內(nèi)皮細(xì)胞及少突膠質(zhì)細(xì)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(xué)特征包括血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的損害和白質(zhì)病變(white matter lesions，WMLs)，典型的SVD損害是血管起源的白質(zhì)病變、腔隙性腦梗死、微出血、表面性鐵質(zhì)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(xiàn)時大多沒有臨床癥狀，隨著病灶數(shù)量的增加以及不同種類病灶的結(jié)合會出現(xiàn)認(rèn)知障礙、癡呆、抑郁癥、運動性問題，而且會提高腦卒中的發(fā)病風(fēng)險[3]。SVD常與阿爾茨海默病一起發(fā)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(rèn)知功能障礙[4-5]。為研究腦內(nèi)各細(xì)胞之間的相互關(guān)系，提出了神經(jīng)血管單元(neurovascular unit，NVU)[6]這一概念。NVU即內(nèi)皮細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞基膜、神經(jīng)元以及細(xì)胞外基質(zhì)之間動態(tài)相互作用的結(jié)構(gòu)復(fù)合體[6]。本研究將對NVU中內(nèi)皮細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞以及二者的相互作用對SVD發(fā)生發(fā)展影響的研究進展進行綜述。

1 內(nèi)皮細(xì)胞

內(nèi)皮細(xì)胞為血管壁的主要構(gòu)成細(xì)胞，血管對營養(yǎng)物質(zhì)以及代謝物均具有通透性，以便向組織提供營養(yǎng)物質(zhì)并排出廢物。在大腦中，內(nèi)皮細(xì)胞為BBB的重要組成部分。BBB是由內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、基底膜組成的特定結(jié)構(gòu)，防止大腦遭受病原體和免疫細(xì)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(jīng)元免受血液循環(huán)中有害物質(zhì)的影響，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境，維持正常突觸和神經(jīng)元功能。BBB一旦破壞，血源性神經(jīng)毒性碎片、細(xì)胞和微生物病原體進入大腦，其與炎癥和免疫反應(yīng)有關(guān)，可能引發(fā)多條神經(jīng)退化途徑[7]。在評估腦卒中、多發(fā)性硬化癥、創(chuàng)傷性腦損傷和癲癇小鼠模型的中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)皮基因表達調(diào)節(jié)實驗中，發(fā)現(xiàn)每種小鼠模型都有嚴(yán)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(jīng)系統(tǒng)的內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)橥庵軆?nèi)皮細(xì)胞樣狀態(tài)[8]。

此外，血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的一氧化氮(nitric oxide，NO)會對血管周圍收縮平滑肌細(xì)胞和周細(xì)胞進行松弛調(diào)節(jié)進而調(diào)控血流量，以及通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的功能來重塑血管網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于內(nèi)皮細(xì)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(fā)現(xiàn)低流量條件下，原發(fā)性纖毛賦予內(nèi)皮細(xì)胞對骨形態(tài)發(fā)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(xié)同，在高剪應(yīng)力介導(dǎo)的重塑之前保持未成熟血管的開放，以達到調(diào)節(jié)腦血流量的目的[9]。同時調(diào)節(jié)血液流向大腦中神經(jīng)元活躍區(qū)域，以滿足大腦對新陳代謝的需要。

內(nèi)皮細(xì)胞通過自噬溶酶體途徑處理髓鞘碎片可以引發(fā)炎癥反應(yīng)，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(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵。研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞在脊髓損傷中通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞浸潤、血管生成和纖維化的過程，發(fā)揮髓鞘清除的關(guān)鍵作用，從而引起脫髓鞘疾病的發(fā)生發(fā)展[10]。髓鞘碎片的吞噬過程誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，這一過程賦予內(nèi)皮細(xì)胞刺激纖維化成分生成的能力[11]。血管內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPC)作為內(nèi)皮細(xì)胞系的細(xì)胞，其在腦血管病的治療中已被廣泛研究。實驗研究發(fā)現(xiàn)，在EPC分泌體中發(fā)現(xiàn)了多種生長因子、細(xì)胞因子和蛋白酶。在體外，EPC分泌體可顯著促進內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖，促進少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的成熟。在體內(nèi)，EPC分泌體增加了白質(zhì)中的血管密度、髓鞘和成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞，并挽救了小鼠低灌流模型的認(rèn)知功能[12]。

