腦小血管病血液生物標志物的研究進展

饒 晨綜述， 朱 蕾審校

腦小血管疾病（cerebral small vessel disease，CSVD）是一種主要累及腦內小動靜脈及其遠端分支、微血管、毛細血管的一系列的臨床、影像學變化的病理性動態性血管疾病［1］。該疾病約占所有卒中的1/4，也是血管性癡呆的主要促成因素，其高患病率、高復發率以及該疾病所引發的卒中、步態、小便、精神情緒以及認知相關異常等影響仍是當今卒中醫學所面臨的主要挑戰之一，也給社會及家庭帶來了巨大的經濟負擔［2，3］。CSVD起病隱匿，往往通過影像學技術而被發現，其影像學特征主要包括新發的皮質下梗死、腦微出血（cerebral microbleed，CMB）、血管源性白質高信號（white matter hyperintensities，WMH）、血管周圍間隙擴大（enlarged perivascular space， EPVS）、腔隙和腦萎縮等［4］。

近年來，大量學者開展相關動物模型及臨床研究，對CSVD 病理生理機制進行探索。發現血管動脈粥樣硬化、氧化應激、慢性低度炎癥、血流動力學異常以及腸道菌群失調等多因素相互作用導致腦血管內皮細胞功能障礙，進一步誘導神經炎癥以及血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）損害的發生［5］。此外，腦血流動力學也會隨著BBB 功能障礙而出現異常，纖維蛋白原進入大腦和腦中氧含量下降會進一步激活小膠質細胞和星形膠質細胞，促進神經炎癥發生和神經元損傷，最終造成惡性循環并導致CSVD［5］。

目前，現有的CSVD 相關生物標志物文獻主要依據神經影像學技術進行分類整理，如腦白質高信號、腔隙性梗死等；而CSVD 血液相關生物標志物則多依據該疾病病理生理機制進行分類，如內皮細胞功能障礙、BBB 受損、氧化應激以及免疫炎癥等。但由于該疾病發病機制的復雜性，其分類也存在多交叉性，不是很好利于我們閱讀和理解。因此，本篇綜述將從另一角度（物質分類）并結合發病機制去將現有的血液生物標志物進行歸納總結。

1 蛋白質相關標志物

1.1 內皮細胞功能障礙相關的蛋白質標志物

1.1.1 內皮一氧化氮合酶 內皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）是一種由NOS3基因編碼的位于7 號染色體上的蛋白質。在生理情況下，eNOS 和所產生的NO 在神經血管保護功能中占據重要地位。Rajani 等［6］研究發現內皮功能障礙是大鼠CSVD模型和散發性CSVD人類樣本中疾病發展的早期誘發因素，并且在這些模型和樣本里eNOS的含量顯著下降。在一項自發性CSVD模型中研究發現［7］，部分eNOS缺陷小鼠會顯示出CSVD相關的主要特征，如它們的大腦表現出氧化應激反應的升高、星形膠質細胞增生、腦淀粉樣血管病、微出血、微梗死和白質病理等。

1.1.2 淀粉蛋白前β-分解酶1 淀粉蛋白前β-分解酶1（β-secretase 1，BACE1）是一種膜結合的天冬氨酸蛋白酶，可切割多種底物，特別是淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP），生成β 淀粉樣蛋白（amyloid β-protein,Aβ）。Zhou等［8］研究發現，內皮特異性BACE1 過表達的小鼠可以表現出類似于人類CSVD 綜合征的表型，并且確定了內皮細胞BACE1 在介導CSVD 內皮功能障礙和血腦屏障滲漏中的作用，這些發現為CSVD 提供了一個全新的潛在生物標志物和治療靶點。

1.1.3 細胞黏附分子1 細胞黏附分子1（cell adhesion molecule-1，CAM1）是免疫球蛋白超家族中高表達的黏附分子，是BBB 和白細胞跨內皮遷移（TEM）介質的重要一部分，在炎癥反應中也同樣占據重要角色［9，10］。生理情況下，CAM1 在顱內血管內皮中常低表達或不表達，高表達可能會使過多白細胞黏附于內皮細胞上，進一步促進炎癥因子的分泌并加劇腦損傷。一項橫斷面研究中表明腦白質疏松癥的CSVD 評分與CAM1 獨立相關，這在CSVD 的發病機制中起到了重要性作用［11］。

