分别从临床与细胞水平看睡眠障碍与脑血管病之间的联系

赵忠新，张照环

脑血管病的研究是神经系统与心血管系统的交叉领域，目前的研究已经不再局限于单纯从高血压、动脉粥样硬化斑块的破裂、糖尿病性血管病变等角度探讨预防与治疗措施，而是从这些已知的诱因入手，探讨血管基础病变的细胞及生化机制，从而进一步探讨并揭示在临床流行病学研究中观察到的“统计学相关性”是否存在必然的关联，为探讨预防和治疗措施提供重要研究基础。从临床观察发现脑血管病与睡眠障碍之间也存在密切的联系，首先是急性脑血管病发病后容易并发或诱发不同类型的睡眠障碍，此外，某些类型睡眠障碍本身也是脑血管病的危险因素之一，并且影响其临床预后。因此，有必要从细胞及生化水平探讨睡眠障碍与脑血管病之间的关联性。

1 睡眠障碍与脑血管病之间的临床联系

睡眠障碍包括一大类表现不同、机制各异的临床疾病，尽管主要特征表现为睡眠-觉醒功能的障碍，但其致病机制和临床症状却常常表现为来源于或累及全身多个系统的功能障碍。如阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome，OSAHS），目前认为是多种原因导致的睡眠过程中发生的呼吸暂停低通气现象，也是最常见的片段化睡眠的疾病之一，临床突出的表现是睡眠质量下降。多项回顾性和前瞻性研究及大量动物实验研究证明，OSAHS与糖尿病、高血压、血流动力学异常等有密切关联，从而能够直接或间接地导致卒中的发生和发展[1]。但即使不依赖于OSAHS这些并发疾病的发生，仅有单纯的失眠也被指出脑血管病有密切联系。欧洲的一项前瞻性研究发现，每天睡眠时间少于6 h的人群更容易罹患卒中[2]。2008年美国进行的一项行为危险因素与疾病的调查，接受调查的人群总数为372 144例，均为成年人，男女比例相当，发现每天少于6 h的睡眠不足人群更易患冠状动脉粥样硬化性心脏病、卒中、糖尿病与肥胖[3]。一项纳入21 438例失眠患者和64 314例非失眠者的长达4年的回顾性队列研究（人群数据来源于台湾健康保险数据库），使用国际疾病分类（International Classification of Diseases-Ninth Revision-Clinical Modification，ICD-9-CM）定义失眠及卒中，并排除睡眠呼吸暂停患者。所有受试者试验开始前均未被诊断为卒中、睡眠呼吸暂停和失眠。主要结局指标为首次卒中急性发作入院治疗。结果显示：失眠患者的卒中患病风险比非失眠者高54%［发生率比值（incidence rate ratio，IRR）1.85；矫正风险比（hazard ratio，HR）1.54；95%可信区间（confidence interval，CI）1.38～1.72］。其中18～34岁组的卒中患病相对风险最高（IRR=8.06）[4]。许多研究表明，在卒中发病后，失眠或睡眠障碍的发生率也大幅度增加，分别高达56.7%和78.0%[5-6]。一项纳入1022例卒中后并发阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea，OSA）的长达6年的研究，以睡眠呼吸暂停/低通气指数（apnea/hypopnea index，AHI）＞5作为判断OSA的依据，共计697例患者判定同时患有OSA。试验终点为死亡状况。对比OSA组及对照组，对照组的无病存活率及总存活率均显著好于OSA组（P=0.003及P=0.02）[7]。在最新的美国心脏协会（American Heart Association，AHA）/美国卒中协会（American Stroke Association，ASA）2014年卒中二级预防指南中，睡眠障碍（主要为睡眠呼吸暂停）已列入卒中及短暂性脑缺血发作（transient ischemic attack，TIA）二级预防必须考虑的并发症范围中[8]。

2 睡眠障碍与脑血管病在细胞水平之间的联系

睡眠障碍如何诱发卒中的发生，在这个领域的研究目前还缺乏系统和结论性的进展。但一些研究线索提示，睡眠剥夺可能通过影响血脑屏障相关的多种细胞的功能，参与脑血管病的发生和发展。这种从脑血管病发生发展的细胞生化机制角度，探讨其与睡眠障碍的相关性，不仅将能够对两者之间如何关联提供系统的证据，也会有助于进一步认识睡眠的复杂功能。

