腦血管內皮細胞功能障礙與血管性癡呆

張健莉 雷愛弟 (廈門市第五醫院神經內科，廈門 361101)

世界衛生組織估計，到2050年，癡呆人口將增加2倍，達到1億以上。其中，血管性癡呆(VaD)約占15%〔1〕，成為繼阿爾茨海默病(AD)之后第二常見的癡呆類型。VaD是一種不可逆的疾病，主要由各種血管疾病，如腦灌注不足、缺氧、缺血和腦卒中等原因導致的，其特點是認知能力逐漸下降，記憶、語言和社交障礙，給家庭、社會和醫療保健系統帶來巨大負擔。大多數VaD是由大腦灌注不足引起的〔2〕。腦血管內皮細胞(CEC)功能障礙與腦灌注不足相互影響，成為VaD的兩大主要誘因。然而，CEC損傷的機制及其對認知的影響尚未完全闡明。本文綜述CEC的結構和功能特點，并總結了CEC在低灌注早期損傷的潛在機制。

1 CEC的結構和功能特點

CEC是血腦屏障(BBB)的核心組成部分，嚴格限制BBB逆細胞和超細胞轉運。CEC之間的連接蛋白可分為兩種類型：緊密連接(TJs)和黏附連接(AJs)。TJs主要由claudins、occludins和連接黏附分子(JAMS)組成，而血管內皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)是AJs的主要成分。TJs和AJs共同起到封閉CEC之間縫隙的作用，限制親水分子和血細胞進入大腦。神經元、膠質細胞和腦血管(包括CEC、血管平滑肌細胞和周皮細胞)之間的相互作用形成了一個稱為NVU的動態功能單元。NVU各組成部分之間的信號通信，不僅能確保大腦血流量(CBF)的精細調節，滿足代謝需要，而且對腦的發育、營養和修復及BBB功能起著重要作用，NVU信號干擾可能是神經損傷、細胞凋亡和神經功能障礙的基礎〔3〕。因此，CEC不僅在結構上是BBB的主要組成部分，而且在功能上也是NVU活動的關鍵環節。

2 腦灌注不足導致CEC功能障礙——VaD前奏

VaD主要由腦血管病引起，年齡、肥胖、高血壓、糖尿病、高膽固醇血癥、高同型半胱氨酸血癥、動脈粥樣硬化和腦卒中是導致VaD的危險因素〔4〕，可引起腦灌注不足，導致注意力和記憶障礙及認知障礙。慢性或急性腦灌注不足導致氧化應激和CEC的激活，這是CEC功能障礙和隨后的腦損傷基本病理基礎。VaD患者常表現為CECs的局灶性改變，包括線粒體含量降低、胞質增多、丟失、BBB血流中斷和毛細血管密度降低，這些變化發生在VaD之前。如果能在癡呆癥狀出現前采取措施改善CEC功能，則可減緩或預防VaD的發展。

2.1CECs的基本病理變化

2.1.1氧化應激 腦血管系統中的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的增加導致氧化應激，這是導致CEC功能紊亂和腦血管疾病發展的主要原因。CECs中ROS的主要來源是數量眾多的線粒體。ROS可引起線粒體中谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化劑的功能障礙，導致CECs發生進行性和持續性的氧化應激。老年人CECs中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶(NOX)-2的上調主要是由于主要是由于腫瘤壞死因子(TNF)-α水平在衰老過程中顯著升高。NOX-2敲除小鼠表現為突觸可塑性和認知能力受損。NOX-2衍生的ROS可能有助于維持CBF和神經功能。另一個值得注意的ROS來源是環氧合酶(COX)-2，在AA催化前列腺素(PG)E2過程中僅釋放少量的ROS，其氧化能力不能被忽略，因為在老年人中COX-2活性增加〔5〕。在病理狀態下，ROS是導致COX-2過度表達的一個因素。此外COX-2還具有促炎作用。ROS與COX-2的相互作用形成氧化應激和炎癥的惡性循環。

