調控，這些細胞能感知和整合來自周圍環境包括來自其他膠質細胞和細胞外基質的信號。實驗雖然發現了小膠質細胞衍生的谷氨酰轉氨酶-2(TG2)在細胞外基質層黏連蛋白(laminin)上向ADGRG1發出信號，并且TG2/laminin依賴的黏附G蛋白偶聯受體ADGRG1激活促進OPC增殖。在兩個脫髓鞘小鼠模型中，通過TG2/laminin向OPC上的ADGRG1傳遞信號可進一步改善髓鞘再生[16]，然而信號通路的具體機制仍不清楚。

在某些活躍的多發性硬化病變中發現OPC在血管周圍聚集，OPC可以破壞BBB，干擾星形膠質細胞足突和內皮緊密連接的完整性，導致血管通透性改變和相關的中樞神經系統炎癥。同時，OPC中異常的Wnt張力介導其功能障礙的血管脫離，并導致Wnt抑制因子1(Wif1)的OPC分泌，從而干擾Wnt配體在內皮緊密連接完整性上的功能。因此，異常的OPC血管周圍遷移不僅損害了其病變募集，而且還通過破壞BBB而起到致病作用[17]。

3 內皮細胞與少突膠質細胞的相互作用

內皮細胞主要影響少突膠質細胞的發育和遷移過程[18]。腦內皮細胞可能通過釋放多種營養因子，如腦源性神經營養因子(BDNF)、堿性成纖維細胞生長因子2(bFGF-2)、血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor，VEGF-A)、腎上腺髓質素(adrenomedullin，ADM)來影響少突膠質細胞。BDNF是一種完全的非依賴性內皮源性因子，具有自分泌作用[19]，促進OPC增殖分化成熟，在中樞神經系統發育過程中促進髓鞘形成，腦損傷時調節少突膠質細胞數量的同時作用于神經干細胞促進其分化。但其在體內對少突膠質細胞發育的影響機制尚不清楚。實驗研究發現，BDNF在小鼠發育過程中選擇性地對視神經中的少突膠質細胞產生短暫的影響，即BDNF基因單鏈缺失對體內少突膠質細胞密度和譜系進展有一定影響，主要作用僅限于促進少突膠質細胞髓鞘形成[20]；bFGF-2促進內皮細胞增殖遷移發育成型的同時，在體外還可促進OPC的增殖，但刺激晚期OPC增殖時，阻斷其向成熟少突膠質細胞的分化，與促進OPC的增殖和在后期向少突膠質細胞分化的血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)協同上調α受體促進OPC增殖[21-22]。bFGF-2還可以促進OPC的遷移，預防OPC的凋亡應激；VEGF-A作為神經血管單位的主要介質之一，在腦內皮細胞的條件培養液促進OPC增殖和遷移，但有研究表明內皮來源的VEGF-A可能只參與OPC的遷移，不參與增殖[23]。中樞神經系統中的ADM主要表達于神經元和腦內皮細胞。實驗檢測到人少突膠質細胞系中ADM的mRNA，表明ADM具有通過少突膠質細胞中的ADM受體調節少突膠質細胞功能的潛在作用[24]，ADM基因敲除可抑制原代大鼠OPC的分化[25]，進而表明ADM在OPC分化中起作用。少突膠質細胞系細胞主要通過釋放特定介質如轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase 9，MMP-9)來影響內皮細胞。在體外細胞培養和體內脊髓中，少突膠質細胞表達TGF-β，其中TGF-β1在體內含量較高[26]，TGF-β可刺激內皮細胞向間充質細胞轉化。通過穩定新形成的毛細血管芽促進血管生成與瘢痕修復[27]；白質損傷后，少突膠質細胞分泌血管生成因子和MMP-9，促進血管重塑。MMP-9通過與VEGF-A相互作用，調控內皮細胞的遷移、內皮通透性以及新血管的形成[28]。

4 內皮細胞與少突膠質細胞及其相互作用對SVD的影響

神經系統正常生理功能的維持、神經系統疾病的病理變化及損傷修復均涉及細胞之間復雜的相互作用過程，其中，包含神經系統的多種細胞以及維持其相互聯系的多種介質。NVU內細胞整合、協調處理來自鄰近細胞的信號，以對中樞神經系統產生調節BBB通透性、血管生成、清除有毒代謝物、毛細血管血流動力學反應、神經炎癥和干細胞活動等多種功能反應。研究表明，內皮細胞和少突膠質細胞及其相互作用可能與SVD的發生發展有關。在SVD動物模型和病人死亡后病理組織中發現內皮細胞異常，而且觀察到內皮細胞功能障礙后OPC增殖和遷移增加[29]。小鼠SVD模型實驗發現老年癡呆發展的顯著變化是內皮細胞功能障礙[29]。功能障礙的內皮細胞分泌熱休克蛋白90α，阻止少突膠質細胞分化，導致髓鞘受損。同時在早期無癥狀的SVD病人中也觀察到內皮和少突膠質細胞功能障礙[30]。現有證據表明，低灌注以及由此造成的內皮損傷被認為是導致白質病變發生進而影響SVD的原因之一[31]。一項涉及38個研究、4 006例病人的Meta分析發現，腦白質高信號的病人與沒有橫斷面研究的病人相比，靜息腦血流量更低，但匹配年齡和排除癡呆病人后，這種關聯消失[32]，反映出阿爾茨海默病病人腦血流受損的發生較早[33]。表明內皮細胞和少突膠質細胞可能與SVD的發生發展有關，但具體機制尚未明確。

從SVD的病理角度看，BBB的損害以及白質病變均與內皮細胞和少突膠質細胞及其相互作用有關。內皮細胞通過釋放BDNF、bFGF-2、VEGF-A、ADM等介質來影響少突膠質細胞，少突膠質細胞通過TGF-β、MMP-9等介質影響內皮細胞，兩者的相互作用在維持神經系統內環境的穩態、維護BBB正常功能及調控腦血流量中發揮重要作用。研究表明，內皮細胞和OPC/少突膠質細胞之間存在串擾，通過Wnt/β-catenin通路介導。這種相互作用的失調可能會限制白質病變的再髓鞘化，使BBB滲漏，從而引發惡性的神經炎癥循環[30]，進而影響SVD的進展。但目前證據顯示，在神經炎癥性疾病中，少突膠質細胞分泌的MMP-9通過調控內皮細胞，損傷BBB[34]，進而影響SVD的發生發展。由于相關研究較少，暫無證據表明內皮細胞和少突膠質細胞之間的其他介質對SVD有直接影響。

5 小結與展望

盡管內皮細胞和少突膠質細胞在SVD中起著關鍵作用，但兩種細胞對SVD影響的研究甚少。兩種細胞在生理狀態時維持穩態，在功能障礙時也會通過相互作用來緩解或惡化機體功能，未來將通過觀察SVD病人以及實驗動物模型中細胞間相互作用涉及的“媒介”含量以及種類的改變，監測內皮細胞以及少突膠質細胞在SVD發生、發展中發揮的作用，通過人為改變媒介含量和(或)種類，或通過對介質相關基因敲除等處理，達到機體病情緩解甚至恢復的目的，為SVD的臨床診治提供理論依據。