脑小血管病性认知障碍患者血浆外泌体的研究进展

孙文强,贺梦菲,刘 平,谭 琳,尹昌浩,赵维纳

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院神经内科,黑龙江 牡丹江 157011)

我国正在进入人口老龄化社会,认知障碍患者将逐年增加。目前,血管因素导致的认知功能障碍在老年人中非常多见,成为继阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)导致痴呆之后的第二大病因。CSVD是血管性痴呆最常见原因,通常与AD一起发生,并加重由此引起的认知障碍。除了大血管病变的卒中能够导致认知水平下降外,越来越多的研究证明,CSVD亦是导致早期认知水平下降的重要原因[1]。外泌体( Exosomes) 是一种由体内大多数细胞主动分泌的大小及形态均一、携带多种信号分子的膜性小囊泡,广泛存在于人体尿液、血液、脑脊液及乳汁等多种体液中[2]。由于外泌体的运输功能使其与免疫反应、病毒致病性、妊娠、心血管疾病、中枢神经系统相关疾病和癌症进展有关[3]。随着外泌体分离及鉴定方法的不断更新,使研究者可以对更多的外泌体内容物进行分析。大量研究证实血浆外泌体的部分内容物如特异蛋白、RNA等与认知障碍的发生密切相关。所以阐明血浆外泌体与CSVD所致认知障碍的关系,对于CSVD的早期诊断及治疗起到很重要的作用。

1 CSVD性认知障碍

脑白质结构完整性和网络连通性决定了CSVD患者的脑适应能力,并且介导了CSVD对认知和发展为痴呆的影响。有研究显示与CSVD脑部改变相关的全脑负担是长期认知下降和功能残疾的有力预测因子,白质高信号、腔隙、灰质和海马体积的联合测量可以作为与血管性认知损害相关的成像标志物[2]。有一项荟萃分析显示,CSVD的各类型可以导致缺血性和出血性卒中的高发生率,而且各类型与痴呆、抑郁以及更高的全因死亡率相关[4]。已有研究证实,CSVD尤其是影像学类型表现为多发性腔隙灶及白质疏松的患者更易并发认知功能障碍,主要表现在执行力和注意力功能受损。

1.1 腔隙性脑梗死与认知障碍已有大量研究证实多发腔隙性脑梗死患者梗死体积及数量与认知功能障碍程度呈正相关,主要集中在颞叶、顶叶及额叶。一项纵向研究发现,腔隙性脑梗死患者在多年后出现认知障碍、身体损害和抑郁是常见且相互关联的[5]。有研究显示不典型腔隙性脑梗死的患者,认知障碍主要表现在执行功能及主动性思维受损[6]。一项在社区中进行的研究通过MRI检测将受试者分为脑白质高信号、腔隙性脑梗死等组,对各组的认知功能进行评估,结果显示与正常对照组相比CSVD组各组具有更低的认知评分[7]。因此,腔隙性脑梗死是血管性认知障碍的重要预测因子[8]。

1.2 白质高信号与认知障碍大脑中出现白质高信号的部位血脑屏障的通透性增加,而血脑屏障通透性的增加所致的低灌注、炎性改变和血管淀粉样变等是血管性认知障碍的预测因素。研究显示血脑屏障功能障碍是CSVD和血管性认知障碍甚至痴呆的重要原因[9]。白质高信号对认知的影响与皮质萎缩有关,CSVD对临床状态的影响在一定程度上是由脑萎缩和皮质形态的改变介导[10]。有研究者认为神经血管单位失调、白质变性和执行功能障碍是血管性认知障碍和AD共同的特征[11]。因此阐明白质高信号的发病机制,对早期认知障碍的研究有很大作用。

2 CSVD及其所致认知障碍的发病机制

2.1 CSVD发病机制CSVD的发病机制尚未完全明确,Joanna等人[12]认为血管神经胶质神经元单元的一些细胞和功能成分代表了脑小血管疾病的发病机制可能的切入点,如内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞、神经元和细胞外基质等,表明内皮和血脑屏障的改变可能是CSVD背后的驱动力。

2.2 CSVD性认知障碍的发病机制CSVD性认知功能障碍的机制目前尚不明确,目前公认的是皮质-皮质下纤维回路受损学说和长纤维受损学说。有研究者通过检测轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment,MCI)CSVD患者与认知正常的CSVD患者在结构连通性方面的潜在差异,结果显示认知障碍的CSVD患者已经存在结构连接中断,额区和顶区连接中断的程度和强度可能是CSVD认知损害机制的基础[13]。很多临床研究表明,在患有卒中、认知障碍或脑小血管疾病影像特征的患者中检测到血脑屏障功能障碍[12]。CSVD与认知障碍的发生密切相关,但发病机制尚不明确,CSVD性认知障碍主要的发病机制为皮质-皮质下纤维通路受损,在发病过程中会形成特定的病理改变,这些病理改变不仅在脑脊液中可以检测到,目前的研究证实在血液中也可以找到特定的生物标志物,比如外泌体及其内容物,为我们进一步研究提供了依据。