腦血管內皮細胞包含多種抗氧化應激的分子和信號通路。核因子E2相關因子(Nrf)-2是一種對氧化應激敏感的轉錄因子。在氧化應激下可誘導SOD、谷胱甘肽等多種抗氧化酶的表達。過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ是參與能量平衡和炎癥過程的核心核受體，在Nrf-2、Wnt/β-連環蛋白、FoxO1通路中起關鍵作用，發揮抗氧化應激作用。研究顯示，PPARγ通路在氧化應激過程中具有保護內皮功能的作用。沉默信息調節因子(SIRT)-1在氧化應激中能被激活，抑制NADPH氧化酶，促進錳(Mn)SOD、過氧化氫酶(CAT)及其他一些抗氧化應激的基因的表達〔6〕。FoxO是叉頭框(Fox)轉錄因子家族的成員，在氧化應激過程中起著關鍵作用，可促使線粒體ROS生成減少，還可誘導MnSOD和CAT的表達。

2.1.2CEC活化 CEC活化被認為是腦衰老過程中的關鍵初始反應，也是腦血管疾病危險因素的潛在病理變化之一。在管腔內切應力、血管內皮生長因子(VEGF)或ROS改變的影響下，CECs中的鈣濃度升高，這是內皮細胞活化的早期原因。將促進CEC表達P-選擇素和趨化因子，增強白細胞和血小板的損傷，促進白細胞的牢固黏附和遷移。Toll樣受體(TLR)-4/髓樣分化因子(MyD)-88/核因子(NF)-κB通路在調節CEC活化中起著重要作用。通過與TLR-4內源性配體的相互作用，如氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)、高遷移率族蛋白(HMG)B1或纖維蛋白，激活TLR-4/MyD-88/NF-κB通路，釋放一系列促炎因子。ROS和TNF-α水平升高，能激活IκB激酶(IKK)抑制劑，促進NF-κB的活化。NF-κB的主要靶基因是白細胞介素(IL)-6、IL-1β、單核細胞趨化蛋白(MCP)-1、COX-2、P53、MnSOD和NADPH氧化酶基因〔7〕。它不僅具有很強的促炎作用，而且能促進ROS和RNS的釋放，加劇CECs的氧化應激。

人體內有多種抗炎途徑。IL-10是一種有效的NF-κB抑制劑，它能降解NF-κB，影響其與脫氧核糖核酸(DNA)的結合，降低相關炎癥反應。在動脈粥樣硬化和糖尿病模型中，內源性IL-10表達降低，可導致血管功能障礙。上述提到的PPARγ和SIRT1不僅能抵抗氧化應激，而且具有抗炎作用，增強PPARγ和SIRT1的活性可降低CECs的炎癥反應，改善神經功能。此外，CECs釋放的一氧化氮(NO)生理水平通過激活單磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)發揮抗炎作用，也直接阻斷了NF-κB信號通路，從而降低了炎癥因子的表達。因此，低濃度的NO對維持正常的血管功能起著不可或缺的作用。

