劉子超，孔慶霞

(1.濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272000；2.濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，山東 濟(jì)寧 272000)

腦小血管病(cerebral small vessel disease，CSVD)指由各種顱內(nèi)小動脈病變引起的臨床、病理及影像學(xué)改變綜合征[1]。根據(jù)影像學(xué)特點，可將CSVD分為腔隙性腦梗死、腦白質(zhì)高信號、腦微出血、血管周圍間隙擴大和腦萎縮[2]。CSVD約占缺血性腦卒中的25%，可使腦卒中的患病風(fēng)險增加1倍，是老年人群發(fā)生認(rèn)知功能損害和癡呆的主要原因[3]。研究發(fā)現(xiàn)，血管平滑肌細(xì)胞在散發(fā)性和遺傳性CSVD終末期病理過程中均被膠原蛋白或其他非張力性纖維物質(zhì)替代，導(dǎo)致CSVD的病理改變啟動因素可不同，但病理改變最終均可導(dǎo)致腦白質(zhì)高信號、小梗死和微出血，引發(fā)認(rèn)知功能障礙等臨床表現(xiàn)[2]。CSVD與轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的阻斷或抑制密切相關(guān)。TGF-β可以調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)等蛋白的產(chǎn)生，參與血管結(jié)構(gòu)的病理生理變化，多種遺傳性CSVD的發(fā)病機制均與TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)[4]。目前，CSVD的病因及發(fā)病機制尚不明確，關(guān)于CSVD的分子遺傳學(xué)研究是CSVD的主要研究方向，可能提供CSVD的潛在治療靶點?，F(xiàn)就CSVD與TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

1 TGF-β概述

1.1TGF-β的組成及功能 TGF-β是一種多肽二聚體，哺乳動物細(xì)胞中存在TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三種亞型，三者均由112個氨基酸組成，生物學(xué)作用相似，其編碼基因分別定位于染色體19q3、1q41和14q24上。TGF-β在人體內(nèi)分布廣泛，幾乎所有類型的細(xì)胞均可合成TGF-β并表達(dá)其相應(yīng)受體。TGF-β具有抑制和促進(jìn)的雙向作用，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、增殖、分化和凋亡，刺激多種細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)的合成和分泌，參與細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)成及降解等，與CSVD的病理改變存在密切關(guān)聯(lián)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，TGF-β具有促進(jìn)神經(jīng)元生長、調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞功能、參與細(xì)胞凋亡等作用，在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與損傷反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[5-6]。近年來，TGF-β在神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展與診治中的作用逐漸受到關(guān)注。

1.2TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路已被廣泛的研究，人體內(nèi)TGF-β受體主要包括TGF-β受體Ⅰ、TGF-β受體Ⅱ和TGF-β受體Ⅲ。以前體TGF-β結(jié)合蛋白形式分泌的TGF-β經(jīng)蛋白酶水解成為具有多種生物學(xué)作用的成熟TGF-β，TGF-β活化后與細(xì)胞表面TGF-β受體結(jié)合，通過細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮其生物學(xué)活性。

經(jīng)典TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路指TGF-β/Smad信號通路，當(dāng)配體與TGF-β結(jié)合時，2個TGF-β受體Ⅱ與2個TGF-β受體 Ⅰ 結(jié)合成復(fù)合體，且TGF-β受體 Ⅱ可磷酸化復(fù)合體中TGF-β受體Ⅰ的絲氨酸/蘇氨酸激酶區(qū)域，激活下游信號分子Smad2和Smad3，并招募Smd4形成蛋白復(fù)合物，隨后進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮調(diào)控作用[7]。由于與Smad結(jié)合的連接蛋白具有多樣性，TGF-β/Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可與其他多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑存在不同水平的相互作用，形成復(fù)雜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同實現(xiàn)精準(zhǔn)協(xié)調(diào)的細(xì)胞生命控制。此外，TGF-β還通過促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，NEMO基因產(chǎn)物激活核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑發(fā)揮生物學(xué)作用，各種途徑均在TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮生物學(xué)調(diào)控效應(yīng)的過程中發(fā)揮了重要作用。

