ICAM-1與腦小血管病關系的研究

哈拉木江·賽力克 孔祥鋒

1)新疆醫(yī)科大學，新疆 烏魯木齊 830011 2)新疆醫(yī)科大學第五附屬醫(yī)院神經內科，新疆 烏魯木齊 830011

隨著人口老齡化的到來，腦血管疾病的發(fā)病率也在不斷增加，這也帶來了沉重的社會經濟負擔。其中對腦小血管病 (cerebral small vessel disease，CSVD)帶來的遠期危害性也越來越引起人們的關注。腦小血管病臨床上多以神經影像學表現(xiàn)為參考指標，可分為腔隙性梗死(lacunar infarction，LI)、腦白質疏松(white matter Leukoaraiosis，WML)、腦微出血(cerebral microbleed，CMB)、血管周圍間隙擴大(enlarged perivascular spaces，EPVS)和腦萎縮(cerebral atrophy)[1]。

流行病學顯示，CSVD占全部缺血性腦卒中的25%～30%[1]，而在中國高達46%[2]。研究表明，老年人無癥狀LI的檢出率極高，65～69歲的為38%，85歲以上人群為75%[3]。國外一項人群調查顯示，80歲以上老年人群WML檢出率高達94%[4]；另一項資料顯示，CMB在≥80歲人群中檢出率高達36%[5]。CSVD的主要臨床表現(xiàn)是認知功能下降、精神和情緒異常、步態(tài)障礙和尿失禁等。近年來，國內外對腦小血管疾病的研究多提示，細胞間黏附因子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)在腦小血管病的發(fā)生及發(fā)展中起到不可小覷的作用。ICAM-1可以參與白細胞和血管內皮細胞的黏附和聚集，對血管內皮造成損傷并加速血管病變。本文就ICAM-1在腦小血管病的發(fā)病機制中的可能作用做一綜述。

1 ICAM-1的生理功能

細胞間黏附分子是一種由細胞產生并能夠介導細胞間或細胞與基質接觸并結合的蛋白質分子。ICAM-1是一種單鏈跨膜糖蛋白，分子量為76～115 kD，其主要功能是介導白細胞與內皮細胞的緊密貼附。它與內皮細胞表面的淋巴細胞功能相關抗原-1相互作用，以誘導白細胞黏附和遷移到內皮內。人體中淋巴結、胸腺、腸道、皮膚、腎臟、肝臟、心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)及中樞神經系統(tǒng)等均能表達ICAM-1。正常情況下，其在血管內皮細胞、外周血白細胞以及其他非造血細胞、淋巴細胞中均有低水平表達，但在一些炎性介質的刺激下，表達明顯升高[6]。多項[7-13]研究顯示ICAM-1水平升高與CSVD有關。

2 ICAM-1與腦小血管病的關系

早在1996年LINDSBERG等[14]的研究提示，ICAM-1是腦小血管病患者內皮損傷激活的標記物，與腦小血管內皮功能紊亂密切相關，但具體機制不明確。后來VIDEM等[15]的試驗結果也提示ICAM-1與腦小血管破壞及血腦屏障破壞關系密切。TCHALLA等[16]的研究提示ICAM-1與顱內血管內皮功能損傷密切相關，可能參與了腦白質微結構的損傷過程。國內學者劉向遠等[17]也發(fā)現(xiàn)腔隙性腦卒中患者的血漿ICAM-1水平顯著高于健康對照組，進一步結合影像學比較發(fā)現(xiàn)，腔隙性腦卒中患者腦白質疏松程度越嚴重，血漿ICAM-1水平越高。國內外多個研究均提示ICAM-1可能是腦小血管病的危險因素，但具體機制尚不清楚。

3 腦小血管病目前研究可能發(fā)病機制及與ICAM-1的關系

目前對腦小血管病的機制從多個方面進行了研究，但其發(fā)病機制尚不能明確，甚至不同研究者研究結果間存有較大分歧。這些有關腦小血管病機制的眾多推測中，血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的受損、血管內皮的功能障礙、低灌注所致的腦缺血損傷以及遺傳因素在腦小血管病發(fā)病中的作用被反復提到，且這些機制并非獨立存在，可能有共同的誘發(fā)因素，而且會相互影響、相互作用，共同導致CSVD的發(fā)生。而國內外大量研究提示ICAM-1可能有參與這些多種機制中，從而發(fā)揮作用。