1.1.4 血管內皮生長因子 血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是存在于中樞神經系統中能夠促進新生血管的生成和血管重塑的神經保護因子，不僅能刺激內皮細胞的增殖，還能抑制細胞凋亡并維持神經細胞活性［12］。Wang等［12］在一項動物實驗中發現，CSVD小鼠VEGF蛋白水平明顯低于對照組。Ping等［13］也在研究中發現，腦VEGF和血管密度的降低參與了遺傳性CSVD中的伴皮質下梗死和白質腦病的常染色體顯性遺傳性腦動脈病（cerebral autosomal dominant angiopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CADASIL）發病機制。

1.1.5 血管性血友病因子 血管性血友病因子（von Willebrand Factor，vWF）是主要由受損的內皮細胞所產生的多聚體黏附蛋白，在血管內皮受損時可以介導血小板黏附于受損內皮上，并穩定凝血因子Ⅷ，在血管凝血中占據了重要角色［14］。當內皮細胞功能失調時，vWF 將以大分子量多聚物的形式釋放，從而進一步加劇血管損傷。Wang等［15］研究中發現，血管周圍間隙的出現與內皮功能障礙標志物vWF 呈負相關，表明缺乏vWF 可能與腦內皮功能障礙、腔隙增加等密切相關，從而促進CSVD 的發展。

1.1.6 基質金屬蛋白酶 基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）是一類可以降解細胞外基質成分的高度保守鋅蛋白酶。參與機體多種生理活動，尤其是在維持神經元重塑、血腦屏障完整及功能調節中起到核心作用。Jiménez-Balado等［16］發現，MMP-9 在WMH 患者隨訪時升高，但不能預測WMH 進展，未來可能需要更大樣本去研究驗證MMP-9 在CSVD 相關WMH 中的關系。此外，MMP-9 還與CSVD 患者的認知功能呈負相關，表明血清MMP-9 水平可能參與CSVD 患者認知障礙的發生發展［17］。

1.2 凝血相關的蛋白質標志物

1.2.1 血漿纖維蛋白原 血漿纖維蛋白原（fibrinogen，FIB）是一種急性期蛋白，在機體凝血過程中、血小板聚集、參與白細胞與內皮細胞的相互作用以及決定血液黏度等方面發揮極其重要作用。FIB循環水平的變化可反應患者的凝血纖溶狀態，其變化可使血管病變的風險顯著增加［18］。Staszewski等［19］研究表明纖維蛋白原水平可以增加WMH進展的風險。同時，Guo 等［20］在研究中發現，高水平的血漿FIB 與皮質下梗死以及CADASIL 患者的WMH 嚴重程度相關，但與散發性CSVD 患者無關。這表明在不同亞型CSVD 中發現WMH 和纖維蛋白原之間可能存在不同關系。

1.2.2 血栓調節蛋白 血栓調節蛋白（thrombomodulin，TM）是一種主要表達于血管內皮的單鏈跨膜糖蛋白，可以作為人體內反映血管內皮損傷標志物重要的血管內凝血抑制因子。在正常人血清中濃度較低，只有當內皮細胞受損時，會刺激其釋放增加，所以腦血管疾病患者往往伴有TM 水平顯著升高。在一項多中心的隊列研究中顯示，TM 水平的升高與CSVD 相關白質高信號以及腔隙發生的風險之間存在很強的相關性［21］。

1.3 神經損傷相關的蛋白質標志物 神經絲輕鏈（neurofilament light chain，NFL）屬于軸突損傷的非特異性標志物，是一種主要存在于神經元軸漿中的細胞骨架蛋白。當神經系統內病變時可引起神經軸突損傷釋放NFL 至細胞外、腦脊液以及外周血中［22］。Peters 等［23，24］研究發現，CSVD 患者的血清NFL水平明顯升高，并與CSVD相關腔隙、WMH總體積以及血管性認知障礙密切相關，且NFL 還能預測CSVD 發病后5 年隨訪期間的MRI 標志物、認知能力下降以及癡呆風險。

