ICAM-1与脑小血管病关系的研究

2019-01-05哈拉木江赛力克孔祥锋

中国实用神经疾病杂志 2019年8期

哈拉木江·赛力克孔祥锋

1)新疆医科大学，新疆乌鲁木齐 830011 2)新疆医科大学第五附属医院神经内科，新疆乌鲁木齐 830011

随着人口老龄化的到来，脑血管疾病的发病率也在不断增加，这也带来了沉重的社会经济负担。其中对脑小血管病 (cerebral small vessel disease，CSVD)带来的远期危害性也越来越引起人们的关注。脑小血管病临床上多以神经影像学表现为参考指标，可分为腔隙性梗死(lacunar infarction，LI)、脑白质疏松(white matter Leukoaraiosis，WML)、脑微出血(cerebral microbleed，CMB)、血管周围间隙扩大(enlarged perivascular spaces，EPVS)和脑萎缩(cerebral atrophy)[1]。

流行病学显示，CSVD占全部缺血性脑卒中的25%～30%[1]，而在中国高达46%[2]。研究表明，老年人无症状LI的检出率极高，65～69岁的为38%，85岁以上人群为75%[3]。国外一项人群调查显示，80岁以上老年人群WML检出率高达94%[4]；另一项资料显示，CMB在≥80岁人群中检出率高达36%[5]。CSVD的主要临床表现是认知功能下降、精神和情绪异常、步态障碍和尿失禁等。近年来，国内外对脑小血管疾病的研究多提示，细胞间黏附因子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)在脑小血管病的发生及发展中起到不可小觑的作用。ICAM-1可以参与白细胞和血管内皮细胞的黏附和聚集，对血管内皮造成损伤并加速血管病变。本文就ICAM-1在脑小血管病的发病机制中的可能作用做一综述。

1 ICAM-1的生理功能

细胞间黏附分子是一种由细胞产生并能够介导细胞间或细胞与基质接触并结合的蛋白质分子。ICAM-1是一种单链跨膜糖蛋白，分子量为76～115 kD，其主要功能是介导白细胞与内皮细胞的紧密贴附。它与内皮细胞表面的淋巴细胞功能相关抗原-1相互作用，以诱导白细胞黏附和迁移到内皮内。人体中淋巴结、胸腺、肠道、皮肤、肾脏、肝脏、心血管系统、血液系统及中枢神经系统等均能表达ICAM-1。正常情况下，其在血管内皮细胞、外周血白细胞以及其他非造血细胞、淋巴细胞中均有低水平表达，但在一些炎性介质的刺激下，表达明显升高[6]。多项[7-13]研究显示ICAM-1水平升高与CSVD有关。

2 ICAM-1与脑小血管病的关系

早在1996年LINDSBERG等[14]的研究提示，ICAM-1是脑小血管病患者内皮损伤激活的标记物，与脑小血管内皮功能紊乱密切相关，但具体机制不明确。后来VIDEM等[15]的试验结果也提示ICAM-1与脑小血管破坏及血脑屏障破坏关系密切。TCHALLA等[16]的研究提示ICAM-1与颅内血管内皮功能损伤密切相关，可能参与了脑白质微结构的损伤过程。国内学者刘向远等[17]也发现腔隙性脑卒中患者的血浆ICAM-1水平显著高于健康对照组，进一步结合影像学比较发现，腔隙性脑卒中患者脑白质疏松程度越严重，血浆ICAM-1水平越高。国内外多个研究均提示ICAM-1可能是脑小血管病的危险因素，但具体机制尚不清楚。

3 脑小血管病目前研究可能发病机制及与ICAM-1的关系

目前对脑小血管病的机制从多个方面进行了研究，但其发病机制尚不能明确，甚至不同研究者研究结果间存有较大分歧。这些有关脑小血管病机制的众多推测中，血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的受损、血管内皮的功能障碍、低灌注所致的脑缺血损伤以及遗传因素在脑小血管病发病中的作用被反复提到，且这些机制并非独立存在，可能有共同的诱发因素，而且会相互影响、相互作用，共同导致CSVD的发生。而国内外大量研究提示ICAM-1可能有参与这些多种机制中，从而发挥作用。

