阿尔茨海默病血脑屏障研究进展

赵昊譞　宋军营　宫洪涛　黄洪华　傅会娟

(河南中医学院第一临床医学院，河南　郑州　450000)



阿尔茨海默病血脑屏障研究进展

赵昊譞宋军营宫洪涛黄洪华傅会娟

(河南中医学院第一临床医学院，河南郑州450000)

阿尔茨海默病；血脑屏障；β-淀粉样蛋白；内皮细胞；紧密连接

阿尔茨海默病(AD)临床表现以进行性认知障碍、人格及行为损害为主。AD主要的病理改变为β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积形成老年斑(SP)，tau蛋白过度磷酸化，神经元突触功能异常及椎体细胞丢失。研究显示90%以上的AD患者均存在血脑屏障(BBB)损伤〔1〕，Aβ损伤脑微血管内皮细胞(BMEC)而引起BBB破坏可能是AD新的特征性病理改变〔2,3〕。

1　BBB结构和功能

BBB主要由BMEC和周细胞构成，并由星形胶质细胞足突包绕于毛细血管外周，内皮细胞间的紧密连接(TJ)是构成BBB的重要部分。BBB在脑与血液之间形成一层紧密屏障，控制血液与脑组织之间的物质交换，为维持中枢神经微环境的稳定提供可靠保障〔4〕。BMEC没有窗孔结构、没有或有很少的吞饮小泡，缺少收缩蛋白，大分子物质和非电解质低分子物质很难通过，是脑血管拥有相对稳定通透性的结构基础〔5〕。其细胞内外含有丰富的酶系统，转运物质所需的受体，胞内的三磷酸腺苷(ATP)酶活性明显高于其他部位的血管内皮细胞,且线粒体含量是其他部位血管内皮细胞的5或6倍〔6〕，这些特殊的结构为物质的跨膜转运和实现屏障功能提供有力保障。

TJ是由跨膜蛋白、闭锁小带蛋白(ZO)-1及纤维骨架蛋白共同组成的具有调节作用的复杂的细胞系统,是保证BBB渗透性及完整性的重要分子结构〔7〕。闭合蛋白(Occludin)是第一个被完整分离出来的TJ膜蛋白，其他膜蛋白包括封闭蛋白(Claudin)和连接黏附分子(JAM)。大鼠在脑缺血发生2 h后，BBB通透性显著增加，Occludin和Claudin-5在脑微血管上皮细胞上呈阳性表达，Occludin和Claudin-5的mRNA和蛋白均比正常对照组显著降低〔8〕,由此可见TJ的功能状态能够影响BBB的通透性。星形胶质细胞参与包裹神经血管单元血管壁99%以上的面积，并与内皮细胞相互作用，对维持BBB的功能具有重要作用〔4〕。85%的脑毛细血管周围均有星形胶质细胞树突附着，同时星形细胞能分泌一种体液因子，促使BMEC之间的连接紧密，并减弱内皮细胞的胞饮作用〔9〕。此外，星形胶质细胞与内皮细胞关系密切。一方面，星形胶质细胞能够表达内皮细胞的转运分子，如葡萄糖转运蛋白-1；另一方面内皮细胞分泌因子如白血病抑制因子，可诱导星形胶质细胞的分化〔10〕。

周细胞包埋在基膜中，围绕在BMEC的外面，为脑微血管提供结构支持，同时周细胞能促进TJ蛋白的表达〔11〕，参与TJ的形成过程。此外，周细胞在维持BBB结构和功能完整性等方面也有重要作用〔12〕。在脑卒中缺血缺氧的条件下，周细胞从平时所在微血管的位置发生迁移，并直接或间接地影响BBB的通透性〔13〕。而BBB通透性增加，会使一些促进AD病理改变的神经毒性物质，如促炎细胞因子和脂质进入中枢神经系统〔14，15〕。BMEC与ADBBB上BMEC，既是物质出入大脑的通道，又是大脑与外界沟通的信号通道，有屏障、营养物质运输、受体介导、淋巴细胞侵入和渗透压调节等功能〔16，17〕。Aβ在脑内沉积形成SP是AD的主要病理改变，BBB在清除脑内可溶性的Aβ肽过程中起重要作用〔18〕。内皮细胞上的多种蛋白都参与Aβ的代谢过程。

P-糖蛋白是一种转出蛋白，由高度多态性的ATP结合盒转运体(ABC)B1基因编码而来。van Assema等〔19〕利用(R)-〔11C〕维拉帕米示踪剂及正电子发射断层扫描(PET)技术对32例正常人及17例AD患者体内的P-糖蛋白进行量化分析。结果表明，在AD患者体内，C1236T，G2677T/A和C3435T单核苷酸多态性可能与在BBB上P-糖蛋白的功能变化有关。因此，遗传变异在ABCB1 可能有助于Aβ在大脑沉积〔19〕。

