趙耀，付劍亮

(上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 200233)

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，2015年約有4 700萬人患有癡呆癥，預計到2050年這一數(shù)字會增加2倍[1]。在美國，癡呆的經(jīng)濟負擔超過了癌癥和心臟病[2]。癡呆已經(jīng)成為全球應積極面對的公共衛(wèi)生問題。血管性癡呆是發(fā)病率僅次于阿爾茨海默病的第二大認知障礙疾病[3]，其主要發(fā)病機制為腦血流量減少而導致的慢性腦低灌注(chronic cerebral hypoperfusion,CCH)。在臨床上血管性癡呆的病因復雜，異質性強且危險因素、進展和疾病嚴重程度等具有多樣性和復雜性,血管性癡呆的發(fā)病機制一直是研究的熱點。在基礎研究中，常采用動物模型來研究血管性癡呆的發(fā)病機制和治療策略,雙側頸總動脈閉塞動物模型(two vessel occlusion，2VO)是經(jīng)典的CCH動物模型，其行為學表現(xiàn)為空間學習記憶障礙,病理以腦白質病變(white matter lesions,WMLs)為主要特征[4]。CCH導致認知障礙的機制復雜，包括活性氧類導致的氧化應激、神經(jīng)炎癥、線粒體和神經(jīng)遞質功能障礙、脂質代謝紊亂以及生長因子改變等。其中，神經(jīng)炎癥反應可引起神經(jīng)元損傷和WMLs，在CCH所致認知障礙中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)就CCH所致認知障礙的神經(jīng)炎癥機制進行綜述。

1 神經(jīng)炎癥產(chǎn)生的原因

免疫系統(tǒng)在維持組織穩(wěn)態(tài)以及感染和損傷的反應中起重要作用。小膠質細胞是大腦中的主要免疫細胞，對周圍的星形膠質細胞和神經(jīng)元產(chǎn)生重要影響。在生理條件下，小膠質細胞處于靜息狀態(tài)，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的動態(tài)平衡。當病原體入侵或組織損傷后，小膠質細胞與星形膠質細胞相互作用，之后小膠質細胞被激活，細胞體積增大，吞噬清除細胞碎片和凋亡細胞等，啟動組織修復過程[5-6]。在大多數(shù)情況下，這種炎癥反應是自限性的，在感染控制或組織損傷修復后小膠質細胞即恢復到靜息狀態(tài)。如果導致組織病理變化的損傷刺激持續(xù)存在，將進一步加重炎癥反應或轉化為慢性炎癥狀態(tài)。過度激活的小膠質細胞則釋放大量促炎因子等毒性物質，引發(fā)炎癥級聯(lián)反應，導致神經(jīng)元持續(xù)性損傷[7-8]?？傊窠?jīng)炎癥是中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷、感染、毒素等刺激下，神經(jīng)系統(tǒng)做出的自身免疫炎性應答。CCH作為一種病理狀態(tài)將通過多種途徑誘導神經(jīng)炎癥。

2 CCH所致認知障礙的炎癥反應機制

CCH導致的有害物質，尤其是壞死細胞碎片被釋放后，會觸發(fā)免疫系統(tǒng)的炎癥級聯(lián)反應，激活小膠質細胞和星形膠質細胞，通過細胞因子、炎癥介質和炎性途徑介導病理損傷，最終導致認知障礙。