2.1.3內皮型一氧化氮合酶(eNOS)/NO信號通路受損 CECs活化和氧化應激導致eNOS/NO信號通路受損，這是CEC功能障礙的一個重要標志。氧化應激在NO信號損傷中起主要作用，主要表現在以下方面：(1)NO的生成減少。eNOS活性是生成NO多少的決定性影響因素。ROS可通過Ras同源基因家族成員(Rho)A途徑降低eNOS活性。過量的ROS可將四氫生物蝶呤(BH4)氧化為BH2，導致eNOS和BH4解耦聯。非耦合狀態的eNOS無法催化L-精氨酸產生NO，而與氧(O2)相互作用產生超氧化物，被認為是血管內皮中活性氧的來源之一。(2)ROS導致NO生物利用度降低。O2-增多并與NO反應生成過氧亞硝酸鹽(OONO-)導致NO減少，這是ROS介導內皮功能障礙的主要機制。OONO-是RNS的一種類型，也是引起氧化應激的主要物質之一。RNS可氧化鳥苷酸環化酶(sGC)并降低其對NO的反應性，導致NO信號轉導進一步受阻。OONO-能促進eNOS和BH4的解耦聯，降低MnSOD和谷胱甘肽還原酶的活性，增加iNOS的表達，導致廣泛的氧化應激。(3)受損的eNOS/NO信號通路可能對中樞神經系統產生嚴重影響。NO減少或生物利用度降低導致CBF調節障礙，導致腦灌注進一步降低。NO減少也是血管炎癥的主要原因。NO降低對血小板聚集和白細胞黏附的抑制作用減弱，不僅促進了CEC活化，而且通過細胞內和跨細胞途徑使炎性細胞和毒性蛋白滲入大腦，導致神經毒性效應。eNOS/NO信號通路對維持記憶和學習能力至關重要。由于在CECs中，eNOS/NO信號是產生腦源性神經營養因子(BDNF)的基礎，因此對eNOS/NO受損會阻礙BDNF的合成，從而抑制突觸可塑性和神經再生，這可能是突觸可塑性早期損傷的根本原因之一〔8〕。氧化應激和活化/炎癥這兩個病理過程通過一系列疊加機制損害CECs中的eNOS/NO信號，最終導致CEC在維持BBB功能和調節CBF方面出現障礙。

2.2CECs功能損害

2.2.1BBB功能障礙 BBB功能障礙是導致VaD的一個非常基礎的病理改變。已有研究表明，海馬區的BBB損傷情況可預測老年患者的認知損害程度。在年齡、高血壓等危險因素與腦灌注不足等因素共同存在的情況下，CECs極易受損。實驗已證實，緊密連接和AJ功能障礙導致CECs對親水性分子或炎性細胞的旁細胞通透性增加。在腦缺氧、缺血或氧化應激中，TJ功能障礙的一些機制已被證實〔9〕。其中，磷酸化肌球蛋白輕鏈(pMLC)是調節TJ再分配和BBB功能障礙的核心。在從Ca2+高表達到MLC磷酸化的信號轉導過程中，RhoA/Rho關聯卷曲螺旋蛋白激酶(ROCK)是主要的介導因子。在血紅蛋白誘導的BBB受損模型中，RhoA和ROCK2水平顯著上調，同時內皮細胞中pMLC增強，緊密連接蛋白(claudin)-5降低，基質金屬蛋白酶(MMP)-9增加。還有研究表明，MMP-9可是TJ功能障礙機制之一，而氧化應激則主要是通過蛋白酪氨酸激酶(PTK)依賴的方式或通過磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)途徑上調MMP〔5〕。

CEC跨細胞途徑轉運增加是BBB受損的另一個原因。一些研究表明，腦卒中早期，跨細胞小泡增多似乎發生在TJs功能改變前。細胞外轉運的增加與CEC中細胞膜穴樣內陷的增加密切相關〔10〕。此外，腦缺血或神經炎癥的發生總是伴隨著細胞膜穴樣內陷的增加和BBB的破壞。發生腦出血后，人窖蛋白(CAV)-1敲除小鼠出現白細胞黏附和MMP-9表達降低〔11〕。細胞膜穴樣內陷可介導各種細胞因子和有毒蛋白質進入大腦。細胞膜穴樣內陷參與CECs中TNF-α的內噬作用，并通過BBB介導其進入大腦。而CAV-1也能與TJs/AJs相互作用，影響BBB的滲透性。

除了細胞膜穴樣內陷的增加，CECs中轉運蛋白的功能改變也與跨細胞轉運受損有關。氧化應激是轉運蛋白功能障礙的主要原因。CEC線粒體直接受到ROS的攻擊，腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)生成減少，導致ATP依賴性離子通道和轉運蛋白的功能障礙。鈉鉀泵(Na+-K+-ATPase)、鈣泵(Ca2+-ATPase)和ATP結合盒式蛋白(ABC)轉運蛋白在CECs膜中的功能可能發生改變，導致細胞內鈣穩態失調，eNOS活性降低，BBB受損。此外，由于離子通道功能障礙，CECs和腦實質內、外離子梯度的改變會影響神經元薄膜的去極化，損害神經元和突觸功能，最終導致神經元死亡。