3．1 ICAM-1與血腦屏障的關系 BBB是腦微循環(huán)的重要組成部分，是由血管內皮細胞、神經元細胞、神經膠質細胞、周細胞和細胞外基質組成[18]。BBB通透性的變化直接導致神經系統(tǒng)內環(huán)境的穩(wěn)定性的改變。每個神經元都有相應的毛細血管，當BBB受損時，血管中炎性細胞和與炎癥相關的蛋白分子會穿透受損的BBB，從而侵害神經元細胞及其周圍的膠質細胞。

退行性改變的小血管的閉塞通常見于與血栓性或栓塞性腦卒中相關的腦大血管病變，這可能是腔隙性梗死的合理解釋。但這些閉塞是CSVD患者腦部尸檢中相當罕見的事件，反而其所有組織病理學特征似乎都是由BBB的破壞引起的，導致血管壁脆性增加與BBB的破壞有關[19]，所以BBB的破壞可能是腦微血管病的一個更重要的原因。

SCHREIBER等[20]對CSVD動物模型大鼠進行縱向研究發(fā)現(xiàn)，在早期階段BBB就發(fā)生了微損傷，繼而出現(xiàn)多處內皮細胞損傷及管周血漿成分的外滲點。病理學提示腦組織出現(xiàn)微出血及腔隙性腦梗死等病變的部位與BBB的損傷分布一致，說明多處的血管內皮細胞損傷及血管周圍血漿成分的滲出可能是CSVD的起點。FARRALL等[21]在CSVD模型中發(fā)現(xiàn)BBB的破壞，也有研究[22]提示BBB改變可能導致CSVD。正常腦組織中BBB嚴格調控腦內的微環(huán)境，使腦脊液中的組成細胞及電解質屬于平衡狀態(tài)。腦缺血損害患者腦脊液白蛋白數量明顯增加[23]，而腦脊液白蛋白升高是BBB受損的一個標記，提示血液及腦組織中白蛋白通過受損的BBB滲漏到腦脊液中。UENO等[24]對通過雙側頸動脈狹窄制備的大鼠WML模型的研究提示，缺血及低灌注腦組織中可出現(xiàn)明顯的BBB破壞。對腦小血管病的病理學研究還發(fā)現(xiàn)，腦血管內皮細胞激活和其引起的BBB破壞是腦小血管病的主要特征[25]。

BBB破壞假說[20]認為，當血腦屏障通透性升高時，血液內本來不能透過BBB的脂質、蛋白質、炎癥因子及紅細胞等物質能夠滲透入血管壁和血管周圍間隙以及腦組織中，造成其功能損害，導致血管壁增厚，血管管腔變窄及血管周圍被滲出液包圍，進一步導致LI和腦白質疏松及沿小血管走行擴張的血管周圍間隙增寬，嚴重者會出現(xiàn)血管壁破裂，發(fā)生CMB病變；同時也可以引起周圍腦組織繼發(fā)性水腫壞死以及正常的BBB在中樞神經系統(tǒng)中保持獨特的微環(huán)境。

在神經退行性疾病中，腦內血管周圍細胞和腦內微血管的內皮細胞產生多種炎癥因子，影響B(tài)BB通透性和黏附分子的表達。事實上，細胞因子可以刺激腦微血管內皮細胞上的幾種黏附分子的表達。在這些黏附分子中，ICAM-1與其白細胞配體結合，允許活化的白細胞進入中樞神經系統(tǒng)。白細胞向中樞神經系統(tǒng)的募集涉及與血管內皮細胞的相互作用。血流中快速移動的白細胞在選擇素誘導并支持下在活化的內皮上滾動。趨化因子、脂質介質和存在于內皮表面的其他促炎分子激活整聯(lián)蛋白并使細胞牢固黏附。黏附后白細胞可以穿過內皮遷移并進入腦組織。ICAM-1與內皮細胞表面的LFA-1相互作用后促使白細胞黏附、遷移到內皮內[26]。此外，REISS等[27]的研究也提示，ICAM-1和ICAM-2對T細胞的跨內皮遷移至關重要。PRYCE等[28]用大鼠腦微血管內皮細胞分析T細胞如何穿透BBB。LFA-1或ICAM-1的抗體阻斷抑制T細胞系遷移至未受刺激的內皮中的對照值的不到10%，且對IL-1h活化的內皮的效力較低。在阻斷LFA-1或ICAM-1后，還觀察到外周淋巴結淋巴細胞在這種IL-1β活化的內皮細胞中的遷移減少。使用單層人腦微血管內皮細胞的研究也突出了ICAM-1在T淋巴細胞穿過腦內皮屏障的黏附和遷移中的作用。ICAM-1的單克隆抗體顯著抑制淋巴細胞與內皮細胞的結合以及跨活化單層的遷移[29]。

