脑血管内皮细胞功能障碍与血管性痴呆

张健莉 雷爱弟 (厦门市第五医院神经内科，厦门 361101)

世界卫生组织估计，到2050年，痴呆人口将增加2倍，达到1亿以上。其中，血管性痴呆(VaD)约占15%〔1〕，成为继阿尔茨海默病(AD)之后第二常见的痴呆类型。VaD是一种不可逆的疾病，主要由各种血管疾病，如脑灌注不足、缺氧、缺血和脑卒中等原因导致的，其特点是认知能力逐渐下降，记忆、语言和社交障碍，给家庭、社会和医疗保健系统带来巨大负担。大多数VaD是由大脑灌注不足引起的〔2〕。脑血管内皮细胞(CEC)功能障碍与脑灌注不足相互影响，成为VaD的两大主要诱因。然而，CEC损伤的机制及其对认知的影响尚未完全阐明。本文综述CEC的结构和功能特点，并总结了CEC在低灌注早期损伤的潜在机制。

1 CEC的结构和功能特点

CEC是血脑屏障(BBB)的核心组成部分，严格限制BBB逆细胞和超细胞转运。CEC之间的连接蛋白可分为两种类型：紧密连接(TJs)和黏附连接(AJs)。TJs主要由claudins、occludins和连接黏附分子(JAMS)组成，而血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)是AJs的主要成分。TJs和AJs共同起到封闭CEC之间缝隙的作用，限制亲水分子和血细胞进入大脑。神经元、胶质细胞和脑血管(包括CEC、血管平滑肌细胞和周皮细胞)之间的相互作用形成了一个称为NVU的动态功能单元。NVU各组成部分之间的信号通信，不仅能确保大脑血流量(CBF)的精细调节，满足代谢需要，而且对脑的发育、营养和修复及BBB功能起着重要作用，NVU信号干扰可能是神经损伤、细胞凋亡和神经功能障碍的基础〔3〕。因此，CEC不仅在结构上是BBB的主要组成部分，而且在功能上也是NVU活动的关键环节。

2 脑灌注不足导致CEC功能障碍——VaD前奏

VaD主要由脑血管病引起，年龄、肥胖、高血压、糖尿病、高胆固醇血症、高同型半胱氨酸血症、动脉粥样硬化和脑卒中是导致VaD的危险因素〔4〕，可引起脑灌注不足，导致注意力和记忆障碍及认知障碍。慢性或急性脑灌注不足导致氧化应激和CEC的激活，这是CEC功能障碍和随后的脑损伤基本病理基础。VaD患者常表现为CECs的局灶性改变，包括线粒体含量降低、胞质增多、丢失、BBB血流中断和毛细血管密度降低，这些变化发生在VaD之前。如果能在痴呆症状出现前采取措施改善CEC功能，则可减缓或预防VaD的发展。

2.1CECs的基本病理变化

2.1.1氧化应激 脑血管系统中的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的增加导致氧化应激，这是导致CEC功能紊乱和脑血管疾病发展的主要原因。CECs中ROS的主要来源是数量众多的线粒体。ROS可引起线粒体中谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化剂的功能障碍，导致CECs发生进行性和持续性的氧化应激。老年人CECs中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶(NOX)-2的上调主要是由于主要是由于肿瘤坏死因子(TNF)-α水平在衰老过程中显著升高。NOX-2敲除小鼠表现为突触可塑性和认知能力受损。NOX-2衍生的ROS可能有助于维持CBF和神经功能。另一个值得注意的ROS来源是环氧合酶(COX)-2，在AA催化前列腺素(PG)E2过程中仅释放少量的ROS，其氧化能力不能被忽略，因为在老年人中COX-2活性增加〔5〕。在病理状态下，ROS是导致COX-2过度表达的一个因素。此外COX-2还具有促炎作用。ROS与COX-2的相互作用形成氧化应激和炎症的恶性循环。

