神經(jīng)免疫心血管界面在動(dòng)脈粥樣硬化中的研究進(jìn)展

陳艷華 孫慧

(1.山東第一醫(yī)科大學(xué),山東 濟(jì)南 250000; 2.山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬中心醫(yī)院心血管科,山東 濟(jì)南 250000)

動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成于動(dòng)脈內(nèi)膜層,斑塊可能損害重要器官的血液供應(yīng),導(dǎo)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(guó)家死亡的主要原因[1]。眾所周知,動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制至今尚未徹底闡明,特別是神經(jīng)方面的作用。到目前為止,人們傳統(tǒng)上認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)不直接參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制,因?yàn)榘邏K不受神經(jīng)支配,而免疫系統(tǒng)對(duì)斑塊的反應(yīng)是在動(dòng)脈外膜形成白細(xì)胞浸潤(rùn)[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(jué)神經(jīng)纖維和交感神經(jīng)纖維在主動(dòng)脈外膜分布極豐富,軸突網(wǎng)絡(luò)在鄰近動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的節(jié)段中顯著增加,在動(dòng)脈第三淋巴器官(arterial third lymphoid orga,ATLO)(類似于慢性炎癥部位淋巴結(jié)樣結(jié)構(gòu)的免疫細(xì)胞聚集體)和靠近中膜平滑肌細(xì)胞外層的外膜-中膜邊界處穩(wěn)定分布,形成廣泛的神經(jīng)免疫心血管界面(neuroimmune cardiovascular interfaces,NICI),此發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化的研究奠定了基礎(chǔ)。此外急性應(yīng)激和晝夜節(jié)律的動(dòng)力性,遺傳學(xué)技術(shù)的特定性也為神經(jīng)免疫學(xué)方法治療動(dòng)脈粥樣硬化提供了一定的方向。現(xiàn)就動(dòng)脈粥樣硬化形成機(jī)制中神經(jīng)免疫系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)因素方面進(jìn)行綜述,以提高動(dòng)脈粥樣硬化的預(yù)防與治療水平。

1 NICI

眾所周知,動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制目前尚未徹底闡明。而對(duì)于神經(jīng)免疫方面,近年來(lái)Mohanta等[3]通過(guò)結(jié)合神經(jīng)血管聯(lián)系和神經(jīng)免疫學(xué)的原理,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)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(jìn)行復(fù)雜的交叉作用,形成NICI。并建立了廣泛的動(dòng)脈-腦回路(artery-brain circuit,ABC),即可使斑塊誘導(dǎo)的感覺(jué)神經(jīng)纖維通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)驅(qū)動(dòng)大腦神經(jīng)重塑,進(jìn)而刺激動(dòng)脈外膜交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的新生長(zhǎng),促進(jìn)斑塊的進(jìn)一步生長(zhǎng)。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(jīng)系統(tǒng)

1.1.1 周圍神經(jīng)系統(tǒng)

血管壁分為內(nèi)膜層、中膜層和外膜層。內(nèi)膜層由一層內(nèi)皮細(xì)胞組成,中膜層一般由彈力纖維等組成,外膜層由上皮細(xì)胞組成。盡管血管的內(nèi)膜層無(wú)神經(jīng)支配,但周圍神經(jīng)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(dòng)脈血壓外,越來(lái)越多的證據(jù)也表明交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活可調(diào)節(jié)動(dòng)脈炎癥的發(fā)生和發(fā)展。Mohanta等[1]通過(guò)對(duì)小鼠動(dòng)脈粥樣硬化中軸突密度與粥樣斑塊大小的相關(guān)性的一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),進(jìn)一步證實(shí)了ApoE-/-小鼠的交感神經(jīng)和傷害性感受器軸突末梢直接支配外膜。外膜神經(jīng)支配由直接支配外膜的軸突末梢和指向遠(yuǎn)處目標(biāo)的其他傳遞纖維組成。軸突新生僅限于整個(gè)主要?jiǎng)用}樹(shù)區(qū)域的動(dòng)脈粥樣硬化段,且這些反應(yīng)與疾病進(jìn)展平行。外膜軸突生長(zhǎng)隨年齡增長(zhǎng)而增加,在ApoE-/-小鼠中,與非ATLO區(qū)域相比,ATLO中軸突生長(zhǎng)明顯更多。有趣的是,斑塊和ATLO大小的增加與PNS廣泛的神經(jīng)炎癥呈正相關(guān)[4]。鑒于交感神經(jīng)依賴去甲腎上腺素介導(dǎo)的信號(hào),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(jīng)傳導(dǎo)通路,因內(nèi)皮細(xì)胞活化和應(yīng)激誘導(dǎo)的白細(xì)胞流入動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的數(shù)量將減少,使斑塊體積縮小[5]。神經(jīng)系統(tǒng)似乎通過(guò)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞動(dòng)員和迄今未知的機(jī)制滲透到炎癥部位來(lái)防止疾病進(jìn)展。盡管動(dòng)脈粥樣硬化斑塊不受神經(jīng)支配,但消融這些區(qū)域的交感神經(jīng)支配可減輕動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成,這是斑塊進(jìn)展的神經(jīng)調(diào)節(jié)的一個(gè)潛在證據(jù),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(dá)遠(yuǎn)處目標(biāo)的主要通道[6],Mohanta等[1]通過(guò)假設(shè)外周神經(jīng)可能直接與病變動(dòng)脈相互作用,發(fā)現(xiàn)廣泛的NICI出現(xiàn)在小鼠和人類動(dòng)脈粥樣硬化病變的外膜節(jié)段中,顯示出擴(kuò)展的軸突網(wǎng)絡(luò),包括免疫細(xì)胞和介質(zhì)平滑肌細(xì)胞附近軸突末端的生長(zhǎng)錐。另外,Mohanta等[1]也發(fā)現(xiàn)小鼠NICI建立了ABC即腹主動(dòng)脈外膜痛覺(jué)傳入[7]通過(guò)脊髓T6～T13背根神經(jīng)節(jié)進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS),多個(gè)感覺(jué)及交感CNS神經(jīng)元被追蹤到腦干和杏仁核神經(jīng)元,交感神經(jīng)通過(guò)脊髓中間外側(cè)神經(jīng)元和腹腔神經(jīng)節(jié)從延髓和下丘腦神經(jīng)元投射到動(dòng)脈外膜。局部神經(jīng)血管炎癥通過(guò)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(jīng)和腹腔迷走神經(jīng)活動(dòng)隨著疾病進(jìn)展而增加,而對(duì)PNS進(jìn)行化學(xué)去神經(jīng)支配或外科腹腔神經(jīng)節(jié)切除術(shù)后發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)處理的小鼠表現(xiàn)出動(dòng)脈粥樣硬化減輕,其特征是ATLO的數(shù)量、大小和細(xì)胞組成減少,斑塊更穩(wěn)定、更小[1](見(jiàn)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(xì)胞