2 CSVD

2.1CSVD病因 目前，CSVD的病因及發(fā)病機制尚不明確。高血壓、高同型半胱氨酸血癥、高脂血癥、糖耐量異常等是CSVD常見的血管危險因素。近年來，CSVD的遺傳及分子學(xué)研究已逐漸成為CSVD的研究熱點。常見的遺傳性CSVD包括伴皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)腦病的常染色體顯性遺傳性腦動脈病(cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CADASIL)、伴皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)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)、法布里病(Fabry病)以及近年被證明與大腦和視網(wǎng)膜微血管病變有關(guān)的色素失禁癥(incontinentia pigmenti，IP)等[8-9]。

2.2CSVD發(fā)病機制 CSVD的分子發(fā)病機制目前仍不明確。研究表明，CSVD是各種病理生理機制共同作用的結(jié)果，其主要機制包括：①血管結(jié)構(gòu)改變及調(diào)節(jié)能力下降。多種因素引起小動脈管壁病變，使管腔狹窄、管壁變薄，導(dǎo)致血管閉塞、動脈硬化等，最終導(dǎo)致腔隙性腦梗死、腦白質(zhì)疏松或腦微出血等[10]。血流動力學(xué)改變可加重腦血流低灌注及腦缺血，導(dǎo)致腦白質(zhì)疏松、腔隙性腦梗死等病變，并與認(rèn)知功能下降和癡呆的發(fā)生密切相關(guān)[11]。②血腦屏障損傷。小血管內(nèi)皮組織功能紊亂導(dǎo)致血腦屏障通透性增加，血液中多種成分滲透到血管周圍間隙及腦實質(zhì)中，損傷神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞[12]。③炎癥反應(yīng)。多種神經(jīng)炎癥因子可在長期慢性腦缺血后釋放并損傷細(xì)胞外基質(zhì)和神經(jīng)血管單元，導(dǎo)致缺血灶及其周圍炎癥細(xì)胞浸潤明顯，此外，還可參與腦內(nèi)免疫反應(yīng)，通過級聯(lián)放大過程加重腦神經(jīng)功能損傷[13]。④內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙可損傷血管，使血流自動調(diào)節(jié)能力下降，導(dǎo)致血腦屏障通透性增加，引起腦組織損傷[14]。

3 TGF-β與CSVD

3.1TGF-β與CADASIL CADASIL是遺傳性CSVD最常見的疾病類型，由壁細(xì)胞中Notch3基因突變引起Notch3異常表達(dá)所致[15]。Notch3是一種單次跨膜受體，與鄰近細(xì)胞表面的配體結(jié)合，起到釋放細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核、參與細(xì)胞分化以及功能調(diào)節(jié)和信息傳遞的作用。Notch3基因突變可改變Notch3跨膜受體細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域的半胱氨酸殘基數(shù)量，導(dǎo)致細(xì)胞外嗜鋨酸顆粒沉積，產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用，從而發(fā)生血管平滑肌細(xì)胞喪失、血管壁增厚以及小動脈狹窄等病理改變，嗜鋨酸顆粒的毒性作用還可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞和周皮細(xì)胞的喪失，其中周皮細(xì)胞對維持血腦屏障穩(wěn)定性具有重要作用[16-18]。

LTBP-1是TGF-β發(fā)揮生物學(xué)作用的關(guān)鍵因子。研究發(fā)現(xiàn)，CADASIL中，因Notch3基因突變改變的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域與LTBP-1直接結(jié)合可改變TGF-β的生物活性，從而影響TGF-β下游信號通路的傳導(dǎo)[19]。此外，TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和Notch3跨膜受體之間可能存在直接的相互作用。既往研究表明，TGF-β的Smad3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可與Notch1的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合發(fā)生相互作用，并調(diào)節(jié)下游轉(zhuǎn)錄[20]。由于Notch3與Notch1的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域存在共同結(jié)構(gòu)，尤其是錨定蛋白重復(fù)區(qū)域的共同結(jié)構(gòu)占72%，故認(rèn)為可能存在一個潛在的Notch3和Smad3結(jié)合位點[21]。因此，Notch3細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域也可能與TGF-β的Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相互作用，進(jìn)而改變TGF-β的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而影響TGF-β的細(xì)胞調(diào)控等功能，引發(fā)一系列病理生理改變[22]。

