ICAM-1與腦小血管病關(guān)系的研究

哈拉木江·賽力克 孔祥鋒

1)新疆醫(yī)科大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830011 2)新疆醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，新疆 烏魯木齊 830011

隨著人口老齡化的到來(lái)，腦血管疾病的發(fā)病率也在不斷增加，這也帶來(lái)了沉重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。其中對(duì)腦小血管病 (cerebral small vessel disease，CSVD)帶來(lái)的遠(yuǎn)期危害性也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。腦小血管病臨床上多以神經(jīng)影像學(xué)表現(xiàn)為參考指標(biāo)，可分為腔隙性梗死(lacunar infarction，LI)、腦白質(zhì)疏松(white matter Leukoaraiosis，WML)、腦微出血(cerebral microbleed，CMB)、血管周圍間隙擴(kuò)大(enlarged perivascular spaces，EPVS)和腦萎縮(cerebral atrophy)[1]。

流行病學(xué)顯示，CSVD占全部缺血性腦卒中的25%～30%[1]，而在中國(guó)高達(dá)46%[2]。研究表明，老年人無(wú)癥狀LI的檢出率極高，65～69歲的為38%，85歲以上人群為75%[3]。國(guó)外一項(xiàng)人群調(diào)查顯示，80歲以上老年人群WML檢出率高達(dá)94%[4]；另一項(xiàng)資料顯示，CMB在≥80歲人群中檢出率高達(dá)36%[5]。CSVD的主要臨床表現(xiàn)是認(rèn)知功能下降、精神和情緒異常、步態(tài)障礙和尿失禁等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)腦小血管疾病的研究多提示，細(xì)胞間黏附因子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)在腦小血管病的發(fā)生及發(fā)展中起到不可小覷的作用。ICAM-1可以參與白細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附和聚集，對(duì)血管內(nèi)皮造成損傷并加速血管病變。本文就ICAM-1在腦小血管病的發(fā)病機(jī)制中的可能作用做一綜述。

1 ICAM-1的生理功能

細(xì)胞間黏附分子是一種由細(xì)胞產(chǎn)生并能夠介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)接觸并結(jié)合的蛋白質(zhì)分子。ICAM-1是一種單鏈跨膜糖蛋白，分子量為76～115 kD，其主要功能是介導(dǎo)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的緊密貼附。它與內(nèi)皮細(xì)胞表面的淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原-1相互作用，以誘導(dǎo)白細(xì)胞黏附和遷移到內(nèi)皮內(nèi)。人體中淋巴結(jié)、胸腺、腸道、皮膚、腎臟、肝臟、心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等均能表達(dá)ICAM-1。正常情況下，其在血管內(nèi)皮細(xì)胞、外周血白細(xì)胞以及其他非造血細(xì)胞、淋巴細(xì)胞中均有低水平表達(dá)，但在一些炎性介質(zhì)的刺激下，表達(dá)明顯升高[6]。多項(xiàng)[7-13]研究顯示ICAM-1水平升高與CSVD有關(guān)。

2 ICAM-1與腦小血管病的關(guān)系

早在1996年LINDSBERG等[14]的研究提示，ICAM-1是腦小血管病患者內(nèi)皮損傷激活的標(biāo)記物，與腦小血管內(nèi)皮功能紊亂密切相關(guān)，但具體機(jī)制不明確。后來(lái)VIDEM等[15]的試驗(yàn)結(jié)果也提示ICAM-1與腦小血管破壞及血腦屏障破壞關(guān)系密切。TCHALLA等[16]的研究提示ICAM-1與顱內(nèi)血管內(nèi)皮功能損傷密切相關(guān)，可能參與了腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的損傷過(guò)程。國(guó)內(nèi)學(xué)者劉向遠(yuǎn)等[17]也發(fā)現(xiàn)腔隙性腦卒中患者的血漿ICAM-1水平顯著高于健康對(duì)照組，進(jìn)一步結(jié)合影像學(xué)比較發(fā)現(xiàn)，腔隙性腦卒中患者腦白質(zhì)疏松程度越嚴(yán)重，血漿ICAM-1水平越高。國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究均提示ICAM-1可能是腦小血管病的危險(xiǎn)因素，但具體機(jī)制尚不清楚。