2.2.2神經血管解耦聯 在腦灌注不足的情況下，神經血管耦合(NVC)被破壞，表現為兩方面：CBF失調和CECs對神經細胞的營養作用喪失。由于內皮源性NO在CBF調節中起著至關重要的作用，CEC功能障礙NO的生成會減少，這可能導致神經血管解耦聯，這種說法目前存在爭議。一項關于eNOS基因缺失小鼠的研究表明，給予ATP和通過觸須刺激，軀體感覺區功能性充血減少，這表明eNOS在功能性充血中的作用是必要的〔12〕。而通過比較eNOS突變體和野生型小鼠的CBF增加情況，發現eNOS在功能性充血中的作用并不重要。另一項研究發現，eNOS是人血管生成素(ANG)Ⅱ硝化效應的介質，介導ANGⅡ硝對功能性充血的不利影響〔13〕。NO介導的功能性充血可能主要源自nNOS，而從eNOS衍生的NO的作用程度仍有待進一步研究。

對于神經營養血管耦合(NVTC)，氧化應激導致CECs分泌的BDNF等生長因子下調，引起CECs神經營養功能下降。體外實驗表明，腦內皮氧化應激通過β1整合素/整合素連接激酶(ILK)信號傳導降低CECs中BDNF的表達，而抗氧化劑可增加BDNF的表達。老年人和高血壓、高脂血癥患者腦中TNF-α的增加也可能通過與CECs中TNF受體(TNFR)-1結合而降低BDNF的表達。由于正常的BDNF表達依賴于eNOS，當eNOS功能紊亂時BDNF功能也會受損。BDNF水平降低會損害血管生成、神經元存活及突觸可塑性，從而發生認知障礙。

2.2.3腦灌注不足、CEC功能障礙和CBF失調的惡性循環 在腦灌注不足的情況下，除了CEC病理和功能發生變化之外，還會損害其他血管部分，加重CBF失調，進一步損害CEC功能。作為VaD的一種類型，伴有皮質下梗死和白質腦病(CADASIL)的大腦常染色體顯性動脈疾病表現為Notch-3突變引起的腦血管內在重塑，毛細血管密度逐漸降低和CBF降低。因此，血管結構變化與低灌注的相互作用也是認知障礙的重要原因。腦缺氧時，周細胞常是早期應答器。衰老降低了CECs周圍的周細胞覆蓋比率；高血壓、高同型半胱氨酸血癥、糖尿病和CADASIL動物模型中也顯示周細胞丟失和退化〔14〕。鑒于周細胞在調節TJs和功能性充血中的作用，周細胞發生變化可影響BBB通透性和NVC，可在認知障礙中發揮作用。腦血管系統的結構改變、周細胞損傷和血管生成減少導致CBF失調、持續性腦灌注不足和持續性CECs損傷，最終損害神經功能。

3 CECs與神經細胞的相互作用-VaD發病

由于CEC損傷，CECs與神經細胞的相互作用受到干擾，導致星形膠質細胞增生、小膠質細胞活化、白質(WM)損傷、突觸可塑性受損、神經炎癥和凋亡，最終導致認知障礙。

3.1星形膠質細胞增生 星形膠質細胞是大腦中最豐富的細胞，約占中樞神經系統總細胞數的50%。由于星形膠質細胞位于CECs和神經元之間，被認為在血管因素引起的神經元損傷過程中起關鍵作用。腦血管內皮細胞功能障礙通過多種途徑激活星形膠質細胞。炎癥時CECs分泌的VEGF可與星形膠質細胞中的血VEGFR-1 結合，并可能通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細胞外信號調節激酶(ERK)和PI3K信號通路促進星形膠質細胞增殖和膠質纖維酸性蛋白(GFAP)表達。腦纖維蛋白原可能是CECs功能障礙后早期激活星形膠質細胞的信號，通過TGF-β/信號轉導蛋白(SMAD2)信號通路促進母體對星形膠質細胞中SMAD2的磷酸化，導致硫酸軟骨素蛋白聚糖(CSPG)沉積和膠質瘢痕形成，對神經細胞和BBB的完整性造成嚴重損害，最終影響認知功能。