健康狀態(tài)下很少有白細胞穿透BBB，但在病理性中樞神經系統(tǒng)條件下，屏障變得復雜，不僅是白細胞，T淋巴細胞對中樞神經系統(tǒng)的強烈浸潤也是疾病發(fā)作和進展的基礎，如實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)被認為是多發(fā)性硬化的動物模型[30]。在EAE和多發(fā)性硬化癥中，BBB被破壞后其對許多物質更具滲透性[31]。白細胞介導的血腦屏障破壞，然后募集到中樞神經系統(tǒng)確實是幾種中樞神經系統(tǒng)疾病的過程特征[32]。多發(fā)性硬化衍生的腦微血管內皮細胞表達比相同正常細胞更高水平的ICAM-1[33]。來自多發(fā)性硬化患者的循環(huán)白細胞表達比正常白細胞更高水平的LFA-1。因此，腦微血管內皮細胞上ICAM-1表達的增加與穿過BBB的白細胞的黏附和外滲相關[34]?？傊?，ICAM-1的作用是白細胞與腦內皮細胞的牢固結合和遷移中的核心[35]。ICAM-1和腦血管內皮細胞參與促進T淋巴細胞通過BBB的緊密連接(TJ)遷移。關于通過BBB的淋巴細胞遷移的研究表明，ICAM-1在大鼠腦內皮上的交聯(lián)導致肌動蛋白結合蛋白的磷酸化[36]，同時也參與小GTP結合蛋白Rho的激活以及內皮肌動蛋白細胞骨架的重組以形成應力纖維[37]。通過ICAM-1的信號傳導(通過偶聯(lián)Rho活化和細胞骨架蛋白和轉錄因子的磷酸化)被證明是細胞通過內皮細胞遷移所必需的[38-39]。故BBB障礙是對CSVD的發(fā)生是有責任的，而ICAM-1逃脫不了參與BBB被破壞的過程。

3．2 ICAM-1與內皮功能障礙的關系 血管內皮細胞是覆蓋于血管內表面的單層細胞，是管壁之間功能和結構的壁壘，在控制血管功能方面起著許多重要作用，血管內皮功能障礙可引起多種疾病。血管內皮細胞能調節(jié)血流、控制血漿成分的通透性、影響血小板和細胞因子的黏附和聚集。在腦血管中健康的血管內皮在調節(jié)血管作用的穩(wěn)定性方面扮演重要的角色[40]。腦血管的內皮細胞與周圍內皮細胞不同，腦血管內皮細胞質中存在更多的線粒體，結構上存在緊密連接，沒有細胞開窗，且細胞胞飲作用很低，細胞中有許多降解酶[41]。

腦微血管內皮細胞是BBB的內層，參與許多生理和病理生理過程，如從血液到大腦的營養(yǎng)物質運輸，大腦中關鍵毒素的輸出，循環(huán)白細胞的遷移和形成新血管[42]。腦血管內皮功能障礙可導致?lián)p害腦自動調節(jié)的破壞，誘導促血栓形成改變，被認為在許多病理狀況(包括癡呆)中是重要的。KIMURA等[43]的研究中CSVD組患者血清抗內皮細胞抗體水平顯著高于健康對照組，提示內皮細胞的損傷可能也是導致CSVD的機制之一。腦小血管疾病相關的眾多研究目前廣泛應用、探索并有望進一步闡明其分子通路功能及作用，是血和腦脊液的內皮細胞標志物。ICAM-1是血管內皮細胞損傷的生物學標志物之一。ROUHL等[44]的研究表明，血清可溶性ICAM-1及CRP和新蝶呤濃度升高與CSVD相關，提示ICAM-1及炎癥反應的過程可能參與了CSVD的發(fā)病機制。也有研究提示[45]，正常的腦血管內皮細胞對于腦血流自動調節(jié)功能和BBB正常功能的維持起著不可小覷的作用，血管內皮細胞功能損害可能是CSVD發(fā)病的重要因素之一。