脑血管内皮细胞包含多种抗氧化应激的分子和信号通路。核因子E2相关因子(Nrf)-2是一种对氧化应激敏感的转录因子。在氧化应激下可诱导SOD、谷胱甘肽等多种抗氧化酶的表达。过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)γ是参与能量平衡和炎症过程的核心核受体，在Nrf-2、Wnt/β-连环蛋白、FoxO1通路中起关键作用，发挥抗氧化应激作用。研究显示，PPARγ通路在氧化应激过程中具有保护内皮功能的作用。沉默信息调节因子(SIRT)-1在氧化应激中能被激活，抑制NADPH氧化酶，促进锰(Mn)SOD、过氧化氢酶(CAT)及其他一些抗氧化应激的基因的表达〔6〕。FoxO是叉头框(Fox)转录因子家族的成员，在氧化应激过程中起着关键作用，可促使线粒体ROS生成减少，还可诱导MnSOD和CAT的表达。

2.1.2CEC活化 CEC活化被认为是脑衰老过程中的关键初始反应，也是脑血管疾病危险因素的潜在病理变化之一。在管腔内切应力、血管内皮生长因子(VEGF)或ROS改变的影响下，CECs中的钙浓度升高，这是内皮细胞活化的早期原因。将促进CEC表达P-选择素和趋化因子，增强白细胞和血小板的损伤，促进白细胞的牢固黏附和迁移。Toll样受体(TLR)-4/髓样分化因子(MyD)-88/核因子(NF)-κB通路在调节CEC活化中起着重要作用。通过与TLR-4内源性配体的相互作用，如氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)、高迁移率族蛋白(HMG)B1或纤维蛋白，激活TLR-4/MyD-88/NF-κB通路，释放一系列促炎因子。ROS和TNF-α水平升高，能激活IκB激酶(IKK)抑制剂，促进NF-κB的活化。NF-κB的主要靶基因是白细胞介素(IL)-6、IL-1β、单核细胞趋化蛋白(MCP)-1、COX-2、P53、MnSOD和NADPH氧化酶基因〔7〕。它不仅具有很强的促炎作用，而且能促进ROS和RNS的释放，加剧CECs的氧化应激。

人体内有多种抗炎途径。IL-10是一种有效的NF-κB抑制剂，它能降解NF-κB，影响其与脱氧核糖核酸(DNA)的结合，降低相关炎症反应。在动脉粥样硬化和糖尿病模型中，内源性IL-10表达降低，可导致血管功能障碍。上述提到的PPARγ和SIRT1不仅能抵抗氧化应激，而且具有抗炎作用，增强PPARγ和SIRT1的活性可降低CECs的炎症反应，改善神经功能。此外，CECs释放的一氧化氮(NO)生理水平通过激活单磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)发挥抗炎作用，也直接阻断了NF-κB信号通路，从而降低了炎症因子的表达。因此，低浓度的NO对维持正常的血管功能起着不可或缺的作用。

2.1.3内皮型一氧化氮合酶(eNOS)/NO信号通路受损 CECs活化和氧化应激导致eNOS/NO信号通路受损，这是CEC功能障碍的一个重要标志。氧化应激在NO信号损伤中起主要作用，主要表现在以下方面：(1)NO的生成减少。eNOS活性是生成NO多少的决定性影响因素。ROS可通过Ras同源基因家族成员(Rho)A途径降低eNOS活性。过量的ROS可将四氢生物蝶呤(BH4)氧化为BH2，导致eNOS和BH4解耦联。非耦合状态的eNOS无法催化L-精氨酸产生NO，而与氧(O2)相互作用产生超氧化物，被认为是血管内皮中活性氧的来源之一。(2)ROS导致NO生物利用度降低。O2-增多并与NO反应生成过氧亚硝酸盐(OONO-)导致NO减少，这是ROS介导内皮功能障碍的主要机制。OONO-是RNS的一种类型，也是引起氧化应激的主要物质之一。RNS可氧化鸟苷酸环化酶(sGC)并降低其对NO的反应性，导致NO信号转导进一步受阻。OONO-能促进eNOS和BH4的解耦联，降低MnSOD和谷胱甘肽还原酶的活性，增加iNOS的表达，导致广泛的氧化应激。(3)受损的eNOS/NO信号通路可能对中枢神经系统产生严重影响。NO减少或生物利用度降低导致CBF调节障碍，导致脑灌注进一步降低。NO减少也是血管炎症的主要原因。NO降低对血小板聚集和白细胞黏附的抑制作用减弱，不仅促进了CEC活化，而且通过细胞内和跨细胞途径使炎性细胞和毒性蛋白渗入大脑，导致神经毒性效应。eNOS/NO信号通路对维持记忆和学习能力至关重要。由于在CECs中，eNOS/NO信号是产生脑源性神经营养因子(BDNF)的基础，因此对eNOS/NO受损会阻碍BDNF的合成，从而抑制突触可塑性和神经再生，这可能是突触可塑性早期损伤的根本原因之一〔8〕。氧化应激和活化/炎症这两个病理过程通过一系列叠加机制损害CECs中的eNOS/NO信号，最终导致CEC在维持BBB功能和调节CBF方面出现障碍。

