第二节　脑微血管病变与神经退行性疾病

神经退行性疾病是大脑和脊髓的神经元凋亡所导致的状态，此类神经元细胞一般不会再生，随着时间的逐渐推移，病情的发展逐渐恶化。神经退行性疾病主要可以分为急性神经退行性疾病和慢性神经退行性疾病，其中，急性神经退行性疾病包括脑出血、脑卒中等，慢性神经退行性疾病包括血管性痴呆（vascular dementia，VD）、阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（Huntington disease，HD）和肌萎缩性侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等。

近年来，大量来自临床实践和基础研究的证据都显示脑微血管病理改变是神经退行性疾病病理过程中的重要特点之一。神经退行性疾病的诱因主要由以下几个因素组成：

（1）氧化应激：

氧化应激是自由基过度产生和/或得不到及时清除，体内氧化与抗氧化作用失衡所致，从而使机体的细胞和组织损伤。自由基是具有不成对电子的原子或基团，包括羟自由基（OH·）、超氧阴离子（O·）、一氧化氮（NO）等。近年来在神经退行性疾病，如AD、PD、ALS中均发现有神经组织的氧化损伤。

（2）线粒体功能障碍：

AD患者脑内存在mtDNA缺陷和氧化磷酸化异常。聚合酶链式反应（PCR）及印迹杂交检测发现，散发型AD患者脑组织中出现mtDNA断裂、碱基缺失及错义突变。电镜观察证实线粒体数目增加，结构异常，出现层状体和晶状包涵体。AD患者神经元线粒体功能发生障碍后，将导致神经元能量供给不足，同时释放大量活性氧（ROS），诱发氧化应激损伤，使钙调节失衡，最终触发神经元凋亡。

（3）兴奋性毒性作用：

细胞间隙中谷氨酸浓度过高时会对神经元产生毒性，导致神经元的退化、衰老及死亡。谷氨酸的这种兴奋性毒性作用与多种神经退行性疾病的发生发展都有密切联系，是导致神经退行性疾病中神经细胞死亡的重要机制之一。

（4）免疫炎症：

许多证据都表明炎症在AD发病中占有重要的地位。固有免疫系统是在种系发育和进化过程中形成的天然免疫防御功能。与机体另一种特异性免疫应答相比，它能对各种有害物质进行迅速的反应以保护机体。固有免疫系统本身的激活是一把双刃剑，有害物质（如聚集形式的Aβ）长期和不可控制的刺激使固有免疫系统启动，就会产生对大脑的损害作用。

（一）脑微血管病变与血管性痴呆

大脑的血液供应对于大脑的结构和功能的完整性至关重要，因此脑微血管的改变对认知功能也有着深远的影响。引起认知障碍的血管改变原因多样，包括影响全脑灌注情况或涉及脑微血管的改变。血管性认知障碍（vascular cognitive impairment，VCI）这一概念在1995年由Bowler等提出，特指由各类脑血管病的危险因素（如高血压、糖尿病和高脂血症等）和脑血管病引起的从轻度认知障碍到痴呆的一大类综合征，是一种获得性高级认知功能障碍综合征。VCI包括血管性痴呆（VD）、伴血管病变的阿尔茨海默病（AD）和非痴呆的血管性认知障碍（vascular cognitive impairment no dementia，VCIND）。其中VD是最严重的VCI，但临床缺乏疗效确切的治疗药物，阐明其发病机制和发现药物靶标是亟待解决的重要医学问题。

VD是老年痴呆最常见的类型之一，是由一系列脑血管病（缺血性脑卒中、出血性脑卒中和造成记忆、认知、行为障碍等脑区低灌注的脑血管病）导致的一种具有慢性、进行性和持续性的严重的认知功能障碍综合征。近年来，随着人口老龄化发展，患有VD的人群数目不断增加。我国VD的患病率为1.1%～3.0%，年发病率在5～9/1 000人，且该数目仍在不断增加。VD占所有痴呆患者的17%～20%，使其成为继AD后第二种痴呆的主要形式，并且在老年人群中普遍存在。

VD发病机制目前认为有炎症损伤、钙超载、氧化应激和硝化应激等。大脑皮质中参与认知功能的重要部位以及对缺血和缺氧较敏感的脑组织，由于高血压和小动脉硬化导致微血管病变，使其长期处于缺血性低灌注状态，该部位的神经元发生迟发性坏死，逐渐出现认知功能障碍。同时，VD还可能因为出血性病变而发生，包括脑组织外出血的硬膜下血肿和蛛网膜下腔出血，以及大脑半球内出血性血肿，对脑实质产生直接破坏和间接压迫，并阻塞了脑脊液循环通路，临床逐渐出现不同程度的痴呆表现。此外，非特异性血管炎、结核、梅毒、真菌、寄生虫、血液病、一氧化碳中毒，以及中枢神经脱鞘病等也可引发脑缺血或脑梗死，都有可能导致VD。

（二）脑微血管病变与阿尔茨海默病

阿尔茨海默病（AD）是一种最为常见的神经退行性疾病，其病理特征是细胞外淀粉样斑块中β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的积累和细胞内神经纤维缠结中Tau蛋白的高磷酸化，这也被认为是引起神经功能障碍和损伤的主要原因。近年来，流行病学和临床证据表明，AD属于一种血管疾病，它通过脑微血管异常（包括基底膜增厚、周细胞变性、内皮细胞形态学改变、脑毛细血管管腔屈曲和狭窄）引起病理损伤。临床诊断的AD患者的病理学研究表明，AD（斑块和缠结）和缺血性病变经常共存于脑内，而缺血性病变降低了患临床痴呆的阈值。在AD患病的初始阶段，静息CBF减少，对神经激活的血流动力学反应减弱。且初期AD患者BBB通透性增加，这一作用与脑脊液中可溶性PDGFR-β的增加有关。研究表明，脑血管病和AD具有相似的危险因素（高血压、糖尿病、肥胖等），提示血管因素在AD发病中起着重要作用。其中，以产生过氧亚硝酸盐为标志的氧化应激是主要的血管危险因素。