2 少突膠質(zhì)細(xì)胞

少突膠質(zhì)細(xì)胞是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中形成髓鞘的細(xì)胞，經(jīng)歷少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(oligodendrocyte precursor cells，OPC)、晚期OPC、未成熟的OPC和成熟髓鞘OPC 4個階段發(fā)育成熟。少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)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(jié)構(gòu)保護，也是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的軸突快速傳導(dǎo)的基礎(chǔ)，對于維持神經(jīng)元生理功能如神經(jīng)營養(yǎng)代謝的支持、神經(jīng)回路的信息處理十分重要[13-14]。少突膠質(zhì)細(xì)胞嵌在一個由相互連接的膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞組成的巨大網(wǎng)絡(luò)中，少突膠質(zhì)細(xì)胞通過調(diào)節(jié)離子和水的內(nèi)穩(wěn)態(tài)、為神經(jīng)元提供代謝支持等方式在其中發(fā)揮作用[15]。

未成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞存在于發(fā)育中腦內(nèi)，也存在于成人腦內(nèi)。成人白質(zhì)內(nèi)的少突膠質(zhì)細(xì)胞，可能與疾病損傷修復(fù)有關(guān)。疾病損傷修復(fù)中涉及的髓鞘形成和修復(fù)受少突膠質(zhì)細(xì)胞系細(xì)胞的調(diào)控，這些細(xì)胞能感知和整合來自周圍環(huán)境包括來自其他膠質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的信號。實驗雖然發(fā)現(xiàn)了小膠質(zhì)細(xì)胞衍生的谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶-2(TG2)在細(xì)胞外基質(zhì)層黏連蛋白(laminin)上向ADGRG1發(fā)出信號，并且TG2/laminin依賴的黏附G蛋白偶聯(lián)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(fā)性硬化病變中發(fā)現(xiàn)OPC在血管周圍聚集，OPC可以破壞BBB，干擾星形膠質(zhì)細(xì)胞足突和內(nèi)皮緊密連接的完整性，導(dǎo)致血管通透性改變和相關(guān)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥。同時，OPC中異常的Wnt張力介導(dǎo)其功能障礙的血管脫離，并導(dǎo)致Wnt抑制因子1(Wif1)的OPC分泌，從而干擾Wnt配體在內(nèi)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(nèi)皮細(xì)胞與少突膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用

內(nèi)皮細(xì)胞主要影響少突膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和遷移過程[18]。腦內(nèi)皮細(xì)胞可能通過釋放多種營養(yǎng)因子，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子2(bFGF-2)、血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor，VEGF-A)、腎上腺髓質(zhì)素(adrenomedullin，ADM)來影響少突膠質(zhì)細(xì)胞。BDNF是一種完全的非依賴性內(nèi)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(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中促進髓鞘形成，腦損傷時調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的同時作用于神經(jīng)干細(xì)胞促進其分化。但其在體內(nèi)對少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育的影響機制尚不清楚。實驗研究發(fā)現(xiàn)，BDNF在小鼠發(fā)育過程中選擇性地對視神經(jīng)中的少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生短暫的影響，即BDNF基因單鏈缺失對體內(nèi)少突膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞髓鞘形成[20]；bFGF-2促進內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移發(fā)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(zhì)細(xì)胞的分化，與促進OPC的增殖和在后期向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化的血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)協(xié)同上調(diào)α受體促進OPC增殖[21-22]。bFGF-2還可以促進OPC的遷移，預(yù)防OPC的凋亡應(yīng)激；VEGF-A作為神經(jīng)血管單位的主要介質(zhì)之一，在腦內(nèi)皮細(xì)胞的條件培養(yǎng)液促進OPC增殖和遷移，但有研究表明內(nèi)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(jīng)系統(tǒng)中的ADM主要表達于神經(jīng)元和腦內(nèi)皮細(xì)胞。實驗檢測到人少突膠質(zhì)細(xì)胞系中ADM的mRNA，表明ADM具有通過少突膠質(zhì)細(xì)胞中的ADM受體調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)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(zhì)細(xì)胞系細(xì)胞主要通過釋放特定介質(zhì)如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase 9，MMP-9)來影響內(nèi)皮細(xì)胞。在體外細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)脊髓中，少突膠質(zhì)細(xì)胞表達TGF-β，其中TGF-β1在體內(nèi)含量較高[26]，TGF-β可刺激內(nèi)皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化。通過穩(wěn)定新形成的毛細(xì)血管芽促進血管生成與瘢痕修復(fù)[27]；白質(zhì)損傷后，少突膠質(zhì)細(xì)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(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、內(nèi)皮通透性以及新血管的形成[28]。

