阿爾茨海默病的血腦屏障研究進展

方招弟，徐武華

作者單位

510220 廣州暨南大學醫學院附屬廣州紅十字會醫院康復醫學科(神經內科二區)；廣州市紅十字會醫院臨床病態營養研究所

中樞神經系統退行性疾病如AD、帕金森病、路易體癡呆等，因多數起病較隱匿，病理生理進展緩慢，在整個疾病過程中血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）基本保持完整，因此在這類患者中關于BBB的研究極少受到關注。隨著近二十年來免疫治療在AD研究中的興起，尤其Aβ主動或被動免疫治療前后，血腦屏障內外Aβ負荷的變化成為評價治療效果的主要指標，由此AD狀態下對BBB的相關研究引起人們的關注。

1 血腦屏障的結構與生理作用

目前已知BBB主要是由腦毛細血管內皮細胞（cerebral microvascular endothelial cell，BMEC）、周細胞、星形膠質細胞血管周足和基底膜構成。其中的BMEC是血腦屏障的主要結構，也是確保BBB內外環境相對穩定的基礎。但將不同形態、性狀、大小的BMEC串聯在一起的是一種叫作緊密連接的蛋白質結構，正是緊密連接才使得BBB整體看起來形似一串封閉的、鑲嵌著細胞珍珠和偽足扇貝的“項鏈”。相比外周血管內皮細胞，腦毛細血管內皮細胞明顯缺少能直接穿透的窗孔結構和吞飲小泡，但富含膜受體和胞內線粒體，因此多數大分子物質和非電解質低分子物質的跨膜轉運都是受體識別的、ATP依賴的主動轉運[1-3]。正是這種高選擇性和高耗能的轉運方式，才確保了大腦始終處于一個相對穩定的半封閉狀態。

周細胞分布于腦毛細血管內皮細胞外，其胞體及突起并不與基底膜直接接觸，但在缺少基底膜的區域，周細胞的突起與腦相互嵌合，形成類似插座樣的組合，因此僅小部分周細胞參與了BBB的構成。此外，周細胞還在清除腦內代謝產物、調控局部血流等方面發揮著不可或缺的生理作用[4-5]。星型膠質細胞的血管周足主要環繞在腦毛細血管內皮細胞外，將腦毛細血管約85%的表面包繞起來，構成了腦毛細血管的多層膜性結構，因此，星型膠質細胞是耦合血管與神經之間的最后屏障[6]。

緊密連接是一層由多種蛋白質組成的線性網狀結構，主要包括胞質附著蛋白（zonula occludens protein-1，ZQ-1）、跨膜蛋白及細胞骨架蛋白。其中，ZQ-1是連接跨膜蛋白與細胞骨架蛋白的橋梁。目前研究較多的跨膜蛋白有構成緊密連接初級封口的閉鎖蛋白（claudin）、調節緊密連接通透性的咬合蛋白（occludin）和一些胞質黏附分子。不同家族或亞型的閉鎖蛋白和咬合蛋白動態穿插組合所構成的網格是決定緊密連接通透性的“閥門”，此閥門的開與關取決于腦內的微環境[7-8]。緊密連接在維持BBB完整性的同時，也限制離子在血液和腦組織之間自由擴散，防止有害物質進入腦組織。

2 阿爾茨海默病狀態下血腦屏障的變化

AD典型的臨床特征是隱襲起病、緩慢進展及全面性認知功能障礙。AD經典的病理改變是以Aβ沉積為核心的老年斑和以神經微管蛋白（Tau）過度磷酸化為特征的神經纖維纏結形成。迄今為止，AD的病因和發病機制依然未明，由于Aβ瀑布學說長期占據著詮釋AD病理機制的主流地位，一直以來，漫長的AD病理過程被認為是僅發生于BBB腦側的局灶性事件，隨著炎癥假說和血管機制學說的興起，這一傳統認識才開始受到越來越多的質疑[9]。