盡管有研究發現，在缺氧條件下，星形膠質細胞與內皮細胞共培養可改善內皮細胞間的TJs功能，但膠質細胞過度活化是導致VaD中BBB進一步受損的主要原因〔15〕。缺氧導致星形膠質細胞中低氧誘導因子(HIF)-1α的活化及MCP-1、MMP-13、VEGF和VEGFR-1升高，可導致BBB通透性增加。MCP-1可通過Rho信號通路誘導TJs的再分配，導致CECS細胞旁通透性增加。星形膠質細胞在缺氧狀態下釋放的MMP-13也可能導致胞質緊密黏連蛋白(ZO)-1和VE-cadherin的損傷。腦損傷后，星形膠質細胞釋放VEGF結合VEGFR-1，可通過PI3K/Akt信號通路誘導BBB功能障礙。在動物實驗中，VEGF與CECs中的VEGFR-2結合，激活CECs中磷脂酶(PL)Cγ/eNOS通路，介導claudin-5表達下調，在破壞BBB完整性中發揮關鍵作用〔16〕。

3.2小膠質細胞的激活 小膠質細胞是大腦中的永久性免疫細胞，約占中樞神經系統細胞總數的16%。已證實小膠質細胞激活可降低突觸可塑性，并直接影響大腦的長時程增強(LTP)，導致認知障礙。當中樞神經系統組織發生損傷，小膠質細胞迅速被激活。活化的小膠質細胞表現為抗炎表型(M2型)或促炎表型(M1型)。M2型小膠質細胞分泌保護性細胞因子，減輕免疫反應，消化壞死組織的碎片，促進神經元的存活和修復，而M1型小膠質細胞的過度激活主要導致大腦的炎癥環境，不僅對BBB造成進一步損害，還導致神經元和少突膠質細胞損傷。

小神經膠質細胞在低灌注時被激活，與血管性疾病的WM損傷和認知功能障礙密切相關。慢性低灌注導致CEC功能障礙，導致纖維蛋白原和炎性細胞通過被破壞的BBB進入大腦組織，保持M1型小膠質細胞活化。研究表明，進入腦實質的纖維蛋白原可與小膠質細胞上分化抗原(cd)11b/CD18的整合素家族結合，促進小膠質細胞在血管損傷部位的活化和聚集〔17〕。實驗表明，CECs分泌的MMP-3在缺氧和缺糖條件下也能激活小膠質細胞〔18〕。此外，MMP-3缺乏的膠質細胞能顯著降低小膠質細胞的活化。M1型小膠質細胞的活化會嚴重損害BBB的完整性，被激活的小膠質細胞是大腦中MMPs和ROS的主要來源。小膠質細胞大量表達MMP-2/-3/-9，能降解基膜(BM)和TJs，導致BBB被破壞。活化的小膠質細胞釋放活性氧，通過Rhoa/PI3K/Akt途徑，誘導TJs再分配，并影響上述BBB功能。

3.3腦WM病變 大腦皮層是人類的高級神經中樞，與認知功能密切相關。然而，WM在認知功能中的作用越來越受重視。WM占大腦體積的一半左右，對CBF的變化很敏感，在灌注不足時容易受損。VaD危險因素導致內皮功能障礙和CBF失調，增加了WM對病變的敏感性。在自發性高血壓大鼠中，漸進式腦灌注不足會導致WM稀薄和空泡化，可在WM中檢測到髓鞘軸突的彌漫性損傷〔19〕。少突膠質細胞(OL)丟失和脫髓鞘，是WM病變的兩個主要特征。