3．1 ICAM-1与血脑屏障的关系 BBB是脑微循环的重要组成部分，是由血管内皮细胞、神经元细胞、神经胶质细胞、周细胞和细胞外基质组成[18]。BBB通透性的变化直接导致神经系统内环境的稳定性的改变。每个神经元都有相应的毛细血管，当BBB受损时，血管中炎性细胞和与炎症相关的蛋白分子会穿透受损的BBB，从而侵害神经元细胞及其周围的胶质细胞。

退行性改变的小血管的闭塞通常见于与血栓性或栓塞性脑卒中相关的脑大血管病变，这可能是腔隙性梗死的合理解释。但这些闭塞是CSVD患者脑部尸检中相当罕见的事件，反而其所有组织病理学特征似乎都是由BBB的破坏引起的，导致血管壁脆性增加与BBB的破坏有关[19]，所以BBB的破坏可能是脑微血管病的一个更重要的原因。

SCHREIBER等[20]对CSVD动物模型大鼠进行纵向研究发现，在早期阶段BBB就发生了微损伤，继而出现多处内皮细胞损伤及管周血浆成分的外渗点。病理学提示脑组织出现微出血及腔隙性脑梗死等病变的部位与BBB的损伤分布一致，说明多处的血管内皮细胞损伤及血管周围血浆成分的渗出可能是CSVD的起点。FARRALL等[21]在CSVD模型中发现BBB的破坏，也有研究[22]提示BBB改变可能导致CSVD。正常脑组织中BBB严格调控脑内的微环境，使脑脊液中的组成细胞及电解质属于平衡状态。脑缺血损害患者脑脊液白蛋白数量明显增加[23]，而脑脊液白蛋白升高是BBB受损的一个标记，提示血液及脑组织中白蛋白通过受损的BBB渗漏到脑脊液中。UENO等[24]对通过双侧颈动脉狭窄制备的大鼠WML模型的研究提示，缺血及低灌注脑组织中可出现明显的BBB破坏。对脑小血管病的病理学研究还发现，脑血管内皮细胞激活和其引起的BBB破坏是脑小血管病的主要特征[25]。

BBB破坏假说[20]认为，当血脑屏障通透性升高时，血液内本来不能透过BBB的脂质、蛋白质、炎症因子及红细胞等物质能够渗透入血管壁和血管周围间隙以及脑组织中，造成其功能损害，导致血管壁增厚，血管管腔变窄及血管周围被渗出液包围，进一步导致LI和脑白质疏松及沿小血管走行扩张的血管周围间隙增宽，严重者会出现血管壁破裂，发生CMB病变；同时也可以引起周围脑组织继发性水肿坏死以及正常的BBB在中枢神经系统中保持独特的微环境。

在神经退行性疾病中，脑内血管周围细胞和脑内微血管的内皮细胞产生多种炎症因子，影响BBB通透性和黏附分子的表达。事实上，细胞因子可以刺激脑微血管内皮细胞上的几种黏附分子的表达。在这些黏附分子中，ICAM-1与其白细胞配体结合，允许活化的白细胞进入中枢神经系统。白细胞向中枢神经系统的募集涉及与血管内皮细胞的相互作用。血流中快速移动的白细胞在选择素诱导并支持下在活化的内皮上滚动。趋化因子、脂质介质和存在于内皮表面的其他促炎分子激活整联蛋白并使细胞牢固黏附。黏附后白细胞可以穿过内皮迁移并进入脑组织。ICAM-1与内皮细胞表面的LFA-1相互作用后促使白细胞黏附、迁移到内皮内[26]。此外，REISS等[27]的研究也提示，ICAM-1和ICAM-2对T细胞的跨内皮迁移至关重要。PRYCE等[28]用大鼠脑微血管内皮细胞分析T细胞如何穿透BBB。LFA-1或ICAM-1的抗体阻断抑制T细胞系迁移至未受刺激的内皮中的对照值的不到10%，且对IL-1h活化的内皮的效力较低。在阻断LFA-1或ICAM-1后，还观察到外周淋巴结淋巴细胞在这种IL-1β活化的内皮细胞中的迁移减少。使用单层人脑微血管内皮细胞的研究也突出了ICAM-1在T淋巴细胞穿过脑内皮屏障的黏附和迁移中的作用。ICAM-1的单克隆抗体显著抑制淋巴细胞与内皮细胞的结合以及跨活化单层的迁移[29]。