3 腦小血管病目前研究可能發(fā)病機(jī)制及與ICAM-1的關(guān)系

目前對(duì)腦小血管病的機(jī)制從多個(gè)方面進(jìn)行了研究，但其發(fā)病機(jī)制尚不能明確，甚至不同研究者研究結(jié)果間存有較大分歧。這些有關(guān)腦小血管病機(jī)制的眾多推測(cè)中，血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的受損、血管內(nèi)皮的功能障礙、低灌注所致的腦缺血損傷以及遺傳因素在腦小血管病發(fā)病中的作用被反復(fù)提到，且這些機(jī)制并非獨(dú)立存在，可能有共同的誘發(fā)因素，而且會(huì)相互影響、相互作用，共同導(dǎo)致CSVD的發(fā)生。而國(guó)內(nèi)外大量研究提示ICAM-1可能有參與這些多種機(jī)制中，從而發(fā)揮作用。

3．1 ICAM-1與血腦屏障的關(guān)系 BBB是腦微循環(huán)的重要組成部分，是由血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成[18]。BBB通透性的變化直接導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性的改變。每個(gè)神經(jīng)元都有相應(yīng)的毛細(xì)血管，當(dāng)BBB受損時(shí)，血管中炎性細(xì)胞和與炎癥相關(guān)的蛋白分子會(huì)穿透受損的BBB，從而侵害神經(jīng)元細(xì)胞及其周圍的膠質(zhì)細(xì)胞。

退行性改變的小血管的閉塞通常見(jiàn)于與血栓性或栓塞性腦卒中相關(guān)的腦大血管病變，這可能是腔隙性梗死的合理解釋。但這些閉塞是CSVD患者腦部尸檢中相當(dāng)罕見(jiàn)的事件，反而其所有組織病理學(xué)特征似乎都是由BBB的破壞引起的，導(dǎo)致血管壁脆性增加與BBB的破壞有關(guān)[19]，所以BBB的破壞可能是腦微血管病的一個(gè)更重要的原因。

SCHREIBER等[20]對(duì)CSVD動(dòng)物模型大鼠進(jìn)行縱向研究發(fā)現(xiàn)，在早期階段BBB就發(fā)生了微損傷，繼而出現(xiàn)多處內(nèi)皮細(xì)胞損傷及管周血漿成分的外滲點(diǎn)。病理學(xué)提示腦組織出現(xiàn)微出血及腔隙性腦梗死等病變的部位與BBB的損傷分布一致，說(shuō)明多處的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷及血管周圍血漿成分的滲出可能是CSVD的起點(diǎn)。FARRALL等[21]在CSVD模型中發(fā)現(xiàn)BBB的破壞，也有研究[22]提示BBB改變可能導(dǎo)致CSVD。正常腦組織中BBB嚴(yán)格調(diào)控腦內(nèi)的微環(huán)境，使腦脊液中的組成細(xì)胞及電解質(zhì)屬于平衡狀態(tài)。腦缺血損害患者腦脊液白蛋白數(shù)量明顯增加[23]，而腦脊液白蛋白升高是BBB受損的一個(gè)標(biāo)記，提示血液及腦組織中白蛋白通過(guò)受損的BBB滲漏到腦脊液中。UENO等[24]對(duì)通過(guò)雙側(cè)頸動(dòng)脈狹窄制備的大鼠WML模型的研究提示，缺血及低灌注腦組織中可出現(xiàn)明顯的BBB破壞。對(duì)腦小血管病的病理學(xué)研究還發(fā)現(xiàn)，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞激活和其引起的BBB破壞是腦小血管病的主要特征[25]。

BBB破壞假說(shuō)[20]認(rèn)為，當(dāng)血腦屏障通透性升高時(shí)，血液內(nèi)本來(lái)不能透過(guò)BBB的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、炎癥因子及紅細(xì)胞等物質(zhì)能夠滲透入血管壁和血管周圍間隙以及腦組織中，造成其功能損害，導(dǎo)致血管壁增厚，血管管腔變窄及血管周圍被滲出液包圍，進(jìn)一步導(dǎo)致LI和腦白質(zhì)疏松及沿小血管走行擴(kuò)張的血管周圍間隙增寬，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)血管壁破裂，發(fā)生CMB病變；同時(shí)也可以引起周圍腦組織繼發(fā)性水腫壞死以及正常的BBB在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中保持獨(dú)特的微環(huán)境。