2.1小膠質細胞在CCH誘導的神經(jīng)炎癥反應中的作用 神經(jīng)炎癥與周圍炎癥不同，其可以限于小膠質細胞而不招募循環(huán)白細胞。與神經(jīng)退化有關的病理性神經(jīng)炎癥主要由小膠質細胞介導，其在神經(jīng)元損傷、功能障礙或死亡的過程中發(fā)揮不同作用。因而在一些情況下，術語“神經(jīng)炎癥”被“小膠質細胞激活”代替[9]，這是由于在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷期間缺乏T細胞去除細胞碎片的關鍵作用。正常生理狀態(tài)下，小膠質細胞表型由神經(jīng)元和星形膠質細胞調節(jié)，使其吞噬活性處于可調控狀態(tài)。當中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到腦缺血等刺激后，小膠質細胞迅速活化增殖，通過炎癥反應來應對這種刺激，也稱為“小膠質細胞激活”[10]。激活的小膠質細胞可分別極化為M1型和M2型，M1型正常激活時發(fā)揮促炎作用，而過度激活則釋放大量促炎因子等毒性物質，引發(fā)炎癥級聯(lián)反應，加重腦損傷；M2型發(fā)揮抗炎作用，分泌抗炎介質及神經(jīng)營養(yǎng)因子，減輕炎癥反應，保護神經(jīng)元，促進組織修復。因此，活化的小膠質細胞具有神經(jīng)保護和神經(jīng)毒性雙重作用[11]。關于小膠質細胞在CCH認知障礙發(fā)病機制中的作用，有研究構建2VO CCH動物模型，在第28天即可以檢測到腦WMLs和學習記憶相關的行為學障礙并伴隨促炎因子[白細胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α等]表達增加，促炎因子的增加證明CCH可以誘導小膠質細胞極化為M1型，發(fā)揮促炎作用[12]。Zhang等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，CCH認知障礙動物模型的皮質、海馬CA1和CA3區(qū)小膠質細胞激活，促炎因子[IL-1β、IL-6、TNF-α、環(huán)加氧酶2和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)]表達明顯增加，表明CCH狀態(tài)下激活的小膠質細胞可以釋放出大量促炎因子。小膠質細胞激活后產(chǎn)生的細胞因子和炎癥介質將導致后續(xù)的神經(jīng)元變性、腦白質損傷，進而導致認知障礙。小膠質細胞炎癥反應在CCH相關認知障礙病變過程中發(fā)揮重要作用，調控小膠質細胞的炎癥反應是潛在的治療靶點之一。

2.2細胞因子和炎癥介質介導的CCH神經(jīng)損傷 小膠質細胞和星形膠質細胞是細胞因子的主要來源,細胞因子幾乎參與神經(jīng)炎癥的各個方面，包括促炎和抗炎過程、神經(jīng)元損傷、化學誘導以及小膠質細胞對淀粉樣蛋白沉積物的反應。小膠質細胞活化既以細胞因子產(chǎn)生為特征，又受到細胞因子調節(jié)。在2VO CCH大鼠模型中可以觀察到促炎因子(IL-1β、IL-6和TNF-α等)表達顯著增加[4]。TNF-α是由小膠質細胞受刺激后產(chǎn)生的神經(jīng)毒素，通過增加谷氨酸含量對神經(jīng)元產(chǎn)生興奮性毒性作用。TNF-α也可促進小膠質細胞產(chǎn)生IL-6和IL-1β。IL-1β通過自分泌途徑促進小膠質細胞數(shù)量增加和活性增強，進而導致趨化因子、炎癥介質和細胞因子的增加。而這些增加的促炎因子也可以進一步激活小膠質細胞，使其炎癥反應程度增加，形成惡性循環(huán)從而導致病理損傷，最終導致不同程度的認知障礙。此外，炎癥介質也是調節(jié)炎癥反應發(fā)生和發(fā)展的重要因素。在CCH模型中，炎癥介質細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1也顯著上調[14]。細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1屬于免疫球蛋白超家族，對血管內(nèi)皮的黏附、浸潤有重要作用，可以引起血腦屏障(blood-brain barrier,BBB)的功能障礙、神經(jīng)細胞水腫及神經(jīng)元的變性，造成相應的病理性改變。抑制細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1可改善CCH導致的行為學改變[6]，提示微血管炎癥反應參與CCH誘導的認知障礙的發(fā)生。另一個重要的炎癥介質為基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)家族。它是CCH誘導的導致WMLs的蛋白酶之一，可觸發(fā)BBB的破壞[15]。CCH動物模型顯示，海馬部位的MMP-2、MMP-9表達增加[16]。MMP還會降解細胞外基質，破壞基膜，進一步加重炎癥反應程度，對神經(jīng)元造成進一步的損傷。

