血腦屏障與阿爾茨海默病病變的研究進(jìn)展

黃洋，曾妙，姜希娟，甘家麗，黃培鋒，楊琳

血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）是分隔大腦組織與外周環(huán)境的功能單位，由血管內(nèi)皮細(xì)胞通過緊密連接蛋白（ZO-1、occludin、claudin-5等）、黏附連結(jié)蛋白相互緊密連接構(gòu)成基本框架，周細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞終足覆蓋包裹內(nèi)皮細(xì)胞所構(gòu)成，進(jìn)而限制外周大分子蛋白、細(xì)胞毒性物質(zhì)、外周免疫細(xì)胞等進(jìn)入神經(jīng)中樞，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，維護(hù)腦細(xì)胞的正常功能[1]。研究證實(shí)，BBB與阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，同時(shí)也是防治AD的重要策略[2-5]。AD主要表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知、記憶及行動(dòng)能力障礙。神經(jīng)元外淀粉樣蛋白（Amyloid-β，Aβ）沉積、神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白高度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)元丟失是AD的主要病理改變[6,7]。其病理機(jī)制復(fù)雜：早期主要是毒性蛋白Aβ激活炎癥信號(hào)通路及Ca2+信號(hào)通路誘發(fā)神經(jīng)元凋亡及神經(jīng)突觸丟失；疾病后期Aβ誘發(fā)神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白高度磷酸化，致使其與微管蛋白結(jié)合降低，損傷神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致患者認(rèn)知、記憶等能力障礙誘發(fā)癡呆[8-10]。血管內(nèi)皮細(xì)胞及周細(xì)胞損傷是BBB破裂、血管通透性增加的主要原因，血管通透性增加致使外周有害物質(zhì)進(jìn)入腦內(nèi)激活小膠質(zhì)細(xì)胞，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量促炎因子如：白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等，進(jìn)而誘發(fā)神經(jīng)元凋亡[11]；同時(shí)BBB破裂又能減少Aβ的外周清除，增加外周Aβ重新進(jìn)入腦，增加腦內(nèi)Aβ含量，損傷神經(jīng)元，誘發(fā)癡呆[12]。因此，恢復(fù)BBB結(jié)構(gòu)完整，降低血管通透性，增加Aβ清除，改善腦微環(huán)境，是治療AD的新靶點(diǎn)。

1 BBB破裂增加腦內(nèi)Aβ蓄積

研究發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)生成的Aβ通過與BBB上載脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）結(jié)合而被轉(zhuǎn)運(yùn)到腦血管內(nèi)皮細(xì)胞表面，進(jìn)而與脂蛋白受體相關(guān)蛋白-1（lipoprotein receptor-related protein-1，LRP-1）結(jié)合，并在ATP結(jié)合盒式轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白P-g glycoprotein（P-gP）的協(xié)助下進(jìn)行Aβ的外周清除，將Aβ跨BBB轉(zhuǎn)運(yùn)出腦[13,14]。同時(shí)，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的晚期糖基化終產(chǎn)物（receptor for advanced gyration end products，RAGE）可與外周游離Aβ結(jié)合將其重新攝取入腦內(nèi)[15]。當(dāng)BBB上LRP-1含量降低，RAGE含量增高，將會(huì)導(dǎo)致Aβ外周清除受阻，重新入腦增多，加劇其腦內(nèi)蓄積[16]。Anushruti等[17]發(fā)現(xiàn)慢性腦缺血時(shí)，表皮生長(zhǎng)因子（heparin-binding EGF-like growth factor，HB-EGF）通過激活低氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxiainducible factor-1alpha，HIF-1α）刺激基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）的表達(dá)，進(jìn)而損傷腦血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞表面LRP-1含量降低，RAGE含量增高，Aβ重吸收增強(qiáng)，外周清除受阻，最終誘發(fā)神經(jīng)元損傷，導(dǎo)致小鼠認(rèn)知及記憶功能下降。