在神經(jīng)退行性疾病中，腦內(nèi)血管周圍細(xì)胞和腦內(nèi)微血管的內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生多種炎癥因子，影響B(tài)BB通透性和黏附分子的表達(dá)。事實(shí)上，細(xì)胞因子可以刺激腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞上的幾種黏附分子的表達(dá)。在這些黏附分子中，ICAM-1與其白細(xì)胞配體結(jié)合，允許活化的白細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。白細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的募集涉及與血管內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用。血流中快速移動(dòng)的白細(xì)胞在選擇素誘導(dǎo)并支持下在活化的內(nèi)皮上滾動(dòng)。趨化因子、脂質(zhì)介質(zhì)和存在于內(nèi)皮表面的其他促炎分子激活整聯(lián)蛋白并使細(xì)胞牢固黏附。黏附后白細(xì)胞可以穿過(guò)內(nèi)皮遷移并進(jìn)入腦組織。ICAM-1與內(nèi)皮細(xì)胞表面的LFA-1相互作用后促使白細(xì)胞黏附、遷移到內(nèi)皮內(nèi)[26]。此外，REISS等[27]的研究也提示，ICAM-1和ICAM-2對(duì)T細(xì)胞的跨內(nèi)皮遷移至關(guān)重要。PRYCE等[28]用大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞分析T細(xì)胞如何穿透BBB。LFA-1或ICAM-1的抗體阻斷抑制T細(xì)胞系遷移至未受刺激的內(nèi)皮中的對(duì)照值的不到10%，且對(duì)IL-1h活化的內(nèi)皮的效力較低。在阻斷LFA-1或ICAM-1后，還觀察到外周淋巴結(jié)淋巴細(xì)胞在這種IL-1β活化的內(nèi)皮細(xì)胞中的遷移減少。使用單層人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的研究也突出了ICAM-1在T淋巴細(xì)胞穿過(guò)腦內(nèi)皮屏障的黏附和遷移中的作用。ICAM-1的單克隆抗體顯著抑制淋巴細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)合以及跨活化單層的遷移[29]。

健康狀態(tài)下很少有白細(xì)胞穿透BBB，但在病理性中樞神經(jīng)系統(tǒng)條件下，屏障變得復(fù)雜，不僅是白細(xì)胞，T淋巴細(xì)胞對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的強(qiáng)烈浸潤(rùn)也是疾病發(fā)作和進(jìn)展的基礎(chǔ)，如實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)被認(rèn)為是多發(fā)性硬化的動(dòng)物模型[30]。在EAE和多發(fā)性硬化癥中，BBB被破壞后其對(duì)許多物質(zhì)更具滲透性[31]。白細(xì)胞介導(dǎo)的血腦屏障破壞，然后募集到中樞神經(jīng)系統(tǒng)確實(shí)是幾種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的過(guò)程特征[32]。多發(fā)性硬化衍生的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)比相同正常細(xì)胞更高水平的ICAM-1[33]。來(lái)自多發(fā)性硬化患者的循環(huán)白細(xì)胞表達(dá)比正常白細(xì)胞更高水平的LFA-1。因此，腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞上ICAM-1表達(dá)的增加與穿過(guò)BBB的白細(xì)胞的黏附和外滲相關(guān)[34]。總之，ICAM-1的作用是白細(xì)胞與腦內(nèi)皮細(xì)胞的牢固結(jié)合和遷移中的核心[35]。ICAM-1和腦血管內(nèi)皮細(xì)胞參與促進(jìn)T淋巴細(xì)胞通過(guò)BBB的緊密連接(TJ)遷移。關(guān)于通過(guò)BBB的淋巴細(xì)胞遷移的研究表明，ICAM-1在大鼠腦內(nèi)皮上的交聯(lián)導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的磷酸化[36]，同時(shí)也參與小GTP結(jié)合蛋白R(shí)ho的激活以及內(nèi)皮肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的重組以形成應(yīng)力纖維[37]。通過(guò)ICAM-1的信號(hào)傳導(dǎo)(通過(guò)偶聯(lián)Rho活化和細(xì)胞骨架蛋白和轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化)被證明是細(xì)胞通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞遷移所必需的[38-39]。故BBB障礙是對(duì)CSVD的發(fā)生是有責(zé)任的，而ICAM-1逃脫不了參與BBB被破壞的過(guò)程。