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

1.3 血管系統(tǒng)

動(dòng)脈粥樣硬化病變從一個(gè)有序結(jié)構(gòu)的動(dòng)脈壁演變而來(lái),形成一個(gè)由駐留細(xì)胞和新招募細(xì)胞組成的復(fù)雜集合體[8]。斑塊,也稱為動(dòng)脈粥樣硬化,形成于動(dòng)脈內(nèi)層(內(nèi)膜)。成熟的動(dòng)脈粥樣硬化通常在纖維帽下含有富含脂質(zhì)的中心核。內(nèi)皮細(xì)胞單層位于斑塊表面,提供與血液的關(guān)鍵界面[8]。動(dòng)脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病,針對(duì)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(guò)程之間的不平衡性,不僅能驅(qū)動(dòng)動(dòng)脈血管壁中的慢性炎癥,也能決定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的命運(yùn),致斑塊極其不穩(wěn)定(如斑塊破裂和侵蝕)[17]。動(dòng)脈的外結(jié)締組織層,即外膜,被神經(jīng)系統(tǒng)用作到達(dá)外周組織的主要通道[6]。神經(jīng)纖維軸突網(wǎng)絡(luò)可在鄰近動(dòng)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(xì)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(dòng)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(dòng)與PNS和免疫系統(tǒng)的相互作用,作為神經(jīng)系統(tǒng)不可或缺的支架[19],而其內(nèi)膜層通過(guò)管腔側(cè)的內(nèi)皮細(xì)胞募集白細(xì)胞以促進(jìn)斑塊生長(zhǎng)[20]。因此,未來(lái)可進(jìn)一步探究外膜NICI內(nèi)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(dòng)脈粥樣硬化以外的多種無(wú)法解決的神經(jīng)免疫學(xué)相關(guān)疾病。

2 動(dòng)脈粥樣硬化的驅(qū)動(dòng)因素

2.1 急性應(yīng)激

據(jù)臨床和流行病學(xué)研究[21]表明,急性應(yīng)激所包含的方面極廣,如壓力,壓力是動(dòng)脈粥樣硬化的一個(gè)關(guān)鍵危險(xiǎn)因素,精神壓力的增加會(huì)加速CVD的風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展起重要作用。而且,長(zhǎng)期精神緊張也可導(dǎo)致血清膽固醇水平的升高,也是驅(qū)動(dòng)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成的一個(gè)危險(xiǎn)因素。因此,通過(guò)減輕壓力來(lái)改善心理健康狀況是預(yù)防壓力性CVD的一個(gè)治療前沿。從機(jī)制上講,急性應(yīng)激通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的去甲腎上腺素依賴性調(diào)節(jié),通過(guò)激活內(nèi)皮細(xì)胞上的細(xì)胞黏附分子以增強(qiáng)白細(xì)胞向組織的募集,從而驅(qū)動(dòng)血管炎癥和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的進(jìn)展。除了壓力,越來(lái)越多的證據(jù)也證實(shí)了傷害性感受和免疫系統(tǒng)之間存在著強(qiáng)烈的關(guān)系,也是通過(guò)與以上所述的壓力類似的機(jī)制來(lái)影響炎癥過(guò)程的[4]。另外,控制壓力和焦慮的心理干預(yù)或藥理學(xué)方法在CVD患者中更為普遍,且與疾病的預(yù)后息息相關(guān),也是一個(gè)很好的臨床治療方向。健康狀況下降、睡眠質(zhì)量差、疼痛評(píng)分高、血管老化以及衰老期間體力活動(dòng)減少,均可增加免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和血管炎癥,引發(fā)應(yīng)激性動(dòng)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(fù)擔(dān)的機(jī)制中靶向神經(jīng)遞質(zhì)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的藥物如β受體阻滯劑,作為改善急性冠脈綜合征預(yù)后的一線治療,并作為高危患者降低CVD發(fā)病率和死亡率的二級(jí)預(yù)防措施。