3.3.1OL損傷和脫髓鞘 成熟的OL包裹軸突形成富含磷脂的節段性髓鞘，不僅促進神經沖動的快速傳導，還能通過分泌多種營養物質為軸突提供營養支持，從而促進軸突的生長和存活。OL損傷可導致脫髓鞘和軸突變性。慢性腦灌注不足對髓鞘的完整性產生顯著影響，最終導致認知功能障礙。血管性疾病患者的髓鞘密度和少突膠質細胞前體細胞(OPCs)數量明顯減少。在VaD患者或動物模型中一些髓鞘蛋白也有顯著改變〔20〕。如對缺血和缺氧高度敏感的髓鞘堿性蛋白(MBP)和髓鞘相關蛋白(MAG)在VaD患者的大腦中的表達均顯著降低。蛋白脂蛋白(PLP)-1的表達隨著VaD的嚴重程度而增加，而MAG與PLP-1之比則顯著降低。研究發現，TJ中斷后，TNF-α和纖維蛋白原進入腦組織可引起脫髓鞘。在脫髓鞘區，纖維蛋白原、增生的星形膠質細胞和活化的小膠質細胞共存，提示纖維蛋白原和膠質細胞活化可能是導致OL功能障礙的主要原因〔21〕。在低氧條件下，乳酸可優先作為其能量來源。OL表達大量的乳酸轉運蛋白、單羧酸轉運蛋白(MCT)-1，可從星形膠質細胞中獲得乳酸。低灌注時星形膠質細胞分泌的乳酸減少，MCT-1活性降低，導致向OL供應的乳酸減少，使OL受損或凋亡。在BBB受損的情況下，OL中的(P2X7)可與神經元和星形細胞釋放的ATP結合，從而導致鈣流入增加，并導致OL持續損傷。一些研究表明，在缺氧狀態下，ATP供應減少導致Na+通道不完全失活和Na+/Ca2+交換器功能障礙，并提高細胞內Na+和Ca2+濃度，導致谷氨酸轉運體(GLT)-1功能逆轉，釋放大量谷氨酸〔22〕。過多的谷氨酸將過度激活AMPA/KA型谷氨酸受體，導致OL中鋅的積累，并以聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)-1依賴的方式激活ERK-1/2信號轉導途徑，最終導致OL死亡。此外，有研究發現MMP-2可降解MBP，可能是脫髓鞘的一個原因〔23〕。NF-κB通路的激活對OL具有強烈的破壞作用，而敲除IκB2可顯著減少OL丟失。脫髓鞘導致神經沖動傳導減慢，記憶和認知形成路徑受阻，導致認知功能障礙。

3.3.2髓鞘再生障礙 CEC功能障礙及由此產生的大腦炎癥環境和氧化應激可降低少突膠質前體細胞(OPCs)的遷移和增殖能力。繼而，氧化應激可導致促進OPCs分化的基因表達降低，從而阻止OPCs分化。來自CEC和小膠質細胞的ROS降低了谷胱甘肽(GSH)水平，導致OPCs中自由基增加，使OPCs分化為成熟OLs的能力減弱。當纖維蛋白原進入腦組織時，可激活骨形態發生蛋白(BMP)信號通路，促進OPC中SMAD-1/5/8磷酸化，抑制OPC分化，從而抑制髓鞘再生。研究顯示，隨著小膠質細胞的過度活化，OPCs的增殖受到了明顯抑制〔24〕。在小膠質細胞與OPCs共培養中，活化的小膠質細胞通過熱休克蛋白(HSP)60/TLR-4/NF-κB信號通路可誘導OPCs細胞凋亡。透明質酸酶(PH)20在損傷狀態下可降解透明質酸，其裂解產物可抑制OPCs的分化和成熟，從而阻礙髓鞘再生。OPCs損傷后可表達MMP-9，從而具備降解BBB的能力，導致其功能障礙加劇。此外，WMH區域的BBB完整性顯著降低，這反過來會加重WM的損害。