3 血浆外泌体与CSVD性认知障碍

CSVD是导致血管性认知障碍的主要原因之一。已有研究提示,脑血管疾病与AD密切相关[14],且血管性认知障碍与AD有着相同的危险因素和共同的病理改变,比如Aβ、tau缠结等。外泌体是神经变性疾病相关肽Aβ、tau、朊病毒、α-突触核蛋白等的载体,造成“毒性”蛋白散布,从而导致神经变性疾病。由于神经元外泌体能够自由通过血脑屏障,并稳定存在于血液中,不仅容易获取且携带了其来源细胞内的特异性物质,使得血浆外泌体部分内容物在认知障碍的发生与发展中具有很大的研究价值。已有研究者在外泌体中检测到Aβ和PrPc两种膜蛋白,但其他膜蛋白尚未得到证实[15]。外泌体可促进Aβ在细胞外囊泡中的积聚,从而介导血管性认知障碍的脑内病理改变。大量的研究证实,血浆外泌体内容物如RNA、突触相关蛋白等与CSVD性认知障碍密切相关。

3.1 血浆外泌体RNA与CSVD性认知障碍外泌体RNA在肿瘤的发生发展中的作用已经取得了大量的研究进展,在神经系统疾病中的作用也得到了广泛关注。已有研究者提出循环微 RNA(miRNA)可作为各种疾病的诊断生物标志物。MiRNA-134被称为脑特异性miRNA,与树突和突触功能障碍的进展有关。有研究将成年大鼠按照缺血性卒中、CSVD进行分组,与健康大鼠相比,miRNA-17-5p、-20b-5p和-93-5p(miRNA-17家族成员)和miRNA-27b-3p的水平在实验组大鼠中显著增加,小血管病变大鼠miRNA水平始终最高,证实了miRNA-17家族成员循环细胞外囊泡水平的改变可能反映了SVD的慢性后遗症[16]。有研究表明血浆miR-409-3p、miR-502-3p、miR-486-5p和miR-451a可用于区分小血管性血管性痴呆与健康对照[17]。micRNA的部分亚型可以用来区分血管性认知障碍和AD[18]。并且CSVD患者血清miRNA155水平的变化可能是其自我保护机制之一[19]。可以看出血浆外泌体RNA在CSVD性认知障碍发生中起到重要作用。

3.2 血浆外泌体突触蛋白与CSVD性认知障碍血管性认知障碍的发生与突触功能的改变有着密切的联系。外泌体中的特异性突触蛋白的改变与血管性认知障碍和AD患者认知功能减退有关。由于NPTX2和NRXNSα、AMPA4和NLGN1等蛋白与兴奋性突触活动相关,研究者通过对于这两对专门的突触蛋白的血浆外泌体水平进行定量检测以评估其生物标志物特征,结果显示这些特异性兴奋性突触蛋白的血浆外泌体水平的降低可以指示认知丧失的程度[20],故血浆外泌体中的特定的突触蛋白水平随着AD的进展而下降,可以作为临床前AD认知障碍的生物标志物。而先前关于血管性认知障碍的研究多集中在脑内神经元丢失,由于轴突和髓鞘的破坏影响认知功能,近期的研究显示血管性认知障碍与突触功能受损有关。轻度认知障碍患者的血浆外泌体中的Aβ1-42浓度显著增加,而神经颗粒素(Ng)、突触素、突触结合蛋白浓度显著降低[21]。脑脊液Ng含量增高与轻度认知障碍(MCI)患者的记忆和执行功能下降相关,所以脑脊液Ng可作为认知的生物标志物[22]。研究发现正常老年人血浆外泌体中淀粉样蛋白、tau蛋白和组织蛋白酶在3至11年随访逐渐升高,而Ng逐渐下降,但降低的水平尚未达到血管性痴呆[23]。血浆中NDEs中神经颗粒素在血管性痴呆患者中有所降低,并且在血管性痴呆数年前就可以出现下降。当前对于外泌体突触蛋白的研究主要集中在脑脊液中,对于血液的研究较少,但由于血液标本的易获得性和费用便宜等优点,使得寻找血液中的生物标志物成为研究热点。

4 总结

CSVD性认知障碍的发病率逐年增高,给社会、家庭及个人带来了很大的负担,寻找CSVD的生物标志物成为了当前的研究热点。由于外泌体独特的结构和功能,使其能够自由通过血脑屏障,并稳定存在于血液中,结合血液标本的易获得性等优点,具有多种不同的潜在应用前景。血浆外泌体在CSVD中起到很重要的作用,它不仅作为细胞代谢废物排泄过程的运载体,还参与致病物质在细胞间的传递与播散,在神经元保护、变性以及死亡多个过程发挥作用,使得检测血浆外泌体内容物在CSVD性认知障碍中的改变有了理论依据。对血浆外泌体更深入的研究,寻找CSVD性认知障碍新的生物标志物,有利于寻找药物作用的新靶点,给治疗CSVD及控制其进展带来新的方向。