2.2CECs功能损害

2.2.1BBB功能障碍 BBB功能障碍是导致VaD的一个非常基础的病理改变。已有研究表明，海马区的BBB损伤情况可预测老年患者的认知损害程度。在年龄、高血压等危险因素与脑灌注不足等因素共同存在的情况下，CECs极易受损。实验已证实，紧密连接和AJ功能障碍导致CECs对亲水性分子或炎性细胞的旁细胞通透性增加。在脑缺氧、缺血或氧化应激中，TJ功能障碍的一些机制已被证实〔9〕。其中，磷酸化肌球蛋白轻链(pMLC)是调节TJ再分配和BBB功能障碍的核心。在从Ca2+高表达到MLC磷酸化的信号转导过程中，RhoA/Rho关联卷曲螺旋蛋白激酶(ROCK)是主要的介导因子。在血红蛋白诱导的BBB受损模型中，RhoA和ROCK2水平显著上调，同时内皮细胞中pMLC增强，紧密连接蛋白(claudin)-5降低，基质金属蛋白酶(MMP)-9增加。还有研究表明，MMP-9可是TJ功能障碍机制之一，而氧化应激则主要是通过蛋白酪氨酸激酶(PTK)依赖的方式或通过磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)途径上调MMP〔5〕。

CEC跨细胞途径转运增加是BBB受损的另一个原因。一些研究表明，脑卒中早期，跨细胞小泡增多似乎发生在TJs功能改变前。细胞外转运的增加与CEC中细胞膜穴样内陷的增加密切相关〔10〕。此外，脑缺血或神经炎症的发生总是伴随着细胞膜穴样内陷的增加和BBB的破坏。发生脑出血后，人窖蛋白(CAV)-1敲除小鼠出现白细胞黏附和MMP-9表达降低〔11〕。细胞膜穴样内陷可介导各种细胞因子和有毒蛋白质进入大脑。细胞膜穴样内陷参与CECs中TNF-α的内噬作用，并通过BBB介导其进入大脑。而CAV-1也能与TJs/AJs相互作用，影响BBB的渗透性。

除了细胞膜穴样内陷的增加，CECs中转运蛋白的功能改变也与跨细胞转运受损有关。氧化应激是转运蛋白功能障碍的主要原因。CEC线粒体直接受到ROS的攻击，腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)生成减少，导致ATP依赖性离子通道和转运蛋白的功能障碍。钠钾泵(Na+-K+-ATPase)、钙泵(Ca2+-ATPase)和ATP结合盒式蛋白(ABC)转运蛋白在CECs膜中的功能可能发生改变，导致细胞内钙稳态失调，eNOS活性降低，BBB受损。此外，由于离子通道功能障碍，CECs和脑实质内、外离子梯度的改变会影响神经元薄膜的去极化，损害神经元和突触功能，最终导致神经元死亡。

2.2.2神经血管解耦联 在脑灌注不足的情况下，神经血管耦合(NVC)被破坏，表现为两方面：CBF失调和CECs对神经细胞的营养作用丧失。由于内皮源性NO在CBF调节中起着至关重要的作用，CEC功能障碍NO的生成会减少，这可能导致神经血管解耦联，这种说法目前存在争议。一项关于eNOS基因缺失小鼠的研究表明，给予ATP和通过触须刺激，躯体感觉区功能性充血减少，这表明eNOS在功能性充血中的作用是必要的〔12〕。而通过比较eNOS突变体和野生型小鼠的CBF增加情况，发现eNOS在功能性充血中的作用并不重要。另一项研究发现，eNOS是人血管生成素(ANG)Ⅱ硝化效应的介质，介导ANGⅡ硝对功能性充血的不利影响〔13〕。NO介导的功能性充血可能主要源自nNOS，而从eNOS衍生的NO的作用程度仍有待进一步研究。