2.1 血腦屏障的結構學變化 對腦淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）患者的研究發現，腦內神經炎癥反應（包括小膠質細胞和星形膠質細胞激活）主要發生在Aβ沉積的毛細血管周圍，這種與Aβ沉積有關的炎癥反應在AD發病過程中起著重要作用，可能導致了患者的認知功能下降；對這類患者大腦組織的免疫組化染色發現，在Aβ沉積的毛細血管周圍神經炎癥反應嚴重，神經元損傷嚴重，而此處BBB緊密連接處的緊密連接蛋白（claudin-5、occludin及ZQ-1）數量減少了30%～40%，同時膠質細胞聚集并呈激活狀態，纖維蛋白原泄漏至腦實質內，這些變化與CAA患者毛細血管病理嚴重程度有關[10]。

定量免疫熒光研究證實，相比無神經病變的對照組大腦，AD患者大腦海馬及皮層區域的周細胞數量和覆蓋率均顯著降低，同時血源性IgG和纖維蛋白漏到血管外并在腦內沉積，這些發現不僅是AD狀態下BBB結構改變的直接證據，也提示作為神經-血管單元主要組成部分的BBB在AD發病機制中扮演著重要角色[11]。但是，并非所有研究都觀察到AD狀態下BBB的顯著結構性改變，有的研究采用類似的研究方法，但并未檢測到AD狀態下有更高的血清蛋白血管外滲漏現象[12-13]。究其原因，大部分研究選擇了終末期AD患者，有可能受到全身和腦內其他疾病等多因素的干擾。因此，為了進一步探究神經-血管單元在AD全程中的作用，有必要開展AD早期在體或動物模型的腦組織病理研究。

2.2 血腦屏障的生物學標志物變化 腦脊液白蛋白/人血白蛋白比值（cerebrospinal fluid/serum albumin ratio，c/sAR）是目前評估BBB完整性的常用生物學標志物之一。一項大樣本、多中心、幾乎涵蓋所有癡呆亞型的橫斷面研究探討了c/sAR變化，研究對象包括AD[早發型AD（early onset AD，EAD）、晚發型AD（late onset AD，LAD）、血管性癡呆（vascular dementia，VaD）、血管性癡呆與AD的混合型（mixed AD and VaD，MIX）]，路易體癡呆（Lewy body dementia，DLB），額顳葉癡呆（frontotemporal dementia，FTD），帕金森病癡呆（Parkinson's disease dementia，PDD），其他癡呆及未做詳細說明的癡呆（dementia not otherwise specified，NOS），結果發現DLB組、LAD組、VaD組、MIX組、其他癡呆組和NOS組的c/sAR顯著高于正常對照組，且晚發型AD組的c/sAR高于早發型AD組；但只有LAD組、VaD組、MIX組、其他癡呆組的c/sAR增高與神經元纖維素（neurofilament light，NFL）呈正相關，而與AD腦脊液生物學標志物無關，這些結果提示，BBB受損并非AD專屬，可能是伴隨腦血管病變進展的一種病理變化[14]。

2.3 血腦屏障的分子神經影像學變化 隨著分子影像和功能影像學技術的發展，BBB的活體研究成為可能。動態增強MRI灌注成像技術可及時、準確地反映檢測區內動脈血流的變化而成為活體觀察BBB通透性的客觀指標。通過該成像技術測量并描繪出MCI患者和正常人腦灌注參數（Ktrans值）圖，結果顯示，海馬及齒狀回區域的Ktrans值呈現出一種與年齡相關的線性增長趨勢，而MCI加劇了這一增長趨勢[15]。

磷酸-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）是高度表達于BBB血管內皮細胞的一種糖蛋白，負責Aβ轉運，Dani?lle ME van Assema等[16]應用（R）-[11C]維拉帕米和定量PET成像，比較與AD患者相比年齡匹配的健康人BBB的P-gp功能變化。研究者對13例輕-中度AD患者和14例正常人進行了定量PET研究，首次活體觀察到AD患者相比健康人，其BBB的P-gp功能顯著下降，提示其可能參與了AD的發病進程。由于無法確定AD狀態下的P-gp功能下降是發生在Aβ沉積之前還是之后，同時P-gp的生理功能尚未被完全闡釋，因此，還不能斷言BBB損害是AD的病因之一[17-18]。但研究提示，P-gp有望成為探索AD疾病狀態下BBB功能的一個全新標志物以及干預AD病理進程的一個潛在靶點[16，19]。