3.2TGF-β與CARASIL CARASIL與TGF-β存在更直接的聯(lián)系。HTRA1基因是CARASIL的致病基因，可編碼HTRA1絲氨酸蛋白酶，而HTRA1絲氨酸蛋白酶可調(diào)節(jié)TGF-β信號。LTBP-1是HTRA1的作用底物[23]。HTRA1基因的純合突變可降低HTRA1絲氨酸蛋白酶的活性，從而減少TGF-β的釋放。研究表明，某些雜合HTRA1基因突變也可能導(dǎo)致CARASIL的發(fā)生[24]。

HTRA1基因與TGF-β的作用機制主要有以下兩方面。一方面，在正常生理狀態(tài)下，活化的HRTA1絲氨酸蛋白酶以細(xì)胞內(nèi)蛋白或分泌蛋白的形式存在，可降解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的LTBP-1和細(xì)胞膜上的TGF-β受體 Ⅱ，抑制TGF-β的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，HRTA1基因突變導(dǎo)致HTRA1絲氨酸蛋白酶水解活性降低，從而強化TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[25-26]。另一方面，Beaufort等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與降解TGF-β所需HTRA1相比，HTRA1基因突變后HTRA1的水平降低，但仍可裂解LTBP-1，減少HTRA1基因調(diào)控的TGF-β與細(xì)胞外基質(zhì)的纖維蛋白連接，增加TGF-β的生物可利用性，此外，HTRA1基因突變引起的HTRA1活性降低還可減弱TGF-β的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。由此可見，TGF-β的信號傳遞在CARASIL發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，但關(guān)于其信號增強與減弱目前尚存在爭議，其潛在聯(lián)系仍需要進(jìn)一步實驗研究的闡明。

3.3TGF-β與Fabry病 Fabry病是X連鎖隱性遺傳多系統(tǒng)溶酶體貯積病，由于編碼α-半乳糖苷酶A的基因突變，導(dǎo)致溶酶體α-半乳糖苷酶A缺乏，該基因位于Xq22.33～22[27]。Fabry病患者的α-半乳糖苷酶A活性喪失，神經(jīng)酰胺三己糖苷在腦、心臟、腎臟等器官沉積，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞損傷[28]。Eitzman等[29]對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)abry病可引起動脈狹窄和血栓形成等小血管病變，而小血管病變是腦動脈硬化、短暫性腦缺血發(fā)作以及缺血性腦卒中等腦血管疾病的病理基礎(chǔ)。

目前，F(xiàn)abry病導(dǎo)致血管病變的機制尚不明確，對Fabry腎病的研究表明，溶酶體中神經(jīng)酰胺三己糖苷的沉積可促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子、血小板反應(yīng)蛋白1和TGF-β的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖及細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的分泌，包括纖連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的產(chǎn)生[30-31]。研究表明，TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的減弱對神經(jīng)酰胺三己糖苷沉積導(dǎo)致的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的蓄積起抑制作用，可抑制動脈硬化的發(fā)生發(fā)展[32]。故推測，TGF-β在Fabry病所致動脈硬化的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，阻斷其信號通路可能抑制Fabry病的發(fā)展，但其具體病理生理機制仍需進(jìn)一步的研究。