健康状态下很少有白细胞穿透BBB，但在病理性中枢神经系统条件下，屏障变得复杂，不仅是白细胞，T淋巴细胞对中枢神经系统的强烈浸润也是疾病发作和进展的基础，如实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)被认为是多发性硬化的动物模型[30]。在EAE和多发性硬化症中，BBB被破坏后其对许多物质更具渗透性[31]。白细胞介导的血脑屏障破坏，然后募集到中枢神经系统确实是几种中枢神经系统疾病的过程特征[32]。多发性硬化衍生的脑微血管内皮细胞表达比相同正常细胞更高水平的ICAM-1[33]。来自多发性硬化患者的循环白细胞表达比正常白细胞更高水平的LFA-1。因此，脑微血管内皮细胞上ICAM-1表达的增加与穿过BBB的白细胞的黏附和外渗相关[34]。总之，ICAM-1的作用是白细胞与脑内皮细胞的牢固结合和迁移中的核心[35]。ICAM-1和脑血管内皮细胞参与促进T淋巴细胞通过BBB的紧密连接(TJ)迁移。关于通过BBB的淋巴细胞迁移的研究表明，ICAM-1在大鼠脑内皮上的交联导致肌动蛋白结合蛋白的磷酸化[36]，同时也参与小GTP结合蛋白Rho的激活以及内皮肌动蛋白细胞骨架的重组以形成应力纤维[37]。通过ICAM-1的信号传导(通过偶联Rho活化和细胞骨架蛋白和转录因子的磷酸化)被证明是细胞通过内皮细胞迁移所必需的[38-39]。故BBB障碍是对CSVD的发生是有责任的，而ICAM-1逃脱不了参与BBB被破坏的过程。

3．2 ICAM-1与内皮功能障碍的关系血管内皮细胞是覆盖于血管内表面的单层细胞，是管壁之间功能和结构的壁垒，在控制血管功能方面起着许多重要作用，血管内皮功能障碍可引起多种疾病。血管内皮细胞能调节血流、控制血浆成分的通透性、影响血小板和细胞因子的黏附和聚集。在脑血管中健康的血管内皮在调节血管作用的稳定性方面扮演重要的角色[40]。脑血管的内皮细胞与周围内皮细胞不同，脑血管内皮细胞质中存在更多的线粒体，结构上存在紧密连接，没有细胞开窗，且细胞胞饮作用很低，细胞中有许多降解酶[41]。

脑微血管内皮细胞是BBB的内层，参与许多生理和病理生理过程，如从血液到大脑的营养物质运输，大脑中关键毒素的输出，循环白细胞的迁移和形成新血管[42]。脑血管内皮功能障碍可导致损害脑自动调节的破坏，诱导促血栓形成改变，被认为在许多病理状况(包括痴呆)中是重要的。KIMURA等[43]的研究中CSVD组患者血清抗内皮细胞抗体水平显著高于健康对照组，提示内皮细胞的损伤可能也是导致CSVD的机制之一。脑小血管疾病相关的众多研究目前广泛应用、探索并有望进一步阐明其分子通路功能及作用，是血和脑脊液的内皮细胞标志物。ICAM-1是血管内皮细胞损伤的生物学标志物之一。ROUHL等[44]的研究表明，血清可溶性ICAM-1及CRP和新蝶呤浓度升高与CSVD相关，提示ICAM-1及炎症反应的过程可能参与了CSVD的发病机制。也有研究提示[45]，正常的脑血管内皮细胞对于脑血流自动调节功能和BBB正常功能的维持起着不可小觑的作用，血管内皮细胞功能损害可能是CSVD发病的重要因素之一。