2.3炎性通路介導的CCH神經(jīng)損傷 在CCH模型中，許多炎性通路被活化，參與神經(jīng)炎癥的病理損傷和認知障礙的發(fā)生發(fā)展。Janus激酶/信號轉導及轉錄激活因子信號轉導通路在CCH小鼠模型中被激活，參與軸突-膠質細胞完整性的調節(jié)[17]。如果軸突-膠質細胞的完整性被破壞，可以導致神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙和阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性病變的發(fā)生。另外，CCH激活促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路[18]，參與小膠質細胞激活引起的炎癥反應調節(jié)。其中胞外信號調節(jié)激酶1和2、p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶是3種主要的MAPK，它們調節(jié)多種細胞過程和重要炎癥細胞因子(如TNF-α和IL-1β)的表達[19]。CCH也可刺激Toll樣受體4/髓樣分化因子88信號轉導及其下游凋亡信號p38 MAPK的活化[20]。Toll樣受體4/髓樣分化因子88通路主要引起小膠質細胞和星形膠質細胞激活，而p38 MAPK通路促使激活的膠質細胞產(chǎn)生促炎因子。此外，髓樣細胞觸發(fā)受體-2(triggering receptor expressed on myeloid cells-2，TREM-2)是重要的先天免疫受體[21]，對小膠質細胞表型的調控起重要作用，TREM-2相關信號通路參與調節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)炎癥。Zhang等[13]的研究表明，在CCH動物模型中，TREM-2可以負向調節(jié)p38 MAPK介導的炎癥反應。在細胞模型中敲低TREM-2基因會大大增加促炎因子(IL-1β、TNF-α和iNOS)的表達，而TREM-2基因的過表達可導致促炎因子(IL-1β、TNF-α和iNOS)的表達顯著減少[13]，證明了TREM-2對p38 MAPK介導的炎癥反應的負向調節(jié)作用。此外，核因子κB和信號轉導及轉錄激活因子3相關信號通路在CCH病理過程中被激活，導致微血管通透性改變和海馬等部位發(fā)生炎癥反應[14]。

3 CCH所致認知障礙的炎癥介導的病理損傷機制

CCH通過激活的膠質細胞、炎癥因子、炎性通路導致相應病理改變的發(fā)生發(fā)展，最終導致認知障礙的發(fā)生。CCH導致的病理改變主要有WMLs、海馬區(qū)損傷、β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)沉積等。

3.1CCH通過神經(jīng)炎癥誘導WMLs導致認知障礙 CCH激活小膠質細胞產(chǎn)生炎癥反應，繼發(fā)髓鞘脫失、軸索病變等進而誘導WMLs，是導致認知障礙發(fā)生的關鍵病理改變。白質的完整性由復雜的結構單元組成，包括神經(jīng)元軸突、髓磷脂鞘、神經(jīng)膠質細胞等，這對于維持大腦功能至關重要。在CCH動物模型中神經(jīng)炎癥是WMLs的關鍵病理學特征，伴隨神經(jīng)炎癥的進程，少突膠質細胞丟失，髓磷脂密度降低，郎飛結的結構紊亂以及白質神經(jīng)束崩解[22-23]。有研究表明，在微線圈套扎雙側頸總動脈致CCH動物模型中，在1個月時可以檢測到白質區(qū)的髓鞘軸突彌散性損傷，見于整個前腦(胼胝體、穹隆傘、內(nèi)囊、視束等)，且可以通過免疫組織化學法發(fā)現(xiàn)降解的髓磷脂堿性蛋白和髓磷脂碎片[24]。利用髓鞘相關糖蛋白染色技術可以觀察到，CCH還會導致軸突-膠質細胞結旁連接中關鍵蛋白的選擇性破壞，軸突-神經(jīng)膠質細胞結構完整性受到影響。這對于髓鞘軸突的穩(wěn)定性和神經(jīng)沖動傳導功能至關重要[17]。隨著持續(xù)性腦低灌注的進行，激活的小膠質細胞逐漸增加，同時激活的小膠質細胞對髓鞘軸突的損害不斷加重，而腦白質損害的進展又促進了白質中激活的小膠質細胞數(shù)量持續(xù)增加，形成惡性循環(huán)。CCH通過神經(jīng)炎癥誘導WMLs的可能機制包括：①CCH后活性氧類過度產(chǎn)生導致氧化應激發(fā)生。在CCH狀態(tài)下，有害的氧自由基(超氧陰離子、羥自由基和過氧化氫等)大量產(chǎn)生，進一步損傷脂質、蛋白質和DNA，促使神經(jīng)元凋亡壞死[6]。在大腦中，小膠質細胞是氧化應激相關活性氧類產(chǎn)生的來源。細胞外的活性氧類是由多種酶介導產(chǎn)生的，包括iNOS、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、環(huán)加氧酶2、髓過氧化物酶等。這些酶與小膠質細胞炎癥反應相關[25]。CCH誘導氧化應激并增加活性氧類，這會導致白質損害。白質損傷后包括小膠質細胞在內(nèi)的炎性神經(jīng)膠質細胞被激活，活化的小膠質細胞可誘導少突膠質細胞凋亡和髓鞘變性,進而導致白質疏松。有研究發(fā)現(xiàn)，CCH后小膠質細胞通過C3-C3aR途徑被激活，其可移動黏附并吞噬完整的髓磷脂纖維，加重WMLs[11]。②CCH后神經(jīng)炎癥介導興奮性神經(jīng)毒性損傷機制?；罨男∧z質細胞會產(chǎn)生TNF-α，TNF-α是大腦炎癥反應的主要調節(jié)因子,可增加腦內(nèi)谷氨酸含量,導致興奮性神經(jīng)毒性損傷,最終使神經(jīng)元損傷和凋亡[26]。TNF-α也可作用于多種炎癥介質(如TNF受體1、胱天蛋白酶2和胱天蛋白酶3)進而引起WMLs。此外，CCH會破壞血管內(nèi)皮細胞，影響B(tài)BB的完整性。已知黏附分子是內(nèi)皮細胞激活的標志物，內(nèi)皮表面黏附分子表達的增加有助于白細胞附著和外滲并穿過BBB。有研究發(fā)現(xiàn)，CCH可以上調黏附分子的表達，如細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1[27]。血管內(nèi)皮細胞激活的標志物黏附分子等最早在閉塞后第1天增加，在第3天達到峰值[4]。黏附分子引起血管內(nèi)皮損傷，導致BBB破壞后，促炎因子進入腦實質，引起免疫炎癥反應的產(chǎn)生，釋放出大量絲氨酸蛋白酶、彈性蛋白酶、膠原酶、IL-1β、IL-6、TNF-α和MMP等,進而加重白質損害。其中增加的MMP可以降解細胞外基質以及內(nèi)皮細胞之間的緊密連接，降解髓磷脂，破壞BBB的完整性。有實驗證明，抑制MMP-2將會減少BBB的破壞、膠質細胞的活化和WMLs[28]。而MMP-9的上調則參與了血管損傷和脫髓鞘的發(fā)生，最終造成神經(jīng)元功能的損傷和抑制突觸傳遞的長時程增強等[29]。另一方面，WMLs的加重也會導致血管內(nèi)皮的直接損傷，加重BBB的破壞，形成惡性循環(huán)?？傊珻CH引起的神經(jīng)炎癥可損傷大腦白質并導致BBB的完整性被破壞，最終導致認知障礙的發(fā)生。

