CD146 在血腦屏障中的作用及其機制研究進展

王大吉 段紅霞 聶國輝 閻錫蘊 郝洪軍

細胞黏附分子CD146 亦稱為MUC18、MCAM、Mel?CAM、S?Endo?1 等，最早于1989 年由德國科學家Johnson 在黑色素瘤細胞中發現，被認為是黑色素瘤標志物［1］。后續研究發現CD146 可能是一種廣譜腫瘤抗原，既表達于血管肉瘤、平滑肌肉瘤、胎盤滋養層細胞瘤和絨毛膜癌等腫瘤細胞［2?3］，亦表達于正常 組 織，主 要為 血 管內 皮 細 胞 和 平 滑肌 細 胞［4?6］。2003 年，中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室率先發現CD146 在腫瘤血管內皮細胞呈高表達，并證實其為腫瘤血管內皮細胞標志物，CD146 抗體AA98 靶向CD146 可阻止腫瘤血管生成，進而抑制腫瘤生長［7］。這一發現打開了CD146 作為靶標分子用于腫瘤治療的新窗口，隨后該實驗室又在CD146 介導的血管生成機制研究中取得重大進展，首次發現CD146 作為血管內皮生長因子受體2（VEGFR2）的共受體，可以介導血管內皮細胞的促血管生成信號，從而填補了CD146 在血管生成機制上的空白［8］。CD146 作為血管內皮細胞標志物，不僅介導腫瘤血管新生，且越來越多的證據表明其在急性和慢性炎癥反應過程中亦直接參與炎癥的發生［9?10］。早期研究顯示，在類風濕關節炎患者的增生滑膜新生血管中，CD146 呈高表達［11］；在克羅恩病、慢性腎病、血管炎等慢性炎癥中，CD146 在病變組織血管內皮細胞中同樣呈現高表達［12?16］。上 述 研究 提 示，CD146 對 外 周血 管 穩態 具有重要調控作用。此外，CD146 還可介導血腦屏障的發育和病理性損傷，廣泛參與腦組織炎癥反應，因此，CD146 也可能具有調控中樞神經血管系統穩態的作用，了解CD146 在血腦屏障發育和相關中樞神經系統疾病中的作用，將有助于探尋CD146 在多種與血腦屏障損害相關性顱內疾病中的潛在價值。

一、CD146 可促進血腦屏障發育

血腦屏障是一種多細胞構成的血管結構，其主要組成成分為血腦屏障內皮細胞、毛細血管基底膜、星形膠質細胞和周細胞［17?18］。血腦屏障將中樞神經系統與外周循環系統分隔開，通過嚴格控制分子和離子的轉入與轉出，及時輸送營養和氧氣，保護腦組織免受毒素和病原體的侵害，為神經元的正常工作提供絕對穩定的內環境［19］。血腦屏障內皮細胞是構成血腦屏障的主要成分，不同于外周血管內皮細胞，該細胞無開孔、表達更高水平的緊密連接蛋白和稀疏的胞飲性囊泡運輸［20?21］，可限制親水分子的通過，但小的親脂性分子如氧氣和二氧化碳可順濃度梯度自由擴散［22］，包括葡萄糖和氨基酸在內的營養物質也可通過轉運體進入腦組織，而胰島素、瘦素和轉鐵蛋白等大分子物質則通過受體介導的內吞作用進入腦組織［23?24］。此外，血腦屏障內皮細胞還具有一定的免疫監視功能，生理條件下其細胞表面的白細胞黏附分子（LAM）水平較低，可阻斷免疫細胞向中樞神經系統浸潤［25?26］。因此，血腦屏障在中樞神經系統與外周循環系統之間建立起一道天然屏障，對維持中樞神經系統穩態至關重要。在血腦屏障發育早期，其內皮細胞首先形成腦血管，隨后招募周細胞等形成完整的血腦屏障［27］，因此，在血腦屏障的發育過程中腦內皮細胞與周細胞的相互作用對其發育成熟至關重要，但二者之間相互作用的分子機制目前尚未闡明。