1.4 免疫炎癥相關的蛋白質標志物

1.4.1 C 反應蛋白 C 反應蛋白（C-reactive protein，CRP）是一種研究最為廣泛的血漿炎癥反應相關蛋白之一。過去一項研究發現［25］，CRP 水平較高的受試者有更多的腔隙性梗死，表明較高水平的CRP與CSVD 相關性腔隙性梗死有關。Gu等［26］在研究中表明高水平CRP與發生CSVD 相關CMB的幾率顯著關聯，尤其是大葉CMB，但與WMH 的嚴重程度沒有明確關聯。

1.4.2 α1-抗胰凝乳蛋白酶 α1-抗胰凝乳蛋白酶（α1-antichymotrypsin，ACT）是一種絲氨酸蛋白酶抑制劑，主要在肝臟合成后分泌入血，參與急性期反應、炎癥和蛋白水解。Gu 等［26］研究表明，ACT 不僅與CSVD 相關大腦深部CMBs 增加的幾率有關，還與WMH的嚴重程度和進展密切關聯。

1.4.3 脂蛋白相關磷脂酶A2 脂蛋白相關磷脂酶A2（lipoprotein-associated phospholipase A2，Lp-PLA2）是一種主要由巨噬細胞分泌的炎癥反應相關疏水蛋白。Lp-PLA2 可能會在預防CSVD 認知障礙發展中會發揮重要作用，其相關機制Lp-PLA2 可能是通過調節血管和神經炎癥來影響CSVD 患者的認知水平［27］。

1.4.4 白細胞介素 白細胞介素（interleukin，IL）是一組極其多樣化的細胞因子，在炎癥反應中的生物學效應發揮重要作用。它們不僅能夠參與許多細胞過程，例如增殖、成熟、活化、趨化性和吞噬作用，還會導致許多疾病狀態的出現和發展。Staszewski 等研究發現IL-1α、IL-6 與CSVD 顯著關聯，表明IL-1α、IL-6 在具有不同CSVD 臨床體征和影像標志物的個體中具有重要的預后作用，并且IL-6與CSVD影像學進展的風險也存在密切關聯［28，29］。同樣，Ma等［30］在研究中發現CSVD 患者中IL-1β 水平值也顯著增高，表明IL-1β 是CSVD 的獨立危險因素。Shan等［31］發現CSVD 患者的IL-8 和焦慮癥狀之間也存在暗示性關聯。此外，還有研究發現IL-34 還與CSVD患者的血管性認知障礙密切相關，表明可能成為CSVD的臨床治療靶點［32］。

2 血漿代謝相關標志物

2.1 內皮功能障礙相關的血漿代謝標志物

2.1.1 不對稱二甲基精氨酸 不對稱二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）是甲基化蛋白質降解的結果之一，它對eNOS有獨特的抑制作用，可通過降低NO 含量誘發內皮功能障礙。Gao等［33，34］研究表明，較高水平ADMA 與CSVD 息息相關，并且在CSVD 早期無癥狀中，ADMA 血漿水平與WMH 之間存在顯著關聯。這一發現可能為CSVD疾病機制打開了另一個有趣的視角。

2.1.2 血清同型半胱氨酸 血清同型半胱氨酸（homocysteine，HCY）是一種含硫氨基酸，與蛋氨酸的代謝密切相關［35］。HCY 含量增加常發生在衰老過程以及一些神經系統疾病之中，尤其在CSVD中。HCY 升高常提示與血管疾病風險增加密切相關，也是CSVD 發病機制之一［36］。在一項橫斷面研究中發現，血清HCY 水平與CSVD 的發展密切相關，并且指出HCY 是WMH 的獨立預測因素，且EPVS 和CMB 也與HCY 水平密切相關［36］。Cao 等［37］研究發現，總HCY 水平與CSVD 患者腔隙顯著相關，表明對于有危險遺傳易感性的個體，加強降低同型半胱氨酸可能會降低CSVD的風險和進展。