Abhay等[18]敲除AD轉(zhuǎn)基因模型小鼠APPwo/0的血小板衍生生長(zhǎng)因子受體β（platelet-derived growth factorβ，pdgfrβ）基因復(fù)制周細(xì)胞缺失AD模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠腦內(nèi)Aβ40、Aβ42水平較單純的APPwo/0小鼠高，同時(shí)腦內(nèi)血管淀粉樣病變?cè)龆?，海馬及皮質(zhì)淀粉樣斑塊數(shù)量也增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，周細(xì)胞缺失使Aβ半衰期延長(zhǎng)，Aβ清除發(fā)生障礙；同時(shí)周細(xì)胞缺失還促進(jìn)tau蛋白高度磷酸化，降低其與微管蛋白親和力，導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙。血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞都是BBB的細(xì)胞組成，兩者的損傷缺失都將導(dǎo)致BBB結(jié)構(gòu)破裂，導(dǎo)致Aβ外周清除受阻，發(fā)生腦內(nèi)蓄積。同時(shí)，RAGE水平增高還將導(dǎo)致Aβ重新進(jìn)入腦內(nèi)，加重Aβ腦內(nèi)蓄積。

2 BBB破裂誘發(fā)神經(jīng)元死亡

腦組織通過BBB將腦細(xì)胞與外周分離開，一旦BBB結(jié)構(gòu)破裂，屏障功能受損，必將導(dǎo)致外周毒性蛋白進(jìn)入腦內(nèi)，進(jìn)而誘發(fā)神經(jīng)元損傷。研究發(fā)現(xiàn)[19]，各種血管危險(xiǎn)因素，如吸煙、高血壓、糖尿病及各種腦血管病變均可導(dǎo)致周細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、丟失，BBB通透性增高，外周纖溶酶、凝血酶、纖維蛋白等進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，損傷神經(jīng)元；此外，血漿白蛋白進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)將導(dǎo)致血漿膠體滲透壓改變，誘發(fā)顱內(nèi)水腫，進(jìn)而壓迫神經(jīng)血管，導(dǎo)致神經(jīng)元低灌注發(fā)生，引發(fā)神經(jīng)元的損傷。周細(xì)胞內(nèi)表達(dá)平滑肌肌動(dòng)蛋白-α（smooth muscle a-actin，α-SMA），還參與腦血流量的調(diào)節(jié)[20]。研究證實(shí)，周細(xì)胞缺失將導(dǎo)致腦血流量的減少，直接導(dǎo)致神經(jīng)元能量代謝障礙、代謝廢物不能及時(shí)清除，誘發(fā)神經(jīng)元的死亡[21,22]。

3 Aβ導(dǎo)致BBB破裂的內(nèi)在機(jī)制

對(duì)APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因AD模型小鼠及SAMP8快速衰老AD模型小鼠的研究均發(fā)現(xiàn)，小鼠腦內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，BBB通透性明顯增高[23,24]，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮損傷與Aβ密切相關(guān)。Yoonjin等[25]利用微流體技術(shù)3D離體培養(yǎng)ReN Cells（一種能夠表達(dá)APP/PSEN1基因，進(jìn)而合成Aβ的腦血管內(nèi)皮細(xì)胞）發(fā)現(xiàn)Aβ水平增高，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞活性降低，細(xì)胞膜上緊密連接蛋白claudin-1及claudin-5蛋白水平降低，進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)MMP-2及活性氧水平增高，MMP-2能夠降解緊密連接蛋白，活性氧能誘發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷，導(dǎo)致BBB通透性增高；而減少Aβ生成后，BBB通透性降低。Elvis等[26]離體培養(yǎng)小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞rBMVEC復(fù)制BBB模型，觀察Aβ類似物質(zhì)Aβ25-35對(duì)BBB的影響，結(jié)果表明，細(xì)胞內(nèi)活性氧水平增高，細(xì)胞活性降低，BBB通透性增高。可見，在AD病變過程中，Aβ能夠誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，導(dǎo)致BBB破裂。