对于神经营养血管耦合(NVTC)，氧化应激导致CECs分泌的BDNF等生长因子下调，引起CECs神经营养功能下降。体外实验表明，脑内皮氧化应激通过β1整合素/整合素连接激酶(ILK)信号传导降低CECs中BDNF的表达，而抗氧化剂可增加BDNF的表达。老年人和高血压、高脂血症患者脑中TNF-α的增加也可能通过与CECs中TNF受体(TNFR)-1结合而降低BDNF的表达。由于正常的BDNF表达依赖于eNOS，当eNOS功能紊乱时BDNF功能也会受损。BDNF水平降低会损害血管生成、神经元存活及突触可塑性，从而发生认知障碍。

2.2.3脑灌注不足、CEC功能障碍和CBF失调的恶性循环 在脑灌注不足的情况下，除了CEC病理和功能发生变化之外，还会损害其他血管部分，加重CBF失调，进一步损害CEC功能。作为VaD的一种类型，伴有皮质下梗死和白质脑病(CADASIL)的大脑常染色体显性动脉疾病表现为Notch-3突变引起的脑血管内在重塑，毛细血管密度逐渐降低和CBF降低。因此，血管结构变化与低灌注的相互作用也是认知障碍的重要原因。脑缺氧时，周细胞常是早期应答器。衰老降低了CECs周围的周细胞覆盖比率；高血压、高同型半胱氨酸血症、糖尿病和CADASIL动物模型中也显示周细胞丢失和退化〔14〕。鉴于周细胞在调节TJs和功能性充血中的作用，周细胞发生变化可影响BBB通透性和NVC，可在认知障碍中发挥作用。脑血管系统的结构改变、周细胞损伤和血管生成减少导致CBF失调、持续性脑灌注不足和持续性CECs损伤，最终损害神经功能。

3 CECs与神经细胞的相互作用-VaD发病

由于CEC损伤，CECs与神经细胞的相互作用受到干扰，导致星形胶质细胞增生、小胶质细胞活化、白质(WM)损伤、突触可塑性受损、神经炎症和凋亡，最终导致认知障碍。

3.1星形胶质细胞增生 星形胶质细胞是大脑中最丰富的细胞，约占中枢神经系统总细胞数的50%。由于星形胶质细胞位于CECs和神经元之间，被认为在血管因素引起的神经元损伤过程中起关键作用。脑血管内皮细胞功能障碍通过多种途径激活星形胶质细胞。炎症时CECs分泌的VEGF可与星形胶质细胞中的血VEGFR-1 结合，并可能通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外信号调节激酶(ERK)和PI3K信号通路促进星形胶质细胞增殖和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)表达。脑纤维蛋白原可能是CECs功能障碍后早期激活星形胶质细胞的信号，通过TGF-β/信号转导蛋白(SMAD2)信号通路促进母体对星形胶质细胞中SMAD2的磷酸化，导致硫酸软骨素蛋白聚糖(CSPG)沉积和胶质瘢痕形成，对神经细胞和BBB的完整性造成严重损害，最终影响认知功能。

尽管有研究发现，在缺氧条件下，星形胶质细胞与内皮细胞共培养可改善内皮细胞间的TJs功能，但胶质细胞过度活化是导致VaD中BBB进一步受损的主要原因〔15〕。缺氧导致星形胶质细胞中低氧诱导因子(HIF)-1α的活化及MCP-1、MMP-13、VEGF和VEGFR-1升高，可导致BBB通透性增加。MCP-1可通过Rho信号通路诱导TJs的再分配，导致CECS细胞旁通透性增加。星形胶质细胞在缺氧状态下释放的MMP-13也可能导致胞质紧密黏连蛋白(ZO)-1和VE-cadherin的损伤。脑损伤后，星形胶质细胞释放VEGF结合VEGFR-1，可通过PI3K/Akt信号通路诱导BBB功能障碍。在动物实验中，VEGF与CECs中的VEGFR-2结合，激活CECs中磷脂酶(PL)Cγ/eNOS通路，介导claudin-5表达下调，在破坏BBB完整性中发挥关键作用〔16〕。