3.2CCH通過神經(jīng)炎癥誘導海馬區(qū)損傷導致認知障礙 海馬區(qū)與空間學習和記憶能力高度相關。而海馬CA1區(qū)對缺血及細胞凋亡十分敏感，是腦缺血后最易受損的部位之一。慢性腦缺血會導致海馬細胞凋亡和壞死，造成海馬區(qū)的神經(jīng)元受損，是血管性認知障礙的重要致病環(huán)節(jié)，因而海馬區(qū)是研究2VO誘導的神經(jīng)變性常用的部位。有實驗報道，來自2VO大鼠的蘇木精-伊紅染色法染色切片顯示海馬CA1區(qū)中的細胞排列被破壞，壞死神經(jīng)元數(shù)量明顯增加，海馬CA1區(qū)突觸密度降低和突觸超微結構改變[30]。Zou等[31]的研究顯示，光學顯微鏡下，CCH模型構建8周后大鼠CA1區(qū)的部分錐體細胞發(fā)生變性壞死，胞核固縮，染色加深，結構不清，胞質嗜酸性變，變性壞死細胞數(shù)明顯增多，部分神經(jīng)元腫脹、破裂，細胞輪廓不清、排列紊亂，顯示出CCH模型中海馬區(qū)的典型病理損傷。同時,也發(fā)現(xiàn)海馬CA1區(qū)炎癥反應明顯增強，小膠質細胞數(shù)量顯著增加，提示炎癥反應對病理損傷的重要作用。有實驗表明，CCH狀態(tài)持續(xù)一段時間后，與假手術對照組相比，2VO組大鼠的海馬區(qū)TNF-α、IL-1β和胱天蛋白酶3水平升高，證明了CCH導致的海馬區(qū)神經(jīng)炎癥反應的增強[32]。而與假手術對照組相比，2VO組大鼠的空間學習能力受到損害，反映出CCH所致的海馬區(qū)損傷造成了CCH動物模型的認知障礙。在離體實驗中小膠質細胞與星形膠質細胞釋放的細胞因子(如TNF-α和IL-1β)已被證明會影響海馬區(qū)神經(jīng)細胞的發(fā)生過程，表明這些炎癥因子可降低神經(jīng)前體細胞的存活率[33-34]。而當減少或抑制促炎因子IL-1β或TNF-α時，海馬齒狀回中的細胞增殖增加[35]。另有實驗證明，CCH引起的炎癥反應還會影響海馬區(qū)新生神經(jīng)元的分化過程，新產(chǎn)生神經(jīng)元的興奮性和抑制性突觸電位均受到神經(jīng)炎癥的特異性影響[36]。由此可見，海馬區(qū)的成熟神經(jīng)細胞和新生神經(jīng)元的增殖、存活、分化和整合均受CCH誘導的神經(jīng)炎癥的影響。而有實驗證明通過抑制小膠質細胞和星形膠質細胞活化，減少神經(jīng)炎癥反應，激活腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子-酪氨酸激酶受體B信號轉導來預防CCH誘導的海馬神經(jīng)元損傷，可改善CCH動物模型的認知障礙[37]。此外，有研究顯示高遷移率族蛋白B1預處理降低2VO大鼠海馬中IL-6、IL-1β和TNF-α的水平后，最終可恢復CCH動物模型的空間記憶能力[38]?？傊?，控制CCH誘導的神經(jīng)炎癥的發(fā)生，減輕海馬區(qū)的損傷是改善CCH所致認知障礙的關鍵。