3.4神經元損傷

3.4.1軸突損傷 軸突在神經元信號傳播中起著關鍵作用。髓鞘、神經元線粒體功能和能量供應都能影響軸突功能。VaD模型大鼠呈現明顯的髓鞘丟失和軸突損傷現象〔25〕。脫髓鞘破壞軸突乳酸供應。脫髓鞘可導致OL-胰島素樣生長因子(IGF)-1和膠質細胞源性神經營養因子(GDNF)增加軸突長度并促進神經元存活的能力減弱。此外，髓鞘丟失后，軸突直接暴露于腦實質的炎癥環境中，影響軸突能量合成，從而改變Na+-K+-ATP酶的活性，引起Na+和Ca2+超載和軸突血流紊亂。實驗證實，星形膠質細胞可通過MCT-1/2/4直接向軸突供應乳酸，在輕度缺氧條件下維持正常的生理功能〔26〕。在灌注不足時CECs和星形膠質細胞中的葡萄糖轉運蛋白(GLUT)-1和MCT-1/2/4功能障礙可能導致軸突乳酸供應中斷，導致軸突損傷或變性。乳酸參與了LTP的維持過程，對記憶形成至關重要。此情況下，中斷乳酸供應可能是導致VaD認知障礙的一個原因。此外，大量線粒體的存在使軸突成為腦損傷后活性氧的主要來源，因而成為氧化應激的主要靶點。與年齡相關的活性氧誘導的線粒體功能障礙和內源性抗氧化劑減少，增加了線粒體氧化應激導致軸突損傷的可能性。

3.4.2突觸可塑性損傷 突觸可塑性是指突觸的數量、形態和功能發生長期變化的特征，是認知功能和記憶儲存的神經生物學基礎。LTP是一種典型的突觸可塑性增強類型，是長期記憶的主要分子機制。在患者或動物模型中，突觸相關蛋白的表達可在AD發病早期發生變化。盡管相關數據僅限于VaD方面的研究，突觸可塑性的變化不如AD那么明顯，但現有數據證實了在VaD患者和動物模型可見LTP受損和默突觸增加〔27〕。

腦血管內皮細胞功能障礙可直接影響突觸可塑性。大量的研究表明，來源于e-NOS的NO是維持大腦皮層和海馬突觸功能的關鍵信號分子〔28〕。研究發現，在海馬區，eNOS僅在CECs中表達。因此，CECs中NO信號的變化可能是導致突觸可塑性損傷的早期原因之一。由于eNOS/NO活性的破壞而導致BDNF表達降低也可能是突觸可塑性受損的原因。CEC功能障礙引起的小膠質細胞活化和星形細胞增殖可直接影響突觸可塑性。活化的小膠質細胞大量表達iNOS，NO釋放量遠超過生理要求，進而抑制LTP形成。腦缺血后，阻斷iNOS可恢復LTP，提高患者行為能力。