晚期糖基化终末产物受体(RAGE)是BBB上参与Aβ转运的重要载体，它不仅能介导Aβ的神经毒性，又能通过正反馈调节机制上调自身表达，加速Aβ入脑沉积，导致AD的病理改变〔20〕。最新的研究〔21〕发现，RAGE上第三和第八β链能够与Aβ肽结合，从而使Aβ从血液循环向脑内运输。靶向定位诱变这两条肽链的氨基酸序列，能终止RAGE与Aβ的相互作用，而利用第三β链或RAGE的单克隆抗体靶向作用于RAGE-Aβ能抑制小鼠模型的Aβ跨BBB运输。低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)-1参与Aβ由脑到循环的转运清除过程〔22〕。谷氨酸是一种大脑的兴奋性神经递质，能介导神经元损伤，可能是AD的一种病理过程。钠依赖的兴奋性氨基酸转运蛋白(EAAT)1、EAAT2和EAAT3在BBB的近腔侧的表达能清除谷氨酸，从而对谷氨酸介导的神经元损伤起到一定保护作用。因此，这些受体可能代表对抗谷氨酸兴奋毒性的新的治疗靶点〔23，24〕。葡萄糖转运蛋白(GLUT)-1是葡萄糖跨越BBB，为大脑提供基本能量支持的主要载体。AD存在着葡萄糖摄取及代谢损害，而一项利用PET技术及18F-2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖(18F-FDG)的研究发现，葡萄糖在跨BBB转运时摄取减少。葡萄糖摄取的减少早于临床症状和脑萎缩，可被作为AD的早期生物标记物〔25〕。

2　周细胞与AD

周细胞是BBB的重要组成部分，对维持BBB的结构和功能的完整性有重要作用，其缺失会造成BBB的破坏〔26〕，进而加重AD的恶化。周细胞缺失小鼠模型在神经元出现损伤之前就已经存在BBB的慢性损伤。研究表明，AD患者皮质及海马区域的周细胞数量及其覆盖区域较正常对照组均有所降低〔27〕。另有研究〔28〕发现，在Aβ前体蛋白过量表达的小鼠体内，周细胞缺失能够引起Aβ40及Aβ42水平升高，并能促进血管淀粉样变和大脑β淀粉样变。一方面，周细胞缺失，在疾病进程的早期减少的可溶性Aβ的沉积和大脑内的Aβ沉积，这种不断增加的Aβ又诱导了周细胞的缺失。另一方面，周细胞缺失，打破了脑血管的完整性，并导致微血管减少，加重血管损伤。

3　TJ与AD

TJ上的ZO-1对维持TJ稳定性和BBB渗透性有重要作用〔29〕。Aβ1～42能够诱导细胞膜的渗透性增加，下调ZO-1的表达，并增加内皮细胞钙和基质金属蛋白酶(MMPs)的分泌〔30〕。MMPs是蛋白酶类中最重要的一类,是一组同源的以无活性酶原形式分泌的锌依赖性中性蛋白酶,其中MMP-2能降解脑微血管细胞外基质，包括血管基底膜的胶原，层黏连蛋白和纤维连接蛋白等，导致脑微血管渗透性增高，BBB完整性破坏〔31〕。郭晓红等〔32〕发现AD患者血清MMP-2，MMP-9水平高于正常对照组，且随病情严重程度不同而变化，重度患者血清中两种酶的水平高于轻度患者。

中和抗体抗RAGE和钙调磷酸酶(CaN)抑制剂和MMP抑制剂对Aβ1～42引起的ZO-1变化有抑制作用，提示Aβ-RAGE相互作用通过钙离子(Ca2+)-CaN途径改变TJ蛋白。利用Aβ诱导治疗RAGE表达和Aβ-RAGE相互作用触发细胞内的信号级联反应破坏TJ，从而破坏BBB的完整性。Aβ-RAGE-CaN-MMP级联反应是引起BBB破坏重要机制，同时也是AD的病理机制〔20〕。BBB除参与AD病理相关物质的转运与代谢过程中外，其自身在受到某些条件刺激后能产生相关因子介导AD的病理过程。如脑缺血可以刺激BBB出现炎性因子如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1等，这些炎性因子可以导致白细胞通过内皮细胞和BBB游走，引起TJ的分子缺失及促使血管吸附蛋白的再分布，从而引起BBB的损伤，通透性增加，使Aβ进入脑内增加，进而引起或加重AD的病理改变〔33〕。

综上，基于BBB的研究为探求AD的病理机制提供了新的方向。大量的体外药理实验为AD的临床治疗寻找新的有效的切入点提供了理论支持，进而也能够为维持BBB的结构、功能的完整性，保证脑内正常的生理活动提供新的有效的临床治疗途径。利用先进的影像学技术所进行的研究为探索AD发病机制，AD的诊断提供更为方便可靠的检验途径，也为AD的早期诊断与干预提供理论支持。

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〔2015-05-13修回〕

(编辑冯超/王一涵)

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.14.115

赵昊譞(1989-)，男，在读硕士，主要从事中医药防治脑血管病的研究。

R741

A

1005-9202(2016)14-3595-03；