因基因因素引起的内皮细胞和白细胞上黏附分子的高表达或被缺血、炎症等诱导的细胞因子刺激内皮细胞和白细胞上黏附分子的表达升高，导致白细胞异常多的黏附和透过外膜进入脑实质[46-47]。ICAM-1表达升高可能与MRI上WML的进展有关，一项前瞻性研究支持内皮细胞激活在CSVD发病机制中的作用[48]。近期ZHANG等[49]的研究也显示，血管内皮细胞功能损害在慢性脑低灌注后的ICAM-1和VCAM-1的过度表达和神经元周围胶质细胞的活化引起的脑白质疏松病变中起重要作用。

血管内皮细胞受损后会表达多种细胞因子，诱导单核细胞等从血管内迁移至受损部位，从而引起炎症反应。在老年认知损害患者中进行的研究显示[50]，白质受损以表达低氧相关分子和ICAM-1等内皮标记物为特征，这也支持内皮功能障碍是白质受损的机制之一。

3．3 ICAM-1与脑低灌注的关系目前脑慢性低灌注理论认为脑慢性低灌注在CSVD的发病机制中起关键作用[51]。这可能与脑微小血管的结构改变和脑深部穿支动脉的损伤所导致的脑血流灌注的降低及脑低灌注引起的神经元和神经元周围的胶质细胞的凋亡有关。BAKER等[52]采用单光子发射计算机断层成像技术观察CSVD患者脑组织血流量的研究发现，CSVD患者额叶、颞叶等区域灌注较正常人降低，表明CSVD患者可能存在广泛的脑低灌注。以上结果也间接支持了慢性脑缺血也可能是CSVD的一个重要发病机制的理论。有研究显示，在脑缺血及慢性低灌注时sICAM-1处于高表达状态，最终引起CSVD。HUANG等[49]的研究中，假设ICAM-1和VCAM-1参与了慢性脑灌注不足后的内皮功能障碍和随后的WML病变，用接受双侧颈总动脉结扎术的大鼠做脑组织广泛低灌注动物模型，将其分成硫辛酸组和盐水(载体)组，在灌注不足后1、3、7、14和28 d基线分析ICAM-1、VCAM-1，结果表明，在慢性脑低灌注后ICAM-1和VCAM-1过度表达。

4 ICAM-1的基因多态性与脑小血管病的关系

国内外多项研究提示ICAM-1的基因多态性可能与疾病有关。目前已发现的与疾病有关的多态位点有5个，其中K469E、G241R这两个位点被研究的较多。ICAM-1的基因多态性可能通过其基因产物所表达的活性及功能的变化影响ICAM-1在人机体上的差异性。

国内外多个研究提示，ICAM-I基因多态性与许多心脑血管疾病的发病有关。POLA等[53]对ICAM-1基因多态性进行了一系列的相关性研究，对ICAM-1基因K469E位点基因多态性与缺血性脑血管病的相关性研究结果提示，ICAM-1的K469E基因位点EE基因型可能是缺血性脑血管病的一种危险因素。国内也有研究[54]发现，WML组KK基因型和K等位基因频率均明显高于对照组(50.4% vs 25.3%，73.1% vs 52%，差异有统计学意义(P<0.05)。多元回归分析提示，ICAM-1 KK型与WML的发生相关(OR=2.987，P=0.000 1)。ICAM-l基因KK基因型与WML的发生具有相关性，提示ICAM-l基因K469E多态性可能是中国人WML发病的遗传危险因素，以上研究均提示ICAM-1基因多态性与缺血性脑卒中有关，但缺血性脑卒中为易致病，主要与大动脉粥样硬化型病变和小动脉病变有关，ICAM-1基因多态性与缺血性脑卒中病因分型之间的关系仍需探讨。