内皮细胞及少突胶质细胞对脑小血管病作用的研究进展

王 晨，李玉茹，田 力，滕伟禹

脑小血管病(small vessel disease，SVD)的主要病理学特征包括血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的损害和白质病变(white matter lesions，WMLs)，典型的SVD损害是血管起源的白质病变、腔隙性脑梗死、微出血、表面性铁质沉着症、血管周围间隙和微梗死[1-2]。临床上这类脑损害在单独出现时大多没有临床症状，随着病灶数量的增加以及不同种类病灶的结合会出现认知障碍、痴呆、抑郁症、运动性问题，而且会提高脑卒中的发病风险[3]。SVD常与阿尔茨海默病一起发生，同时也是造成血管性痴呆的最常见病因，并加重由此造成的认知功能障碍[4-5]。为研究脑内各细胞之间的相互关系，提出了神经血管单元(neurovascular unit，NVU)[6]这一概念。NVU即内皮细胞、小胶质细胞、周细胞、星形胶质细胞、细胞基膜、神经元以及细胞外基质之间动态相互作用的结构复合体[6]。本研究将对NVU中内皮细胞、少突胶质细胞以及二者的相互作用对SVD发生发展影响的研究进展进行综述。

1 内皮细胞

内皮细胞为血管壁的主要构成细胞，血管对营养物质以及代谢物均具有通透性，以便向组织提供营养物质并排出废物。在大脑中，内皮细胞为BBB的重要组成部分。BBB是由内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞、基底膜组成的特定结构，防止大脑遭受病原体和免疫细胞的入侵，并通过屏障作用减少血液中离子和信号分子浓度的波动，以维持大脑的正常生理功能。BBB保护神经元免受血液循环中有害物质的影响，调节中枢神经系统的内部环境，维持正常突触和神经元功能。BBB一旦破坏，血源性神经毒性碎片、细胞和微生物病原体进入大脑，其与炎症和免疫反应有关，可能引发多条神经退化途径[7]。在评估脑卒中、多发性硬化症、创伤性脑损伤和癫痫小鼠模型的中枢神经系统内皮基因表达调节实验中，发现每种小鼠模型都有严重的BBB破坏，虽然每种模型均由不同的因素引起，但在BBB破坏过程中都包括一个核心的BBB功能障碍模块，该模块将中枢神经系统的内皮细胞转变为外周内皮细胞样状态[8]。

此外，血管内皮细胞释放的一氧化氮(nitric oxide，NO)会对血管周围收缩平滑肌细胞和周细胞进行松弛调节进而调控血流量，以及通过调节内皮细胞的功能来重塑血管网络。关于内皮细胞如何获取和分析血流信号的机制目前尚不清楚，但实验显示，在分子水平上发现低流量条件下，原发性纤毛赋予内皮细胞对骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9，BMP9)的强烈敏感性，BMP9信号在低流量下与初级纤毛协同，在高剪应力介导的重塑之前保持未成熟血管的开放，以达到调节脑血流量的目的[9]。同时调节血液流向大脑中神经元活跃区域，以满足大脑对新陈代谢的需要。

内皮细胞通过自噬溶酶体途径处理髓鞘碎片可以引发炎症反应，并可能有助于血管生成和纤维化瘢痕的形成。清除受损的髓鞘是损伤后神经功能恢复的关键。研究表明，内皮细胞在脊髓损伤中通过调节巨噬细胞浸润、血管生成和纤维化的过程，发挥髓鞘清除的关键作用，从而引起脱髓鞘疾病的发生发展[10]。髓鞘碎片的吞噬过程诱导内皮细胞向间充质细胞转化，这一过程赋予内皮细胞刺激纤维化成分生成的能力[11]。血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPC)作为内皮细胞系的细胞，其在脑血管病的治疗中已被广泛研究。实验研究发现，在EPC分泌体中发现了多种生长因子、细胞因子和蛋白酶。在体外，EPC分泌体可显著促进内皮细胞和少突胶质前体细胞的增殖，促进少突胶质前体细胞的成熟。在体内，EPC分泌体增加了白质中的血管密度、髓鞘和成熟的少突胶质细胞，并挽救了小鼠低灌流模型的认知功能[12]。