3．2 ICAM-1與內(nèi)皮功能障礙的關(guān)系 血管內(nèi)皮細(xì)胞是覆蓋于血管內(nèi)表面的單層細(xì)胞，是管壁之間功能和結(jié)構(gòu)的壁壘，在控制血管功能方面起著許多重要作用，血管內(nèi)皮功能障礙可引起多種疾病。血管內(nèi)皮細(xì)胞能調(diào)節(jié)血流、控制血漿成分的通透性、影響血小板和細(xì)胞因子的黏附和聚集。在腦血管中健康的血管內(nèi)皮在調(diào)節(jié)血管作用的穩(wěn)定性方面扮演重要的角色[40]。腦血管的內(nèi)皮細(xì)胞與周圍內(nèi)皮細(xì)胞不同，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)中存在更多的線粒體，結(jié)構(gòu)上存在緊密連接，沒(méi)有細(xì)胞開(kāi)窗，且細(xì)胞胞飲作用很低，細(xì)胞中有許多降解酶[41]。

腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞是BBB的內(nèi)層，參與許多生理和病理生理過(guò)程，如從血液到大腦的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸，大腦中關(guān)鍵毒素的輸出，循環(huán)白細(xì)胞的遷移和形成新血管[42]。腦血管內(nèi)皮功能障礙可導(dǎo)致?lián)p害腦自動(dòng)調(diào)節(jié)的破壞，誘導(dǎo)促血栓形成改變，被認(rèn)為在許多病理狀況(包括癡呆)中是重要的。KIMURA等[43]的研究中CSVD組患者血清抗內(nèi)皮細(xì)胞抗體水平顯著高于健康對(duì)照組，提示內(nèi)皮細(xì)胞的損傷可能也是導(dǎo)致CSVD的機(jī)制之一。腦小血管疾病相關(guān)的眾多研究目前廣泛應(yīng)用、探索并有望進(jìn)一步闡明其分子通路功能及作用，是血和腦脊液的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物。ICAM-1是血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的生物學(xué)標(biāo)志物之一。ROUHL等[44]的研究表明，血清可溶性ICAM-1及CRP和新蝶呤濃度升高與CSVD相關(guān)，提示ICAM-1及炎癥反應(yīng)的過(guò)程可能參與了CSVD的發(fā)病機(jī)制。也有研究提示[45]，正常的腦血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)于腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能和BBB正常功能的維持起著不可小覷的作用，血管內(nèi)皮細(xì)胞功能損害可能是CSVD發(fā)病的重要因素之一。

因基因因素引起的內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞上黏附分子的高表達(dá)或被缺血、炎癥等誘導(dǎo)的細(xì)胞因子刺激內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞上黏附分子的表達(dá)升高，導(dǎo)致白細(xì)胞異常多的黏附和透過(guò)外膜進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)[46-47]。ICAM-1表達(dá)升高可能與MRI上WML的進(jìn)展有關(guān)，一項(xiàng)前瞻性研究支持內(nèi)皮細(xì)胞激活在CSVD發(fā)病機(jī)制中的作用[48]。近期ZHANG等[49]的研究也顯示，血管內(nèi)皮細(xì)胞功能損害在慢性腦低灌注后的ICAM-1和VCAM-1的過(guò)度表達(dá)和神經(jīng)元周圍膠質(zhì)細(xì)胞的活化引起的腦白質(zhì)疏松病變中起重要作用。