3.4TGF-β與IP IP由位于染色體Xq28上的NEMO基因突變所致，NEMO基因4～10外顯子缺失是IP最常見的突變類型，其突變可控制IP的發(fā)生[33]。NEMO基因產(chǎn)物激活NF-κB可調(diào)節(jié)大多數(shù)細(xì)胞基因的表達(dá)[34]。有學(xué)者認(rèn)為，腦血管壁NEMO基因突變并異常表達(dá)是IP患者發(fā)生腦部病變的主要原因，突變誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡導(dǎo)致血管受損(包括小血管的缺血、出血病變)，從而引起缺血性和出血性腦卒中[35]。

除Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑外，TGF-β可通過TGF-β活化激酶1(TGF-β-activated kinase 1，TAK1)激活NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。TAK1也可被其他細(xì)胞因子激活，如腫瘤壞死因子。在正常生理狀態(tài)下，NF-κB與NF-κB抑制蛋白結(jié)合而處于失活狀態(tài)，當(dāng)上游信號激活NF-κB抑制蛋白激酶后，活化的NF-κB抑制蛋白激酶會發(fā)生泛素化、磷酸化，從而解除NF-κB抑制蛋白對NF-κB的抑制作用，使NF-κB激活并將其p65、p50兩個亞基釋放轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，從而激活多種基因的轉(zhuǎn)錄。

研究表明，TAK1對NF-κB抑制蛋白激酶具有活化作用，IP中TAK1對NF-κB抑制蛋白的活化作用缺失[36]。Ridder等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，TAK1在小鼠IP模型大腦內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)缺失。在IP中，NEMO基因突變不僅可直接抑制或阻斷NF-κB活性，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，引發(fā)疾病，還可影響NF-κB正常表達(dá)導(dǎo)致TAK1功能缺陷，使IP中TGF-β的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺失，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞死亡、微血管壁變薄，破壞血腦屏障。由此可見，TGF-β可在IP發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，表明IP可能是發(fā)育性CSVD的原因，可見，CSVD不僅是老年人群發(fā)生血管性癡呆和殘疾的病理基礎(chǔ)，還可能是不同年齡段廣泛發(fā)生CSVD臨床表現(xiàn)的原因。但TGF-β在IP發(fā)生中的具體機制仍有待進(jìn)一步研究的闡明。

3.5TGF-β與血管相關(guān)性CSVD TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不僅與遺傳性CSVD密切相關(guān)，還在血管性CSVD中發(fā)揮重要作用。TGF-β與血管危險因素相關(guān)的散發(fā)性CSVD存在潛在關(guān)聯(lián)。Poittevin等[38]對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠大腦中TGF-β的表達(dá)降低與糖尿病性微血管病變的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，為糖尿病微血管病變的研究開辟了一個新的方向。Negishi等[39]認(rèn)為，高血壓動脈血管中血流剪切力的改變可影響TGF-β的表達(dá)。當(dāng)血壓升高時，TGF-β可介導(dǎo)血管NF-κB的激活，并可通過表達(dá)多種細(xì)胞因子調(diào)控血管平滑肌細(xì)胞的功能，以應(yīng)對過高的血管壓力，避免血管硬化、重塑等損傷[40]。高血壓是CSVD最常見的危險因素，TGF-β可能在CSVD血管損傷與保護(hù)機制中發(fā)揮重要作用。一項Meta分析發(fā)現(xiàn)，TGF-β家族的基因多態(tài)性與血管性癡呆和腦白質(zhì)病變相關(guān)，其潛在分子生物學(xué)機制需要進(jìn)一步探明[41]。

4 小 結(jié)

CSVD所致腦卒中、認(rèn)知功能損害、癡呆等在很大程度上增加了患者及社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前，國內(nèi)外開展了大量CSVD的研究，但其病因及發(fā)病機制仍不明確。目前已知，遺傳性CSVD與TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在聯(lián)系，TGF-β對CSVD發(fā)病的影響較明確，但TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)節(jié)異常并不是所有CSVD的主要原因和唯一的分子學(xué)機制。進(jìn)一步研究CSVD病理生理學(xué)機制將為發(fā)現(xiàn)其潛在治療靶點及其臨床診治提供更多理論支持。