2 少突胶质细胞

少突胶质细胞是在中枢神经系统中形成髓鞘的细胞，经历少突胶质前体细胞(oligodendrocyte precursor cells，OPC)、晚期OPC、未成熟的OPC和成熟髓鞘OPC 4个阶段发育成熟。少突胶质细胞产生的髓鞘为脂肪鞘，包围轴突起隔离绝缘作用的同时也为轴突提供结构保护，也是中枢神经系统的轴突快速传导的基础，对于维持神经元生理功能如神经营养代谢的支持、神经回路的信息处理十分重要[13-14]。少突胶质细胞嵌在一个由相互连接的胶质细胞和神经元细胞组成的巨大网络中，少突胶质细胞通过调节离子和水的内稳态、为神经元提供代谢支持等方式在其中发挥作用[15]。

未成熟的少突胶质细胞存在于发育中脑内，也存在于成人脑内。成人白质内的少突胶质细胞，可能与疾病损伤修复有关。疾病损伤修复中涉及的髓鞘形成和修复受少突胶质细胞系细胞的调控，这些细胞能感知和整合来自周围环境包括来自其他胶质细胞和细胞外基质的信号。实验虽然发现了小胶质细胞衍生的谷氨酰转氨酶-2(TG2)在细胞外基质层黏连蛋白(laminin)上向ADGRG1发出信号，并且TG2/laminin依赖的黏附G蛋白偶联受体ADGRG1激活促进OPC增殖。在两个脱髓鞘小鼠模型中，通过TG2/laminin向OPC上的ADGRG1传递信号可进一步改善髓鞘再生[16]，然而信号通路的具体机制仍不清楚。

在某些活跃的多发性硬化病变中发现OPC在血管周围聚集，OPC可以破坏BBB，干扰星形胶质细胞足突和内皮紧密连接的完整性，导致血管通透性改变和相关的中枢神经系统炎症。同时，OPC中异常的Wnt张力介导其功能障碍的血管脱离，并导致Wnt抑制因子1(Wif1)的OPC分泌，从而干扰Wnt配体在内皮紧密连接完整性上的功能。因此，异常的OPC血管周围迁移不仅损害了其病变募集，而且还通过破坏BBB而起到致病作用[17]。

3 内皮细胞与少突胶质细胞的相互作用

内皮细胞主要影响少突胶质细胞的发育和迁移过程[18]。脑内皮细胞可能通过释放多种营养因子，如脑源性神经营养因子(BDNF)、碱性成纤维细胞生长因子2(bFGF-2)、血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor，VEGF-A)、肾上腺髓质素(adrenomedullin，ADM)来影响少突胶质细胞。BDNF是一种完全的非依赖性内皮源性因子，具有自分泌作用[19]，促进OPC增殖分化成熟，在中枢神经系统发育过程中促进髓鞘形成，脑损伤时调节少突胶质细胞数量的同时作用于神经干细胞促进其分化。但其在体内对少突胶质细胞发育的影响机制尚不清楚。实验研究发现，BDNF在小鼠发育过程中选择性地对视神经中的少突胶质细胞产生短暂的影响，即BDNF基因单链缺失对体内少突胶质细胞密度和谱系进展有一定影响，主要作用仅限于促进少突胶质细胞髓鞘形成[20]；bFGF-2促进内皮细胞增殖迁移发育成型的同时，在体外还可促进OPC的增殖，但刺激晚期OPC增殖时，阻断其向成熟少突胶质细胞的分化，与促进OPC的增殖和在后期向少突胶质细胞分化的血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)协同上调α受体促进OPC增殖[21-22]。bFGF-2还可以促进OPC的迁移，预防OPC的凋亡应激；VEGF-A作为神经血管单位的主要介质之一，在脑内皮细胞的条件培养液促进OPC增殖和迁移，但有研究表明内皮来源的VEGF-A可能只参与OPC的迁移，不参与增殖[23]。中枢神经系统中的ADM主要表达于神经元和脑内皮细胞。实验检测到人少突胶质细胞系中ADM的mRNA，表明ADM具有通过少突胶质细胞中的ADM受体调节少突胶质细胞功能的潜在作用[24]，ADM基因敲除可抑制原代大鼠OPC的分化[25]，进而表明ADM在OPC分化中起作用。少突胶质细胞系细胞主要通过释放特定介质如转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase 9，MMP-9)来影响内皮细胞。在体外细胞培养和体内脊髓中，少突胶质细胞表达TGF-β，其中TGF-β1在体内含量较高[26]，TGF-β可刺激内皮细胞向间充质细胞转化。通过稳定新形成的毛细血管芽促进血管生成与瘢痕修复[27]；白质损伤后，少突胶质细胞分泌血管生成因子和MMP-9，促进血管重塑。MMP-9通过与VEGF-A相互作用，调控内皮细胞的迁移、内皮通透性以及新血管的形成[28]。