血管內(nèi)皮細(xì)胞受損后會(huì)表達(dá)多種細(xì)胞因子，誘導(dǎo)單核細(xì)胞等從血管內(nèi)遷移至受損部位，從而引起炎癥反應(yīng)。在老年認(rèn)知損害患者中進(jìn)行的研究顯示[50]，白質(zhì)受損以表達(dá)低氧相關(guān)分子和ICAM-1等內(nèi)皮標(biāo)記物為特征，這也支持內(nèi)皮功能障礙是白質(zhì)受損的機(jī)制之一。

3．3 ICAM-1與腦低灌注的關(guān)系 目前腦慢性低灌注理論認(rèn)為腦慢性低灌注在CSVD的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用[51]。這可能與腦微小血管的結(jié)構(gòu)改變和腦深部穿支動(dòng)脈的損傷所導(dǎo)致的腦血流灌注的降低及腦低灌注引起的神經(jīng)元和神經(jīng)元周圍的膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡有關(guān)。BAKER等[52]采用單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)觀察CSVD患者腦組織血流量的研究發(fā)現(xiàn)，CSVD患者額葉、顳葉等區(qū)域灌注較正常人降低，表明CSVD患者可能存在廣泛的腦低灌注。以上結(jié)果也間接支持了慢性腦缺血也可能是CSVD的一個(gè)重要發(fā)病機(jī)制的理論。有研究顯示，在腦缺血及慢性低灌注時(shí)sICAM-1處于高表達(dá)狀態(tài)，最終引起CSVD。HUANG等[49]的研究中，假設(shè)ICAM-1和VCAM-1參與了慢性腦灌注不足后的內(nèi)皮功能障礙和隨后的WML病變，用接受雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎術(shù)的大鼠做腦組織廣泛低灌注動(dòng)物模型，將其分成硫辛酸組和鹽水(載體)組，在灌注不足后1、3、7、14和28 d基線分析ICAM-1、VCAM-1，結(jié)果表明，在慢性腦低灌注后ICAM-1和VCAM-1過(guò)度表達(dá)。

4 ICAM-1的基因多態(tài)性與腦小血管病的關(guān)系

國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究提示ICAM-1的基因多態(tài)性可能與疾病有關(guān)。目前已發(fā)現(xiàn)的與疾病有關(guān)的多態(tài)位點(diǎn)有5個(gè)，其中K469E、G241R這兩個(gè)位點(diǎn)被研究的較多。ICAM-1的基因多態(tài)性可能通過(guò)其基因產(chǎn)物所表達(dá)的活性及功能的變化影響ICAM-1在人機(jī)體上的差異性。

國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究提示，ICAM-I基因多態(tài)性與許多心腦血管疾病的發(fā)病有關(guān)。POLA等[53]對(duì)ICAM-1基因多態(tài)性進(jìn)行了一系列的相關(guān)性研究，對(duì)ICAM-1基因K469E位點(diǎn)基因多態(tài)性與缺血性腦血管病的相關(guān)性研究結(jié)果提示，ICAM-1的K469E基因位點(diǎn)EE基因型可能是缺血性腦血管病的一種危險(xiǎn)因素。國(guó)內(nèi)也有研究[54]發(fā)現(xiàn)，WML組KK基因型和K等位基因頻率均明顯高于對(duì)照組(50.4% vs 25.3%，73.1% vs 52%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。多元回歸分析提示，ICAM-1 KK型與WML的發(fā)生相關(guān)(OR=2.987，P=0.000 1)。ICAM-l基因KK基因型與WML的發(fā)生具有相關(guān)性，提示ICAM-l基因K469E多態(tài)性可能是中國(guó)人WML發(fā)病的遺傳危險(xiǎn)因素，以上研究均提示ICAM-1基因多態(tài)性與缺血性腦卒中有關(guān)，但缺血性腦卒中為易致病，主要與大動(dòng)脈粥樣硬化型病變和小動(dòng)脈病變有關(guān)，ICAM-1基因多態(tài)性與缺血性腦卒中病因分型之間的關(guān)系仍需探討。

5 小結(jié)

CSVD的具體發(fā)病機(jī)制尚不明確。CSVD可能是多種誘發(fā)因素的共同結(jié)果[55-64]，ICAM-1可能在CSVD的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，且ICAM-1基因的多態(tài)性可能與CSVD的發(fā)生有相關(guān)性。