3.3CCH通過神經(jīng)炎癥誘導Aβ沉積導致認知障礙 Aβ由淀粉樣前體蛋白代謝產(chǎn)生，是阿爾茨海默病患者腦中淀粉樣斑塊的主要成分，Aβ在腦內(nèi)的沉積被認為是阿爾茨海默病的初始事件。淀粉樣蛋白級聯(lián)假說表明大腦中的Aβ沉積會驅動Tau蛋白磷酸化，神經(jīng)纖維纏結形成，突觸丟失，神經(jīng)元死亡和認知障礙[39]。而在CCH模型中Aβ的影響也得到證實，CCH可加速Aβ的沉積并導致小鼠空間學習和記憶力下降，產(chǎn)生明顯的認知障礙[40]。Aβ的沉積可能與CCH誘導的神經(jīng)炎癥有關。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質細胞與外周單核細胞相似，發(fā)揮吞噬作用，呈遞抗原并產(chǎn)生免疫介質。在CCH導致Aβ沉積病理改變的初期，小膠質細胞對Aβ的吞噬和清除發(fā)揮關鍵作用。但隨著缺血和Aβ沉積的進一步加劇，Aβ激活小膠質細胞的Toll樣受體，導致小膠質細胞激活，分泌炎癥細胞因子和趨化因子等，其吞噬清除Aβ的能力下降[41]。而持續(xù)的小膠質細胞激活又將加劇Aβ在大腦內(nèi)的沉積和神經(jīng)元的丟失，加速神經(jīng)元變性[42]。星形膠質細胞是多功能神經(jīng)膠質細胞，參與神經(jīng)元營養(yǎng)補充、廢物清除和BBB的維持。Aβ也可以通過核因子κB途徑激活星形膠質細胞，活化的星形膠質細胞通過載脂蛋白E脂化作用降解Aβ并增加小膠質細胞的吞噬作用。然而活化的星形膠質細胞也可產(chǎn)生炎癥介質，促進神經(jīng)炎癥的病理過程。CCH導致的星形膠質細胞和小膠質細胞的長期激活將產(chǎn)生大量炎癥因子，誘導Aβ的沉積。如TNF-α通過激活β-和γ-分泌酶增加淀粉樣前體蛋白的數(shù)量進而產(chǎn)生Aβ；IL-1和IL-6增加淀粉樣前體蛋白的合成和分泌并促進Aβ的生成[43-44]。以上研究說明，CCH導致的神經(jīng)炎癥可以誘導Aβ在大腦中的沉積，影響神經(jīng)元的正常功能，最終導致認知障礙的發(fā)生。

4 小 結

在CCH病理狀態(tài)下，小膠質細胞被激活，產(chǎn)生大量的炎癥因子、細胞因子、趨化因子、炎癥介質，最終通過炎性途徑介導神經(jīng)元損傷。CCH誘發(fā)的神經(jīng)炎癥導致WMLs、海馬區(qū)損傷和Aβ沉積等病理進程，進而導致血管性癡呆、阿爾茨海默病等認知障礙相關疾病的發(fā)生。小膠質細胞“雙刃劍”的作用正受到越來越多的關注，調節(jié)小膠質細胞激活或抑制小膠質細胞毒性作用，打破神經(jīng)損傷與神經(jīng)炎癥之間的惡性循環(huán)可能是治療包括血管性癡呆在內(nèi)的神經(jīng)變性疾病的關鍵策略，針對這些途徑的藥物也有待開發(fā)，以期為癡呆的治療提供新方案。