3.2小胶质细胞的激活 小胶质细胞是大脑中的永久性免疫细胞，约占中枢神经系统细胞总数的16%。已证实小胶质细胞激活可降低突触可塑性，并直接影响大脑的长时程增强(LTP)，导致认知障碍。当中枢神经系统组织发生损伤，小胶质细胞迅速被激活。活化的小胶质细胞表现为抗炎表型(M2型)或促炎表型(M1型)。M2型小胶质细胞分泌保护性细胞因子，减轻免疫反应，消化坏死组织的碎片，促进神经元的存活和修复，而M1型小胶质细胞的过度激活主要导致大脑的炎症环境，不仅对BBB造成进一步损害，还导致神经元和少突胶质细胞损伤。

小神经胶质细胞在低灌注时被激活，与血管性疾病的WM损伤和认知功能障碍密切相关。慢性低灌注导致CEC功能障碍，导致纤维蛋白原和炎性细胞通过被破坏的BBB进入大脑组织，保持M1型小胶质细胞活化。研究表明，进入脑实质的纤维蛋白原可与小胶质细胞上分化抗原(cd)11b/CD18的整合素家族结合，促进小胶质细胞在血管损伤部位的活化和聚集〔17〕。实验表明，CECs分泌的MMP-3在缺氧和缺糖条件下也能激活小胶质细胞〔18〕。此外，MMP-3缺乏的胶质细胞能显著降低小胶质细胞的活化。M1型小胶质细胞的活化会严重损害BBB的完整性，被激活的小胶质细胞是大脑中MMPs和ROS的主要来源。小胶质细胞大量表达MMP-2/-3/-9，能降解基膜(BM)和TJs，导致BBB被破坏。活化的小胶质细胞释放活性氧，通过Rhoa/PI3K/Akt途径，诱导TJs再分配，并影响上述BBB功能。

3.3脑WM病变 大脑皮层是人类的高级神经中枢，与认知功能密切相关。然而，WM在认知功能中的作用越来越受重视。WM占大脑体积的一半左右，对CBF的变化很敏感，在灌注不足时容易受损。VaD危险因素导致内皮功能障碍和CBF失调，增加了WM对病变的敏感性。在自发性高血压大鼠中，渐进式脑灌注不足会导致WM稀薄和空泡化，可在WM中检测到髓鞘轴突的弥漫性损伤〔19〕。少突胶质细胞(OL)丢失和脱髓鞘，是WM病变的两个主要特征。

3.3.1OL损伤和脱髓鞘 成熟的OL包裹轴突形成富含磷脂的节段性髓鞘，不仅促进神经冲动的快速传导，还能通过分泌多种营养物质为轴突提供营养支持，从而促进轴突的生长和存活。OL损伤可导致脱髓鞘和轴突变性。慢性脑灌注不足对髓鞘的完整性产生显著影响，最终导致认知功能障碍。血管性疾病患者的髓鞘密度和少突胶质细胞前体细胞(OPCs)数量明显减少。在VaD患者或动物模型中一些髓鞘蛋白也有显著改变〔20〕。如对缺血和缺氧高度敏感的髓鞘碱性蛋白(MBP)和髓鞘相关蛋白(MAG)在VaD患者的大脑中的表达均显著降低。蛋白脂蛋白(PLP)-1的表达随着VaD的严重程度而增加，而MAG与PLP-1之比则显著降低。研究发现，TJ中断后，TNF-α和纤维蛋白原进入脑组织可引起脱髓鞘。在脱髓鞘区，纤维蛋白原、增生的星形胶质细胞和活化的小胶质细胞共存，提示纤维蛋白原和胶质细胞活化可能是导致OL功能障碍的主要原因〔21〕。在低氧条件下，乳酸可优先作为其能量来源。OL表达大量的乳酸转运蛋白、单羧酸转运蛋白(MCT)-1，可从星形胶质细胞中获得乳酸。低灌注时星形胶质细胞分泌的乳酸减少，MCT-1活性降低，导致向OL供应的乳酸减少，使OL受损或凋亡。在BBB受损的情况下，OL中的(P2X7)可与神经元和星形细胞释放的ATP结合，从而导致钙流入增加，并导致OL持续损伤。一些研究表明，在缺氧状态下，ATP供应减少导致Na+通道不完全失活和Na+/Ca2+交换器功能障碍，并提高细胞内Na+和Ca2+浓度，导致谷氨酸转运体(GLT)-1功能逆转，释放大量谷氨酸〔22〕。过多的谷氨酸将过度激活AMPA/KA型谷氨酸受体，导致OL中锌的积累，并以聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)-1依赖的方式激活ERK-1/2信号转导途径，最终导致OL死亡。此外，有研究发现MMP-2可降解MBP，可能是脱髓鞘的一个原因〔23〕。NF-κB通路的激活对OL具有强烈的破坏作用，而敲除IκB2可显著减少OL丢失。脱髓鞘导致神经冲动传导减慢，记忆和认知形成路径受阻，导致认知功能障碍。