Matthew等[27]對(duì)攜帶載脂蛋白E4（apolipoprotein E-4，APOE4）的AD患者尸檢發(fā)現(xiàn)，患者腦內(nèi)周細(xì)胞數(shù)量明顯較不攜帶APOE4的AD患者減少；對(duì)APOE4轉(zhuǎn)基因小鼠研究發(fā)現(xiàn)，小鼠腦內(nèi)LRP-1水平降低，導(dǎo)致LRP-1依賴的促炎信號(hào)通路親環(huán)素A（cyclophilin A，CypA）/MMP-9被激活，進(jìn)而誘發(fā)周細(xì)胞損傷。此外，Nina等[28]對(duì)AD患者尸檢發(fā)現(xiàn)，患者腦內(nèi)周細(xì)胞數(shù)量減少與Aβ40水平密切相關(guān)；研究證實(shí)纖維狀A(yù)β40處理周細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶caspase3/7活性增強(qiáng)，周細(xì)胞凋亡增加。在AD發(fā)展中，Aβ能誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞損傷導(dǎo)致BBB破裂，同時(shí)AD高致病基因APOE4亦能通過LRP-1/CypA/MMP-9信號(hào)通路誘發(fā)周細(xì)胞損傷。

4 血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞移植，修復(fù)BBB結(jié)構(gòu)及功能可改善AD癡呆癥狀

Zhang等[29]將血管內(nèi)皮祖細(xì)胞植入APP/PS1轉(zhuǎn)基因AD模型小鼠海馬內(nèi)，結(jié)果顯示海馬區(qū)毛細(xì)血管數(shù)量增多，緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-5表達(dá)增高，BBB通透性降低；同時(shí)淀粉樣斑塊數(shù)量減少，Aβ誘導(dǎo)的凋亡因子Bax、caspase-3活性降低，抗凋亡因子bcl-2表達(dá)增加，神經(jīng)元凋亡減少；小鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力得到顯著改善。提示改善腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷可以有效治療AD。

同樣的治療效果在周細(xì)胞移植治療AD中得到了驗(yàn)證。Masaya等[30]將C3H/10T1/2小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為周細(xì)胞并注射入APP/PS1小鼠右半腦內(nèi)，探究周細(xì)胞對(duì)AD的治療作用。3周后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，右腦較左腦血液循環(huán)明顯改善，同時(shí)腦內(nèi)Aβ40、Aβ42水平明顯降低，海馬區(qū)淀粉樣斑塊數(shù)量也顯著降低，其內(nèi)在機(jī)制是周細(xì)胞通過其表面的LRP-1增加了對(duì)Aβ的攝取，并通過其內(nèi)在的Aβ降解酶降解Aβ，減少腦內(nèi)Aβ沉積。這提示，腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞修復(fù)能夠有效恢復(fù)BBB細(xì)胞及分子結(jié)構(gòu)；恢復(fù)BBB屏障與轉(zhuǎn)運(yùn)功能改善認(rèn)知及記憶損傷，是治療AD的有效策略。

5 問題與展望

BBB是腦實(shí)質(zhì)與外周聯(lián)系的橋梁，血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞是BBB重要的細(xì)胞組成，一旦二者發(fā)生損傷，將導(dǎo)致BBB功能障礙，進(jìn)而誘發(fā)多種神經(jīng)疾病，如AD。同時(shí)，AD也能導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞損傷，導(dǎo)致BBB功能障礙，加劇AD的病理改變。因此，修復(fù)BBB結(jié)構(gòu)，恢復(fù)其功能具有延緩AD進(jìn)展的作用。但如何促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞修復(fù)損傷BBB，降低AD對(duì)BBB的損傷還需更深入的研究。