2.2 晝夜節(jié)律

動(dòng)脈粥樣硬化病變的白細(xì)胞浸潤(rùn)作為動(dòng)脈粥樣硬化消退的主要驅(qū)動(dòng)因素,已被證明受到晝夜節(jié)律的嚴(yán)格控制[22]。事實(shí)上,交感神經(jīng)失神經(jīng)或抑制β2腎上腺素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)后,動(dòng)脈白細(xì)胞募集的晝夜節(jié)律振蕩消失。白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞或動(dòng)脈壁細(xì)胞中核心時(shí)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(xì)胞晝夜黏附在急性血管炎癥的發(fā)病時(shí)間中起著關(guān)鍵作用[23-24]。晝夜節(jié)律的周期長(zhǎng)度約為24 h,在生物體適應(yīng)環(huán)境中有節(jié)奏的明暗變化方面也起著關(guān)鍵作用[25]。光可攜帶這些節(jié)律,導(dǎo)致下丘腦視交叉上核的節(jié)律同步,后者構(gòu)成生物體的主時(shí)鐘[22]。因此也使外周組織的時(shí)鐘同步,從而在全身設(shè)置一個(gè)共同的相位。至此,交感神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)腎上腺皮質(zhì)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(jīng)直接支配組織,并可通過(guò)從靜脈曲張中釋放去甲腎上腺素來(lái)調(diào)節(jié)局部生理學(xué),局部和全身應(yīng)用炎癥刺激可導(dǎo)致中性粒細(xì)胞到達(dá)炎癥部位的能力不同[26],表明炎癥反應(yīng)中受限環(huán)境信號(hào)的重要性。Juan等[22]觀察到靜脈中白細(xì)胞黏附的強(qiáng)烈振蕩,但與動(dòng)脈相比,這種節(jié)律表現(xiàn)出意外的相移。在動(dòng)脈中,粘連在凌晨達(dá)到高峰,并在午夜左右出現(xiàn)。相比之下,靜脈中的白細(xì)胞黏附在早晨達(dá)到低谷,在午夜達(dá)到高峰。白細(xì)胞血管內(nèi)黏附反應(yīng)的節(jié)律性導(dǎo)致動(dòng)靜脈血管在不同的時(shí)間段與血小板的相互作用達(dá)高峰,因此血管在不同的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生急性血栓的風(fēng)險(xiǎn)是有差異的。因此可看出,有效控制時(shí)間依賴性血管類型特異性血栓形成在預(yù)防和治療動(dòng)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(xué)技術(shù)包括光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué),提供了以特定類型和區(qū)域的方式調(diào)節(jié)神經(jīng)元的能力,這些技術(shù)可通過(guò)采用遺傳策略在特定神經(jīng)元中插入可光激活的離子通道或設(shè)計(jì)藥物選擇性激活的設(shè)計(jì)受體,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域中特定神經(jīng)元亞群的靶向激發(fā)和抑制[27]。在最近的一項(xiàng)研究中應(yīng)用的光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)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(yīng)激誘導(dǎo)的免疫細(xì)胞波動(dòng),這會(huì)損害免疫功能并增強(qiáng)對(duì)疾病的易感性[28],但也增強(qiáng)了對(duì)CVD進(jìn)行靶向免疫調(diào)節(jié)的希望。光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)等生物技術(shù)以及CRISPR/Cas9等基因組編輯工具的最新研究進(jìn)展能加深對(duì)腦器官通信的理解,開(kāi)發(fā)能精細(xì)調(diào)節(jié)參與動(dòng)脈粥樣硬化的神經(jīng)免疫軸的工具,對(duì)于在不確定普遍免疫抑制和其他非靶向效應(yīng)的情況下實(shí)現(xiàn)組織靶向免疫調(diào)節(jié)至關(guān)重要,并將有助于確定精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的新治療靶點(diǎn)[4]。動(dòng)脈粥樣硬化中神經(jīng)支配、白細(xì)胞、血管外膜三者相互作用形成廣泛的NICI,遺傳學(xué)技術(shù)的靶向調(diào)節(jié)作用也為神經(jīng)免疫學(xué)方法預(yù)防和治療血管炎癥和斑塊形成提供了一定的方向。

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