2.1 血管内皮细胞 血管内皮细胞可能是心脑血管疾病研究中最早被关注的靶细胞，也是构成血脑屏障的主要细胞之一，而大动脉（如供应脑部的颈动脉和颅内动脉）内皮下脂质斑块的形成、斑块内出血、炎性反应、破溃、血栓形成等，一直是脑血管病研究中的重点。此外，糖尿病导致的脑血管病变也是由于内皮下基底膜透明变性，引起血管弹性降低所致，这也是相当一部分缺血性卒中的病因[9]。可见斑块沉积只是冰山一角，血管内皮病理改变的现象可能早已经发生，所以如何尽早检测和预防这些潜移默化的改变才是根本。

OSAHS临床并不少见，在一般人群中的发病率为2%～4%，尤以男性较多。目前已经明确OSAHS是导致高血压、高血脂和2型糖尿病、胰岛素抵抗等疾病的重要原因之一，这可能与OSAHS患者血管内皮功能的异常改变有关[10]。用定量逆转录酶-聚合酶链反应方法研究OSAHS患者的表皮微血管，发现内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）、肿瘤坏死因子α诱导蛋白-3（tumor necrosis factor-alphainduced protein 3，TNFAIP3）、低氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor 1 alpha，HIF-1α）及血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）都显著升高。而血管内皮细胞释放的一氧化氮和内皮素-1（endothelin-1，ET-1）的平衡破坏，可导致血管舒缩功能失调、血小板凝聚和白细胞黏附等一系列病理生理变化。因此，目前普遍认为血管内皮细胞功能紊乱，可能是动脉粥样硬化启动的主要因素。就OSAHS而言，现在大部分观点还是将其引发的血管内皮细胞功能紊乱，归咎于因呼吸暂停所导致的低氧血症、高碳酸血症等。但是最新的研究发现即使单纯减少快速眼动睡眠，就足以引起血脑屏障功能减退，出现脑血管内皮细胞胞饮小泡显著增加，造成血脑屏障对大分子物质的通透性增加[11]。目前，对于睡眠剥夺参与血管内皮细胞功能调节的表现和机制的了解非常有限，但是毫无疑问，睡眠障碍本身可能会影响血管内皮细胞功能，并可能进而参与卒中的发生。

2.2 炎性细胞 脑血管病发生的另一种重要机制，是炎性细胞参与介导了血管内皮细胞的损伤，而对于血管内皮细胞和炎性细胞间的相互作用，正如矛与盾的悖论，到底是炎性细胞攻击在先还是血管内皮细胞功能异常在先，还不得而知，但至少可以肯定的是两者都有许多实验证据支持。睡眠不足同样会参与免疫系统的调节，来自临床流行病学调查研究和实验室动物模型中的数据，共同提示睡眠剥夺后存在白细胞的非特异性激活，并且机体处于低水平的系统性感染状态[12-13]。

有研究发现C反应蛋白在所有睡眠障碍人群中都有升高，而C反应蛋白早已被证实与血管内炎症相关，并以其升高作为卒中及心肌梗死的预测风险因素[14]。而在睡眠剥夺的大鼠和果蝇模型中发现，炎性因子白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、黏附分子整合素蛋白α-M（integrin alpha M，ITGAM）、整合素α-5（integrin alpha 5，ITGA5）和膜联蛋白A3（Annexin A3，Anxa3）都有升高，并可以作为近期睡眠缺失或睡眠障碍的标志物[15]。此外，炎性因子如IL-6能促进T细胞和单核细胞等免疫细胞释放干扰素γ（interferon-gamma，IFN-γ）、白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor 2α，TNF2α）等促炎性细胞因子，促进血管内皮细胞表达黏附因子，诱导白细胞趋化，进一步加重局部炎症[16]。

之前很多研究探讨睡眠剥夺作为一种应激状态，可能通过神经内分泌机制调节肾上腺皮质激素的分泌及其功能，从而参与免疫调节反应[17-18]，但对于短期睡眠剥夺导致的免疫炎性反应亢进的报道，也提示可能在皮质激素功能之外还有其他重要的机制存在，从而对于解释短期睡眠剥夺后卒中的发生具有重要的提示意义。