3.3.2髓鞘再生障碍 CEC功能障碍及由此产生的大脑炎症环境和氧化应激可降低少突胶质前体细胞(OPCs)的迁移和增殖能力。继而，氧化应激可导致促进OPCs分化的基因表达降低，从而阻止OPCs分化。来自CEC和小胶质细胞的ROS降低了谷胱甘肽(GSH)水平，导致OPCs中自由基增加，使OPCs分化为成熟OLs的能力减弱。当纤维蛋白原进入脑组织时，可激活骨形态发生蛋白(BMP)信号通路，促进OPC中SMAD-1/5/8磷酸化，抑制OPC分化，从而抑制髓鞘再生。研究显示，随着小胶质细胞的过度活化，OPCs的增殖受到了明显抑制〔24〕。在小胶质细胞与OPCs共培养中，活化的小胶质细胞通过热休克蛋白(HSP)60/TLR-4/NF-κB信号通路可诱导OPCs细胞凋亡。透明质酸酶(PH)20在损伤状态下可降解透明质酸，其裂解产物可抑制OPCs的分化和成熟，从而阻碍髓鞘再生。OPCs损伤后可表达MMP-9，从而具备降解BBB的能力，导致其功能障碍加剧。此外，WMH区域的BBB完整性显著降低，这反过来会加重WM的损害。

3.4神经元损伤

3.4.1轴突损伤 轴突在神经元信号传播中起着关键作用。髓鞘、神经元线粒体功能和能量供应都能影响轴突功能。VaD模型大鼠呈现明显的髓鞘丢失和轴突损伤现象〔25〕。脱髓鞘破坏轴突乳酸供应。脱髓鞘可导致OL-胰岛素样生长因子(IGF)-1和胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)增加轴突长度并促进神经元存活的能力减弱。此外，髓鞘丢失后，轴突直接暴露于脑实质的炎症环境中，影响轴突能量合成，从而改变Na+-K+-ATP酶的活性，引起Na+和Ca2+超载和轴突血流紊乱。实验证实，星形胶质细胞可通过MCT-1/2/4直接向轴突供应乳酸，在轻度缺氧条件下维持正常的生理功能〔26〕。在灌注不足时CECs和星形胶质细胞中的葡萄糖转运蛋白(GLUT)-1和MCT-1/2/4功能障碍可能导致轴突乳酸供应中断，导致轴突损伤或变性。乳酸参与了LTP的维持过程，对记忆形成至关重要。此情况下，中断乳酸供应可能是导致VaD认知障碍的一个原因。此外，大量线粒体的存在使轴突成为脑损伤后活性氧的主要来源，因而成为氧化应激的主要靶点。与年龄相关的活性氧诱导的线粒体功能障碍和内源性抗氧化剂减少，增加了线粒体氧化应激导致轴突损伤的可能性。

3.4.2突触可塑性损伤 突触可塑性是指突触的数量、形态和功能发生长期变化的特征，是认知功能和记忆储存的神经生物学基础。LTP是一种典型的突触可塑性增强类型，是长期记忆的主要分子机制。在患者或动物模型中，突触相关蛋白的表达可在AD发病早期发生变化。尽管相关数据仅限于VaD方面的研究，突触可塑性的变化不如AD那么明显，但现有数据证实了在VaD患者和动物模型可见LTP受损和默突触增加〔27〕。