因基因因素引起的內皮細胞和白細胞上黏附分子的高表達或被缺血、炎癥等誘導的細胞因子刺激內皮細胞和白細胞上黏附分子的表達升高，導致白細胞異常多的黏附和透過外膜進入腦實質[46-47]。ICAM-1表達升高可能與MRI上WML的進展有關，一項前瞻性研究支持內皮細胞激活在CSVD發(fā)病機制中的作用[48]。近期ZHANG等[49]的研究也顯示，血管內皮細胞功能損害在慢性腦低灌注后的ICAM-1和VCAM-1的過度表達和神經元周圍膠質細胞的活化引起的腦白質疏松病變中起重要作用。

血管內皮細胞受損后會表達多種細胞因子，誘導單核細胞等從血管內遷移至受損部位，從而引起炎癥反應。在老年認知損害患者中進行的研究顯示[50]，白質受損以表達低氧相關分子和ICAM-1等內皮標記物為特征，這也支持內皮功能障礙是白質受損的機制之一。

3．3 ICAM-1與腦低灌注的關系 目前腦慢性低灌注理論認為腦慢性低灌注在CSVD的發(fā)病機制中起關鍵作用[51]。這可能與腦微小血管的結構改變和腦深部穿支動脈的損傷所導致的腦血流灌注的降低及腦低灌注引起的神經元和神經元周圍的膠質細胞的凋亡有關。BAKER等[52]采用單光子發(fā)射計算機斷層成像技術觀察CSVD患者腦組織血流量的研究發(fā)現(xiàn)，CSVD患者額葉、顳葉等區(qū)域灌注較正常人降低，表明CSVD患者可能存在廣泛的腦低灌注。以上結果也間接支持了慢性腦缺血也可能是CSVD的一個重要發(fā)病機制的理論。有研究顯示，在腦缺血及慢性低灌注時sICAM-1處于高表達狀態(tài)，最終引起CSVD。HUANG等[49]的研究中，假設ICAM-1和VCAM-1參與了慢性腦灌注不足后的內皮功能障礙和隨后的WML病變，用接受雙側頸總動脈結扎術的大鼠做腦組織廣泛低灌注動物模型，將其分成硫辛酸組和鹽水(載體)組，在灌注不足后1、3、7、14和28 d基線分析ICAM-1、VCAM-1，結果表明，在慢性腦低灌注后ICAM-1和VCAM-1過度表達。

4 ICAM-1的基因多態(tài)性與腦小血管病的關系

國內外多項研究提示ICAM-1的基因多態(tài)性可能與疾病有關。目前已發(fā)現(xiàn)的與疾病有關的多態(tài)位點有5個，其中K469E、G241R這兩個位點被研究的較多。ICAM-1的基因多態(tài)性可能通過其基因產物所表達的活性及功能的變化影響ICAM-1在人機體上的差異性。

國內外多個研究提示，ICAM-I基因多態(tài)性與許多心腦血管疾病的發(fā)病有關。POLA等[53]對ICAM-1基因多態(tài)性進行了一系列的相關性研究，對ICAM-1基因K469E位點基因多態(tài)性與缺血性腦血管病的相關性研究結果提示，ICAM-1的K469E基因位點EE基因型可能是缺血性腦血管病的一種危險因素。國內也有研究[54]發(fā)現(xiàn)，WML組KK基因型和K等位基因頻率均明顯高于對照組(50.4% vs 25.3%，73.1% vs 52%，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。多元回歸分析提示，ICAM-1 KK型與WML的發(fā)生相關(OR=2.987，P=0.000 1)。ICAM-l基因KK基因型與WML的發(fā)生具有相關性，提示ICAM-l基因K469E多態(tài)性可能是中國人WML發(fā)病的遺傳危險因素，以上研究均提示ICAM-1基因多態(tài)性與缺血性腦卒中有關，但缺血性腦卒中為易致病，主要與大動脈粥樣硬化型病變和小動脈病變有關，ICAM-1基因多態(tài)性與缺血性腦卒中病因分型之間的關系仍需探討。

5 小結

CSVD的具體發(fā)病機制尚不明確。CSVD可能是多種誘發(fā)因素的共同結果[55-64]，ICAM-1可能在CSVD的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，且ICAM-1基因的多態(tài)性可能與CSVD的發(fā)生有相關性。