2.3 星形胶质细胞 在神经系统与血管系统交界部位，由多种细胞和细胞外基质组分通过空间互联协调运作，构成的功能性组合称为神经血管单元（neural vascular unit，NVU）。其基本结构是血管内皮细胞形成紧密连接的内腔，内皮细胞基底膜外星形胶质细胞和血管周细胞紧密包绕，将神经元与血管内成分有效分隔。星形胶质细胞最早被认知的功能之一，是其在神经突触间隙发挥的“清道夫”作用。之前在神经系统领域对于睡眠的研究，也涉及突触功能改变及神经递质重吸收等方面的变化。目前在脑血管周围存在的星形胶质细胞功能的变化，又有可能再次将睡眠与脑血管疾病关联起来。星形胶质细胞的血管周足（endfoot）是构成血脑屏障的重要组成部分，在血脑屏障的诱导生成和形态维持中发挥重要作用，星形胶质细胞还能够释放转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、胶质细胞源性神经营养因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、IL-6等，而改变内皮细胞的通透性。长时间睡眠剥夺后，星形胶质细胞会增生并释放过多的腺苷（adenosine），从而促进睡眠[19]。而对于血脑屏障来说，产生过多的腺苷分子有调节大分子进入脑的能力；当腺苷受体在构成血脑屏障的内皮细胞上被激活后，即建立了跨越血脑屏障的通道。有研究发现，在缺乏腺苷受体A1R和A2aR的转基因小鼠，血脑屏障通透性显著降低。因此认为，血管周围的星形胶质细胞在睡眠剥夺后释放的腺苷，可能会直接调节血脑屏障的通透性[20]。最近又有发现，在长期睡眠剥夺的大鼠脑内星形胶质细胞蛋白表达，与对照组相比有显着差异，其中有89种蛋白表达上调，50种蛋白表达下调。不乏有囊泡相关膜蛋白2（vesicle-associated membrane protein 2，VAMP2）、浆膜蛋白4（reticulon-4，RTN4）等一些与内膜转运或者细胞凋亡相关蛋白的改变[21]，也许有可能调节星形胶质细胞血管周足的状态，使血脑屏障发生变化，这需要更进一步的深入研究。

2.4 血管周细胞 血管周细胞（pericyte）是另一类参与血管内皮通透和形态调节的重要细胞。周细胞的功能，是近年来在脑血管病基础研究中逐渐引起关注的领域。尽管已经有一些识别的方法，但严格说来，周细胞没有特异的分子标记。目前通常用以表达α平滑肌激动蛋白（α-smooth muscle actin，αSMA），神经元-胶质细胞抗原2（neuron-glial antigen 2，NG2），血小板生长因子受体α/β（plateletderived growth factor receptor，PDGFRα/PDGFRβ）等分子标记来定义周细胞[22-23]。周细胞对血管活性剂（如组胺和血管紧张素Ⅱ等）具有反应性收缩能力。周细胞通过收缩和松弛，而调节血管周径及血流，维持血压和微血管的通透性。在周细胞缺失的小鼠，微血管壁失去其完整性，不能维持正常的血脑屏障，从而引起血管内蛋白的外渗，伴随血供不足及低氧，引发随后的神经元坏死及炎症，导致神经退行性变[24-25]。有研究发现，在长期快速眼动睡眠受到限制的情况下，血脑屏障的显微结构出现类似于周细胞缺失小鼠的改变，例如胞饮小泡的增多及血管内皮功能紊乱[11，26]。这种改变有可能是长期快速眼动睡眠受到限制情况下，一些炎性因子导致周细胞从血管壁上脱落下来，并且分化成迁移或者吞噬性亚型，从而使血脑屏障破坏，当然这种预测需要进一步的实验研究支持。

随着睡眠障碍发病率的上升，人们对于脑高级功能和脑作为最高级中枢在自身调节中发挥的作用逐步关注，睡眠研究领域已经不仅仅局限于自身原有的范畴，而是广泛渗透到包括神经系统疾病在内的各种躯体疾病及精神心理疾病的研究领域，进入了横断交叉研究领域。只有从多角度研究睡眠才能真正认识睡眠，正如“横看成岭侧成峰，远近高低各不同，不识庐山真面目，只缘身在此山中”。

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