3.4.3神經元凋亡 慢性低灌注可導致神經細胞凋亡，這與CEC功能障礙直接相關。CECs的屏障功能受損，纖維蛋白原、免疫球蛋白G和白細胞進入腦實質，引起神經元細胞凋亡。過量NO導致S-亞硝基化纖維蛋白原誘導神經元凋亡蛋白caspase-3的表達，導致神經元凋亡。白細胞浸潤釋放多種有毒蛋白質，導致神經元損傷和死亡。低氧條件下淋巴細胞浸潤釋放神經毒性顆粒酶(Gra)-B，與PARP和caspase-3結合，導致神經元死亡。此外，Gra-B可激活PAR1/PLCβ-IP3信號通路，導致神經元死亡，IL-1β可進一步加強此反應。CEC表達的MMP-9也在神經元死亡中起作用。體外實驗發現，在缺血缺氧條件下，神經元與表達MMP-9的CECs共孵育可導致神經元凋亡，這可能與凋亡信號調節激酶(ASK)-1的激活有關，可抑制PI3K/Akt/Nrf2/HO-1信號，上調COX-2，導致AD對神經元凋亡有影響〔29〕。在炎癥條件下，活動的MMP在神經元核中的表達也會增加，通過切割PARP-1，導致神經元DNA損傷和DNA修復能力受損，最終導致神經元凋亡。此外，小膠質細胞的活化，成為TNF-α、IL-1β、ROS、過量NO和各種趨化因子的主要來源，也是造成神經元死亡的主要原因。TNF-α和IL-1β都能促進細胞內和細胞外谷氨酰胺酶1的表達，引起細胞內和細胞外谷氨酰胺的積累，導致神經元死亡。TNF-α還通過激活NF-κB通路，抑制星形膠質細胞GLT-1的功能，導致細胞外興奮性谷氨酸鹽過量。老年人腦中TNF-α水平升高，通過玻連蛋白受體(VNR)促使應激神經元被吞噬，導致神經元丟失。激活的星形膠質細胞也可通過釋放炎癥介質引起神經元損傷或死亡，激活星形膠質細胞過度激活可分泌脂質運載蛋白(LCN)2來促進海馬神經元凋亡。

3.4.4神經再生受損 普遍認為，星形膠質細胞過度增殖會形成膠質瘢痕，阻礙軸突的生長，其中，蛋白多糖(CSPGs)可能發揮主要作用。然而，星形膠質細胞瘢痕是有助于軸突再生的。另一方面，OL表達的軸突抑制蛋白可抑制損傷后軸突再生，從而導致軸突持續丟失。在生理條件下，分別由OL、actin和勿動蛋白(Nogo)-a表達的髓鞘相關糖蛋白(MAG)和少突膠質細胞髓磷脂糖蛋白(OMgp)可作用于Nogo66受體(NgR)，并通過RhoA/ROCK途徑抑制軸突過度生長。然而，研究表明，缺氧和缺血可導致NGR過度表達，從而激活RhoA/ROCK信號通路并抑制軸突再生〔30〕。

在腦缺血缺氧的情況下，成人腦室下區(SVZ)的神經干細胞可遷移到神經元損傷區，開始神經再生。神經干細胞的遷移分化受其再生能力的影響。源于CECs的BDNF是促進NSC遷移的關鍵因素。氧化應激和炎癥導致BDNF降低和神經再生受損。纖維蛋白原也可介導軸突生長抑制。進入大腦的纖維蛋白原與神經元β3整合素結合，誘導神經元中的表皮生長因子受體(EGFR)磷酸化，從而抑制軸突的生長。CECs和小膠質細胞都會產生大量的NO，這會損害神經再生。研究發現，大量的NO可促進神經干細胞向星形膠質細胞分化，減少神經元的發生，從而損害損傷后的神經元再生〔31〕。

綜上，VaD是由老年人和多種血管危險因素引起的。現有或繼發的CEC功能障礙可視為VaD的基本病理學表現。eNOS/NO信號通路受損在CEC功能障礙和隨后的神經損傷中起主要作用。因此，針對CECS中的ENOS/NO信號通路的治療不僅可保護CEC功能，還能間接起到保護神經的作用。另一方面，CECs屏障功能減弱是導致認知功能下降的主要原因。在此過程中，RhoA信號通路的激活增加了細胞旁通透性，促進白細胞和血漿蛋白進入大腦，是神經膠質激活和神經元損傷的主要原因之一，但對中樞神經系統疾病，特別是在VaD中的研究卻很少。CAV-1在CECs的跨細胞通透性中起著關鍵作用，也可能成為未來治療VaD藥物的靶點。此外，由于CEC功能障礙的發生先于VaD發病，預防高危人群CEC功能障礙的措施將有助于降低VaD的發病率。預防高血壓、高脂血癥、糖尿病、動脈粥樣硬化等疾病的措施，可減少CECs的損害和血管結構變化，從而達到預防老年人發生VaD的目的。