2017 年，中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室在小鼠腦組織中觀察到在血腦屏障發育初始和成熟階段CD146 在其內皮細胞上的動態變化：CD146 在無周細胞附著的未成熟血管內皮細胞中呈高表達，隨著周細胞在血管內皮細胞上覆蓋率的增加，CD146 僅表達于周細胞，而在血管內皮細胞上的表達缺失，由此可見，CD146 可以協調血腦屏障內皮細胞與周細胞的相互作用，并在時間和空間上調控血腦屏障的發育［28］。在該實驗室構建的血管內皮細胞CD146 特異性敲除小鼠模型上可見因CD146 缺失導致的腦內皮細胞血腦屏障內皮細胞緊密連接蛋白Claudin?5 表達下調，血腦屏障結構損傷；而該實驗室構建的周細胞CD146 特異性敲除小鼠模型則顯示周細胞覆蓋率顯著減少，血腦屏障通透性增加［28］。此外，該項研究還發現，覆蓋于血腦屏障內皮細胞的周細胞可分泌大量轉化生長因子?β1（TGF?β1）以下調內皮細胞CD146 的表達，進一步促進血腦屏障的發育成熟［28］。該實驗室的另一項研究顯示，周細胞CD146 可發生二聚化，與血小板源性生長因子受體β（PDGFRβ）結合而使PDGFβ誘導的PDGFRβ磷酸化；隨后，CD146?ERM（Ezrin?Radixin?Moesin）?細胞骨架復合物發揮支架作用，分散PDGFRβ下游信號級聯反應，促進周細胞募集和血腦屏障完整性，從而揭示了血腦屏障中周細胞胞內信號傳導機制［29］?？傊?，CD146 在血腦屏障發育初始和成熟階段的動態變化具有協調血腦屏障內皮細胞與周細胞之間分子通訊的作用，從而促進血腦屏障的發育成熟（圖1）［28］。

二、CD146 可促進血腦屏障破壞

在生理條件下，中樞神經系統微血管可對水溶性分子和細胞運動遷移形成有效的屏障，但這種屏障在病理條件下通常受到損害。血腦屏障完整性損害可見于多種中樞神經系統炎癥性病變，如中樞神經系統特發性炎性脫髓鞘病變、中樞神經系統感染、神經變性病、腦血管病和膠質瘤等［30?32］。腦血管各組分的炎癥應答機制有所不同，炎癥反應發生部位和持續時間可以引起血腦屏障通透性發生不同程度的改變，但確實存在引起血腦屏障通透性改變的一致性機制，腦組織系統性或局限性產生和釋放可影響神經血管單元（NVU）、增加血腦屏障被動通透性和淋巴細胞遷移的細胞因子［33?34］。

圖1 在胚胎發育過程中，CD146 的動態變化可調控血腦屏障內皮細胞與周細胞之間的作用，進而促進血腦屏障的發育成熟［28］Figure 1 Dynamic coordination of brain endothelial cell?pericyte communication by CD146 controls BBB formation during embryogenesis［28］.

生理條件下CD146 在血腦屏障內皮細胞中呈低表達，以維持血腦屏障穩態；但在多種中樞神經系統炎癥性病變的情況下，血腦屏障內皮細胞高表達CD146，促使炎性淋巴細胞向中樞神經系統浸潤，破壞血腦屏障的完整性，導致炎癥進展［35］。多發性硬化（MS）是神經科較為常見的中樞神經系統炎性脫髓鞘病變，選擇性阻斷淋巴細胞進入中樞神經系統而不損害免疫系統功能，是目前臨床常用的一種有效治療策略［36］。2013 年中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室構建了血管內皮細胞CD146 條件敲除（CD146EC?KO）小鼠模型，同時結合體外血腦屏障模型，首次報告血腦屏障內皮細胞CD146 在淋巴細胞外滲和實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）發病機制中的作用，無論是動物實驗還是體外研究，敲除血管內皮細胞CD146 均可以顯著減輕實驗性自身免疫性腦脊髓炎的嚴重程度，以及阻止致病性T 淋巴細胞［如CD4+T 細胞、CD8+T 細胞、輔助性T 細胞1 和17（Th1 和Th17）］向中樞神經系統的浸潤，表明血腦屏障內皮細胞CD146 在多發性硬化等自身免疫性疾病的發生與發展中發揮關鍵作用［37］。該研究還發現CD146 功能型抗體AA98 可靶向血管內皮細胞CD146，選擇性阻斷淋巴細胞向中樞神經系統浸潤，以阻止實驗性自身免疫性腦脊髓炎的進展，具有顯著的治療效果，因此AA98 有可能成為治療多發性硬化頗具臨床應用前景的藥物［37］。