4 内皮细胞与少突胶质细胞及其相互作用对SVD的影响

神经系统正常生理功能的维持、神经系统疾病的病理变化及损伤修复均涉及细胞之间复杂的相互作用过程，其中，包含神经系统的多种细胞以及维持其相互联系的多种介质。NVU内细胞整合、协调处理来自邻近细胞的信号，以对中枢神经系统产生调节BBB通透性、血管生成、清除有毒代谢物、毛细血管血流动力学反应、神经炎症和干细胞活动等多种功能反应。研究表明，内皮细胞和少突胶质细胞及其相互作用可能与SVD的发生发展有关。在SVD动物模型和病人死亡后病理组织中发现内皮细胞异常，而且观察到内皮细胞功能障碍后OPC增殖和迁移增加[29]。小鼠SVD模型实验发现老年痴呆发展的显著变化是内皮细胞功能障碍[29]。功能障碍的内皮细胞分泌热休克蛋白90α，阻止少突胶质细胞分化，导致髓鞘受损。同时在早期无症状的SVD病人中也观察到内皮和少突胶质细胞功能障碍[30]。现有证据表明，低灌注以及由此造成的内皮损伤被认为是导致白质病变发生进而影响SVD的原因之一[31]。一项涉及38个研究、4 006例病人的Meta分析发现，脑白质高信号的病人与没有横断面研究的病人相比，静息脑血流量更低，但匹配年龄和排除痴呆病人后，这种关联消失[32]，反映出阿尔茨海默病病人脑血流受损的发生较早[33]。表明内皮细胞和少突胶质细胞可能与SVD的发生发展有关，但具体机制尚未明确。

从SVD的病理角度看，BBB的损害以及白质病变均与内皮细胞和少突胶质细胞及其相互作用有关。内皮细胞通过释放BDNF、bFGF-2、VEGF-A、ADM等介质来影响少突胶质细胞，少突胶质细胞通过TGF-β、MMP-9等介质影响内皮细胞，两者的相互作用在维持神经系统内环境的稳态、维护BBB正常功能及调控脑血流量中发挥重要作用。研究表明，内皮细胞和OPC/少突胶质细胞之间存在串扰，通过Wnt/β-catenin通路介导。这种相互作用的失调可能会限制白质病变的再髓鞘化，使BBB渗漏，从而引发恶性的神经炎症循环[30]，进而影响SVD的进展。但目前证据显示，在神经炎症性疾病中，少突胶质细胞分泌的MMP-9通过调控内皮细胞，损伤BBB[34]，进而影响SVD的发生发展。由于相关研究较少，暂无证据表明内皮细胞和少突胶质细胞之间的其他介质对SVD有直接影响。

5 小结与展望

尽管内皮细胞和少突胶质细胞在SVD中起着关键作用，但两种细胞对SVD影响的研究甚少。两种细胞在生理状态时维持稳态，在功能障碍时也会通过相互作用来缓解或恶化机体功能，未来将通过观察SVD病人以及实验动物模型中细胞间相互作用涉及的“媒介”含量以及种类的改变，监测内皮细胞以及少突胶质细胞在SVD发生、发展中发挥的作用，通过人为改变媒介含量和(或)种类，或通过对介质相关基因敲除等处理，达到机体病情缓解甚至恢复的目的，为SVD的临床诊治提供理论依据。