2.2 免疫炎癥反應相關的血漿代謝標志物

2.2.1 腫瘤壞死因子α 腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）是免疫系統的主要調節因子，在維持機體健康及免疫調節中發揮重要功能。在正常成人大腦內，TNF-α 含量較低，主要由膠質細胞、小膠質細胞和星形膠質細胞產生，在中樞神經系統內起重要作用。當發生血管病變時，如血管閉塞或者低灌注，缺血實質附近會首先出現免疫反應，隨即波及至缺血部位，最終擴及至全身［38］。Dobrynina等［39］發現TNF-α 在CSVD 患者中水平增加，并參與典型CSVD 患者MRI 變化形成。表明TNF-α 水平的增加可與血腦屏障通透性增加、組織水腫、炎癥、少突膠質細胞死亡和髓鞘堿性蛋白的破壞有關，從而促進CSVD患者發展［39］。

2.2.2 丙酮酸激酶M2 丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase M2，PKM2）不僅是有氧糖酵解的關鍵調節因子，還是一種促進促炎癥介質轉錄激活因子。有研究表明PKM2 可能加重腦缺血再灌注損傷后的炎癥反應和腦組織破壞，抑制骨髓細胞中PKM2 活性可能有助于抑制炎癥反應，恢復腦血流，縮小腦梗死面積以及降低腦血管損傷后認知功能障礙發生［40］。Bian 等［41］研究發現，CSVD 患者血清PKM2 水平與WMH、血管周圍間隙增大呈正相關，與認知功能呈負相關，因此表明高水平的血清PKM2 可能導致慢性炎癥、腦血流量減少和認知功能障礙。

3 基因相關標志物

隨著全基因組關聯分析（GWAS）的普及應用，遺傳性與散發性CSVD 遺傳相關因子的識別方面均有了重要進展。遺傳相關因子可能是通過多種因素交叉作用所導致CSVD 的發生。因此，我們將按照遺傳及散發性分類對以下基因標志物進行分類。

3.1 遺傳性CSVD基因標志物

3.1.1 HTRA1 HTRA1 是編碼絲氨酸蛋白酶家族的一種分泌蛋白，其內含子變異與CSVD 顯著關聯［42］。在一個最近的研究中，HTRA1 雜合突變均位于易引起大腦伴皮質下梗死和白質腦病的常染色體隱性遺傳性腦動脈病（cerebral autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CARASIL）和CVSD 的類胰蛋白酶絲氨酸蛋白酶結構域，但對其HTRA1 突變最終如何導致腦小血管功能障礙，以及這些遺傳CSVD 相關基因如何相互作用仍不清楚［43］。但在新的研究中發現，HTRA1 也同樣存在于腦淀粉樣血管病（CAA）1 型中，該蛋白所介導的蛋白質降解受損在CAA 1 型微血管系統中發揮著關鍵作用，并且HTRA1 的失活會引起腦微血管的退行性變化，從而引發血管損傷上游的HTRA1 的功能喪失誘發CSVD［44］。因此，不同類型的CSVD之間可能存在潛在共同機制。

3.1.2NOTCH3NOTCH3是位于19 號染色體上的基因，包含編碼NOTCH3 蛋白的33 個外顯子。其突變可導致表皮生長因子復制區半胱氨酸殘基的復制或丟失，從而導致編碼跨膜蛋白的結構和功能發生變化［45］。CADASIL 屬于最常見的遺傳性CSVD，NOTCH3基因半胱氨酸的突變是導致其病的優先載體［46］。

3.1.3 CL4A1 和COL4A2 CL4A1 和COL4A2是在13 號染色體上緊密相連的細胞外基質蛋白，共同構成幾乎所有基底膜的主要成分［47］。在導致單基因CSVD 中，有獨立大規模遺傳研究報告了COL4A1和/或COL4A2 之間的關聯的血管疾病的相關性。COL4A1和COL4A2分別編碼膠原蛋白Ⅳ的α1和α2鏈，其基因編碼序列的突變與常染色體顯性遺傳腦血管疾病相關，可引起出血性血管病［48］，并且也與WMH 相關［49］。但COL4A1 和COL4A2 突變導致CSVD 的機制尚不清楚。但Branyan 等［47］在COL4A1和COL4A2 突變小鼠模型中，發現了TGF-β 信號傳導升高會促進由COL4A1 突變引起的中樞神經血管病變，抑制其信號傳導可以降低CSVD的嚴重程度。