三、可溶性CD146 可促進血腦屏障損害

血腦屏障功能紊亂是多種中樞神經系統炎癥性病變神經炎癥性疾病的標志性事件，但是由于缺少可靠的檢測標志物以及尚未闡明血腦屏障損害的分子機制，嚴重制約了中樞神經系統炎癥性病變神經炎癥性疾病的診斷與治療。2013 年，中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室首次發現CD146 的可溶形式，即可溶性CD146 主要源自血管內皮細胞的膜型CD146，后者在炎癥條件下表達上調［38］。該研究共收集135 份成對的腦脊液和血清臨床標本，結果顯示，多發性硬化患者腦脊液可溶性CD146 水平顯著升高，提示可溶性CD146的表達變化可反映疾病的活動性。2020 年，中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室首次發現多種中樞神經系統炎癥性病變神經炎癥性疾病患者腦脊液中可溶性CD146 水平顯著升高，并與血腦屏障損害的臨床相關指標呈正相關，包括白蛋白商、IgG 合成率和腦脊液髓鞘堿性蛋白（MBP）；此外，通過對比分析可溶性CD146 與文獻報道的血腦屏障損害相關分子，發現腦脊液可溶性CD146 評價血腦屏障損害具有較高的靈敏度（100%）和特異度（93.1%），提示該項指標可以作為血腦屏障損害的潛在標志物［39］。該項研究通過構建體外血腦屏障模型，還發現可溶性CD146 通過結合血腦屏障內皮細胞整合素αvβ1，上調絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT）和核因子?κB（NF?κB）磷酸化水平，以維持血腦屏障通透性（圖2）［39］。

四、展望

圖2 可溶性CD146 作為腦脊液炎癥性標志物可促進血腦屏障損害［39］Figure 2 Soluble CD146, a CSF marker for neuroinflammation, promotes BBB damage［39］.

細胞黏附分子CD146 最初被認為是黑色素瘤黏附分子，后來發現在胃癌、肝癌、前列腺癌等多種腫瘤細胞和所有實體瘤血管內皮細胞上均呈高表達，提示CD146 對腫瘤血管的重要調控作用。中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室于2003 年首次發現CD146 是一種新生血管標志物，為研究CD146 與血管的關系奠定了基礎。除了外周血管，CD146 還與血腦屏障功能存在內在聯系。探究血腦屏障損害機制，以及準確評估血腦屏障完整性對中樞神經系統炎癥性病變的診斷與治療具有重要的臨床參考價值。自2013 年以來，中國科學院生物物理研究所蛋白質與多肽藥物重點實驗室陸續發現CD146 不僅在血腦屏障發育過程中發揮重要調控作用，而且介導中樞神經系統炎癥反應過程中的血腦屏障損害，因此，CD146 有望成為中樞神經系統炎癥性病變的治療新靶點。

自1998 年發現可溶性CD146 以來，可溶性CD146 的研究歷史已有20 余年。目前，回顧性研究業已證實腦脊液可溶性CD146 對血腦屏障損害具有重要調控作用，但并未闡明其表達變化與中樞神經系統炎癥性病變之間的因果關系，因此，進行前瞻性研究探討二者之間的關系，無論對理解可溶性CD146 在中樞神經系統炎癥性病變中的作用機制，還是對相關疾病的診斷與治療均具有重要意義，深入研究CD146 及其可溶形式在血腦屏障損害過程中的病理生理學機制有望為相關疾病的治療提供新的策略。

利益沖突無