4 內(nèi)皮細(xì)胞與少突膠質(zhì)細(xì)胞及其相互作用對SVD的影響

神經(jīng)系統(tǒng)正常生理功能的維持、神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理變化及損傷修復(fù)均涉及細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用過程，其中，包含神經(jīng)系統(tǒng)的多種細(xì)胞以及維持其相互聯(lián)系的多種介質(zhì)。NVU內(nèi)細(xì)胞整合、協(xié)調(diào)處理來自鄰近細(xì)胞的信號，以對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)BBB通透性、血管生成、清除有毒代謝物、毛細(xì)血管血流動力學(xué)反應(yīng)、神經(jīng)炎癥和干細(xì)胞活動等多種功能反應(yīng)。研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞及其相互作用可能與SVD的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。在SVD動物模型和病人死亡后病理組織中發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞異常，而且觀察到內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙后OPC增殖和遷移增加[29]。小鼠SVD模型實驗發(fā)現(xiàn)老年癡呆發(fā)展的顯著變化是內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[29]。功能障礙的內(nèi)皮細(xì)胞分泌熱休克蛋白90α，阻止少突膠質(zhì)細(xì)胞分化，導(dǎo)致髓鞘受損。同時在早期無癥狀的SVD病人中也觀察到內(nèi)皮和少突膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙[30]?，F(xiàn)有證據(jù)表明，低灌注以及由此造成的內(nèi)皮損傷被認(rèn)為是導(dǎo)致白質(zhì)病變發(fā)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(fā)現(xiàn)，腦白質(zhì)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(guān)聯(lián)消失[32]，反映出阿爾茨海默病病人腦血流受損的發(fā)生較早[33]。表明內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞可能與SVD的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，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(zhì)病變均與內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞及其相互作用有關(guān)。內(nèi)皮細(xì)胞通過釋放BDNF、bFGF-2、VEGF-A、ADM等介質(zhì)來影響少突膠質(zhì)細(xì)胞，少突膠質(zhì)細(xì)胞通過TGF-β、MMP-9等介質(zhì)影響內(nèi)皮細(xì)胞，兩者的相互作用在維持神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)、維護BBB正常功能及調(diào)控腦血流量中發(fā)揮重要作用。研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞和OPC/少突膠質(zhì)細(xì)胞之間存在串?dāng)_，通過Wnt/β-catenin通路介導(dǎo)。這種相互作用的失調(diào)可能會限制白質(zhì)病變的再髓鞘化，使BBB滲漏，從而引發(fā)惡性的神經(jīng)炎癥循環(huán)[30]，進而影響SVD的進展。但目前證據(jù)顯示，在神經(jīng)炎癥性疾病中，少突膠質(zhì)細(xì)胞分泌的MMP-9通過調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞，損傷BBB[34]，進而影響SVD的發(fā)生發(fā)展。由于相關(guān)研究較少，暫無證據(jù)表明內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞之間的其他介質(zhì)對SVD有直接影響。

5 小結(jié)與展望

盡管內(nèi)皮細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞在SVD中起著關(guān)鍵作用，但兩種細(xì)胞對SVD影響的研究甚少。兩種細(xì)胞在生理狀態(tài)時維持穩(wěn)態(tài)，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(xì)胞間相互作用涉及的“媒介”含量以及種類的改變，監(jiān)測內(nèi)皮細(xì)胞以及少突膠質(zhì)細(xì)胞在SVD發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮的作用，通過人為改變媒介含量和(或)種類，或通過對介質(zhì)相關(guān)基因敲除等處理，達到機體病情緩解甚至恢復(fù)的目的，為SVD的臨床診治提供理論依據(jù)。