3.1.4TREX1TREX1基因是編碼3'→5'核酸外切酶，該酶在哺乳動物細胞中普遍表達。CSVD相關的早發性腦血管疾病和皮質下梗死的常染色體顯性遺傳和CADASIL 樣神經影像學檢查模式可歸因于雜合錯義或移碼TREX1突變［50］。此外，Boer等［51］研究發現，另一種遺傳性CSVD 是伴有腦白質腦病和全身表現的視網膜血管病（RVCL-S）也與TREX1基因突變相關，并且TREX1突變攜帶者視盤周圍視網膜神經纖維層的厚度及除顳區外毛細血管周圍區的厚度降低，大部分受試者視網膜變薄。

3.1.5FOXF2和FOXC1FOXF2和FOXC1基因是FOX 轉錄因子家族的成員之一，在腦血管壁細胞發育中起重要作用。FOXC1是基底膜沉積所必需的基因，其編碼Forkhead 盒C1 轉錄因子，具有轉錄抑制結構域，其基因的變異可以誘發CSVD［52］。FOXF2和FOXC1連續缺失可致少數患者出現WMH增強，大于僅有FOXC1單獨缺失的患者，表明FOXF2的缺失可能導致或增強CSVD，但具體機制仍尚不明確［53］。

3.2 散發性CSVD基因標志物

3.2.1 長鏈非編碼RNA 長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）是一種長度超過200個核苷酸的RNA，其沒有明顯的蛋白質編碼潛力，通常通過調節染色質重塑蛋白質翻譯在不同的生物過程中具有不同的功能［54］。有大量研究表明lncRNA參與腦損傷的多個階段，包括炎癥、氧化應激等信號通路的激活以及在血管內皮功能中發揮重要調控作用［55-58］。例如lncRNA 轉移抑制因子1參與調節磷酸化p65、TNF-α 和IL-1，加重腦損傷后的炎癥反應等［57］。上述病理過程與CSVD 的發生發展存在息息相關，但目前尚無相關直接證據去證實。此外，Che等［59］發現人體內高血糖水平還可以通過誘發lncRNA 轉移相關肺癌轉錄本1（MALAT1）升高，通過激活miR-7641 調節易位啟動子區的表達，促進微血管內皮細胞凋亡的啟動，從而加重CSVD 引起的神經功能障礙。因此，以上均可提示lncRNA 在CSVD的病理生理學中可能充當重要角色，未來可能需要更多的研究去進一步證實。

3.2.2 微小RNAs 微小RNAs（miRNAs）是一類小型的單鏈非編碼RNAs，在基因表達的轉錄后調控中起著核心作用［60］。在過去的一些年中，人們觀察到一些miRNAs 在CSVD 中的異常表達，其存在可能在介導疾病發病的病理生理中占據重要位置。Gao 等［61］研究發現，miR-320e 可能通過代謝及炎癥途徑來參與CSVD的發展，并且miR-320e與CSVD患者的WMH 負荷相關聯，表明miR-320e 可以作為CSVD 的一個有價值的標志物。Zhao 等［62］研究發現血漿miRNA-223-3p的表達與CSVD患者認知障礙的發展有關，表明它可能參與CSVD 和認知障礙的發病機制，可作為敏感的預測生物標志物。Liao 等［63］在探討miRNA-183 在CSVD 患者腦缺血再灌注損傷中的表達時發現，miRNA-183 水平與影像學病變的增加呈正相關。以上均表明外周血miRNA 是CSVD相關血液標志物之一，與疾病發生發展密切相關。

4 小 結

近年來，隨著人類疾病譜的變化，CSVD 發病率逐年增高。目前，CSVD早期診斷主要依賴于神經影像學技術，但該技術無法進行CSVD 腦組織影像學變化前診斷。而血液生物標志物的研究將可能使CSVD腦組織影像學變化前診斷變為現實，并且血液在臨床上還具有易取性、創傷小、方法簡單的優點。因此，CSVD血液生物標志物在早期診斷和治療中具有廣泛的應用前景，并且血液生物標志物的研究很大程度上利于CSVD 易感人群早期篩查、早期干預以及預后評估，對提供該病的精準靶向治療具有重要的指導意義。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：饒晨負責收集文獻、撰寫論文，朱蕾擬定寫作思路、指導撰寫論文并最后定稿。