大多数关于AD神经血管功能障碍机制的研究都集中于Aβ。Aβ除了引起神经元功能障碍，也损害内皮细胞舒张外周血管的能力。利用APP小鼠（Tg 2576小鼠），证实Aβ损伤了调节脑循环的主要因素：神经血管单元偶联、内皮细胞功能和脑微血管自身调节。Aβ可降低静息CBF，促进血管收缩，从而增加缺血性脑损伤的易感性。且随着Aβ积累会导致血管氧化应激、神经血管功能障碍，并随着年龄的增长对血管舒缩功能造成不可逆转的损伤。我们在轻度微球栓塞（microsphere embolism，ME）模型中发现，Aβ积累和Tau蛋白病理所致的脑损伤是由脑微血管损伤介导的。通过记录内皮型一氧化氮合酶（endothelium nitric oxide synthase，eNOS）和过氧亚硝酸盐引起的早期脑微血管损伤、脑微血管和薄壁组织中Aβ的次生积累，以及老年大鼠脑组织中糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）的激活和过磷酸化等一系列分子事件，发现这一模型对评价脑微血管损伤性神经退行性病变的治疗药物有潜在价值。阐明血管病理生理学的潜在机制，以确定新的AD治疗靶点已成为当前研究的重点目标。此外，根据先前的理论可以了解到，活性半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）和Caspase-3介导的β-淀粉样前体蛋白（APP）切割代表了AD患者脑中的早期事件。

（三）脑微血管病变与帕金森病

帕金森病（PD）是常见的神经系统退行性疾病。经典的PD理论指出，PD突出的病理改变是纹状体内多巴胺含量显著性减少、中脑黑质（substantia nigra，SN）内多巴胺能神经元变性和死亡，以及SN残存神经元胞质内出现嗜酸性包涵体。临床数据显示，当患者出现明显PD症状时，SN内多巴胺能神经元至少已死亡50%，纹状体内多巴胺水平减少80%以上。可以明确的是，纹状体内多巴胺含量下降与PD运动症状的出现密切相关。中脑-边缘系统和中脑-皮质系统多巴胺水平的降低可导致PD患者出现智力减退和情感障碍等症状。除多巴胺能系统外，PD患者的非多巴胺能系统也存在损伤，如蓝斑的去甲肾上腺素能神经元、脑干中缝核的5-羟色胺能神经元，以及大脑皮质、脑干、脊髓、外周自主神经系统的神经元。

近年来，对于PD的研究思路得到拓宽，越来越多的人认识到，PD患者同时存在包括脑微血管病变等问题。PD影响并破坏BBB的结构与功能，脑微血管受到损伤并发生紊乱。因此，脑微血管功能也可能是PD病理机制的重要研究方向，其病理机制可能涉及环境因素与遗传因素之间的相互作用。更好地理解影响PD神经血管单位的积累过程、提供有效的药物及治疗策略已日趋迫切。

1.BBB功能紊乱诱导PD发病的分子机制

在PD患者和涉及多巴胺能神经变性的疾病动物模型中，BBB结构受到低程度的破坏，越来越多的研究证明其参与了PD进展性的病理过程。氧化应激导致蛋白质、脂质和DNA的氧化，最终使细胞死亡，被认为是导致BBB破坏从而诱导PD发病的原因之一。体外实验显示，当脑内皮细胞暴露于外源性药物后，BBB通透性增加，进而促进活性氧（ROS）的生成。而与抗氧化剂超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的预孵育可以阻止过量ROS的产生。Gaillard等人通过将内皮细胞暴露于脂多糖进一步证明ROS造成的BBB损伤。同样，通过抗氧化剂的处理可以防止损伤的发生。此外，氧化应激增加了参与降解基底膜的基质金属蛋白酶-9（MMP-9）的活性。与外周血管内皮细胞相比，由于线粒体含量增加，BBB内皮细胞可能更容易受到氧化应激的影响。另外，多巴胺可能导致氧化应激和线粒体功能障碍，同样影响BBB的完整性。因此，与BBB功能障碍有关的氧化应激和神经炎症都在PD病理中起着重要的作用，同时这可能也是BBB被破坏的病理特征之一。

2.血管生成诱导神经炎症的机制研究

有几项研究报道了在PD相关的脑区，如在基底节区检测到增强的血管生成活性。Faucheux和他的同事发现PD患者SN中的内皮细胞较正常人增多。此外，Barcia研究组观察到在非人类灵长类动物的SN中，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达增加使得退化的DA神经元周围的血管数量增加。血管生成可能会损害受PD影响的BBB完整性，进而允许外周分子和免疫细胞通过，进入脑实质而导致持续的神经炎症。为了验证神经血管网络的变化是否是PD多巴胺能神经元病变的原因，Rite等人将能够诱导BBB渗透性的VEGF注射入大鼠的SN。通过免疫球蛋白G外渗和免疫组织化学检测脑实质中的白蛋白，发现被注射的动物迅速发生了BBB渗漏。研究者们通过TUNEL（TdT-mediated dUTP nick-end labeling）组织化学法进一步揭示，BBB损伤诱导了SN内多巴胺能神经元凋亡。这一观察结果与之前的研究相一致，BBB的破坏会使血液中的分子如凝血酶（一种负责凝血的多功能丝氨酸蛋白酶）泄漏到脑实质中，产生强烈的炎症反应，对SN内多巴胺能神经元产生有毒的神经退化作用。