3 血腦屏障與β淀粉樣蛋白的轉運

人們普遍認為Aβ代謝異常是AD發病機制的核心，雖然近年來關于Aβ疫苗的研究近乎全軍覆沒，但Aβ瀑布學說的主流地位并未改變[20]。在該學說中，Aβ代謝異常處于AD所有病理改變的最上游，關于Aβ主動或被動免疫等很多治療研究都是圍繞Aβ在BBB兩側間的轉運，加速清除腦內Aβ展開的。Aβ來源于其前體物質——淀粉樣前體蛋白，該前體蛋白是一種跨膜蛋白，在體內廣泛存在，在腦組織表達最高。前體蛋白被β和γ分泌酶裂解為具有40、42或43個氨基酸的Aβ分子。Aβ分子具有自發聚合的能力，它能夠在細胞外聚集成寡聚體、纖維和斑塊等淀粉樣沉積物。正常狀態下，腦內過多的Aβ分子經由BBB轉運出腦外，經由BBB的動態轉運保持腦內不致發生Aβ沉積。在AD狀態下，Aβ分子的產生遠超出BBB的清除能力，導致腦內Aβ沉積[21]。

已知位于BBB血管內皮細胞上的低密度脂蛋白受體相關-1（low-density lipoprotein receptor-related protein-1，LRP-1）蛋白在Aβ轉運過程中扮演著十分重要的角色。在轉基因模型小鼠，選擇性腦BMEC上LRP-1缺失可導致腦內可溶性Aβ增加和血漿Aβ水平降低，同時導致模型小鼠空間學習及記憶障礙加重[22]。在向小鼠腦內注射Aβ40后，能觀察到LRP-1介導的Aβ40跨BBB向腦外轉運的增加和老齡鼠LRP-1蛋白基因表達的下調[23]。

在AD發病過程中，Aβ是如何從細胞內轉運至胞外的？學者們應用體外實驗證實了胞內Aβ的轉運是ATP依賴和P-gp依賴性的，結合ATP的P-gp組成主動轉運泵，將Aβ從胞內轉運至胞外，當應用藥物阻滯P-gp時，可導致Aβ轉運至胞外的水平下降[24]。體外細胞模型研究也證實了腦毛細血管內或周圍的Aβ沉積，可能是通過影響P-gp的表達而加重AD疾病進程的，P-gp的表達下降或活性缺失可作為進展中CAA的一個選擇性生物標志物[25]。

而Aβ由血管轉入腦組織的過程主要是通過晚期糖基化終末產物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）介導的主動轉運完成的。尸檢發現，AD患者血管內皮細胞RAGE受體表達明顯上調[26]。而阻斷Aβ與RAGE受體的結合，可以顯著減少AD模型小鼠腦內的Aβ斑塊[27]。上述研究不僅豐富了對Aβ在細胞內外和BBB兩側轉運的認識，也為未來對AD的干預提供了潛在的靶點。

綜上所述，BBB在AD發病機制中起著舉足輕重的作用，但由于缺乏較為直觀的觀察手段且干擾因素較多，目前對于BBB方面的研究仍存在較多爭議。目前達成共識的觀點是：Aβ通過BBB在腦-外周血之間、細胞內-細胞外之間的轉運扮演著重要的角色。根據現有研究發現，以下相關靶點有望成為未來AD防治的手段：一是通過P-gp阻斷劑，減少神經細胞內Aβ泵出到細胞外，從而在Aβ瀑布機制中的上游阻斷疾病進程；二是通過LRP-1受體激動劑，或者抑制RAGE受體活性，促進Aβ經由BBB從腦內側向腦外的轉運，減輕腦內Aβ負荷，阻止Aβ沉積所致的一系列病理發生。這些潛在靶點的核心機制還是圍繞著Aβ瀑布學說，在當前Aβ疫苗研究相繼宣告失敗的背景下，其可行性和安全性尚難以預測，但因規避了Aβ免疫治療難以逾越的短效性和T-淋巴細胞誘導的自身免疫攻擊，因此仍值得期待[28-29]。

【點睛】AD患者BBB異常機制及候選生物學標志物近年來漸受重視，在匯總相關研究進展基礎上，該綜述提出與BBB相關的未來防治AD的潛在干預靶點。