脑血管内皮细胞功能障碍可直接影响突触可塑性。大量的研究表明，来源于e-NOS的NO是维持大脑皮层和海马突触功能的关键信号分子〔28〕。研究发现，在海马区，eNOS仅在CECs中表达。因此，CECs中NO信号的变化可能是导致突触可塑性损伤的早期原因之一。由于eNOS/NO活性的破坏而导致BDNF表达降低也可能是突触可塑性受损的原因。CEC功能障碍引起的小胶质细胞活化和星形细胞增殖可直接影响突触可塑性。活化的小胶质细胞大量表达iNOS，NO释放量远超过生理要求，进而抑制LTP形成。脑缺血后，阻断iNOS可恢复LTP，提高患者行为能力。

3.4.3神经元凋亡 慢性低灌注可导致神经细胞凋亡，这与CEC功能障碍直接相关。CECs的屏障功能受损，纤维蛋白原、免疫球蛋白G和白细胞进入脑实质，引起神经元细胞凋亡。过量NO导致S-亚硝基化纤维蛋白原诱导神经元凋亡蛋白caspase-3的表达，导致神经元凋亡。白细胞浸润释放多种有毒蛋白质，导致神经元损伤和死亡。低氧条件下淋巴细胞浸润释放神经毒性颗粒酶(Gra)-B，与PARP和caspase-3结合，导致神经元死亡。此外，Gra-B可激活PAR1/PLCβ-IP3信号通路，导致神经元死亡，IL-1β可进一步加强此反应。CEC表达的MMP-9也在神经元死亡中起作用。体外实验发现，在缺血缺氧条件下，神经元与表达MMP-9的CECs共孵育可导致神经元凋亡，这可能与凋亡信号调节激酶(ASK)-1的激活有关，可抑制PI3K/Akt/Nrf2/HO-1信号，上调COX-2，导致AD对神经元凋亡有影响〔29〕。在炎症条件下，活动的MMP在神经元核中的表达也会增加，通过切割PARP-1，导致神经元DNA损伤和DNA修复能力受损，最终导致神经元凋亡。此外，小胶质细胞的活化，成为TNF-α、IL-1β、ROS、过量NO和各种趋化因子的主要来源，也是造成神经元死亡的主要原因。TNF-α和IL-1β都能促进细胞内和细胞外谷氨酰胺酶1的表达，引起细胞内和细胞外谷氨酰胺的积累，导致神经元死亡。TNF-α还通过激活NF-κB通路，抑制星形胶质细胞GLT-1的功能，导致细胞外兴奋性谷氨酸盐过量。老年人脑中TNF-α水平升高，通过玻连蛋白受体(VNR)促使应激神经元被吞噬，导致神经元丢失。激活的星形胶质细胞也可通过释放炎症介质引起神经元损伤或死亡，激活星形胶质细胞过度激活可分泌脂质运载蛋白(LCN)2来促进海马神经元凋亡。

3.4.4神经再生受损 普遍认为，星形胶质细胞过度增殖会形成胶质瘢痕，阻碍轴突的生长，其中，蛋白多糖(CSPGs)可能发挥主要作用。然而，星形胶质细胞瘢痕是有助于轴突再生的。另一方面，OL表达的轴突抑制蛋白可抑制损伤后轴突再生，从而导致轴突持续丢失。在生理条件下，分别由OL、actin和勿动蛋白(Nogo)-a表达的髓鞘相关糖蛋白(MAG)和少突胶质细胞髓磷脂糖蛋白(OMgp)可作用于Nogo66受体(NgR)，并通过RhoA/ROCK途径抑制轴突过度生长。然而，研究表明，缺氧和缺血可导致NGR过度表达，从而激活RhoA/ROCK信号通路并抑制轴突再生〔30〕。

在脑缺血缺氧的情况下，成人脑室下区(SVZ)的神经干细胞可迁移到神经元损伤区，开始神经再生。神经干细胞的迁移分化受其再生能力的影响。源于CECs的BDNF是促进NSC迁移的关键因素。氧化应激和炎症导致BDNF降低和神经再生受损。纤维蛋白原也可介导轴突生长抑制。进入大脑的纤维蛋白原与神经元β3整合素结合，诱导神经元中的表皮生长因子受体(EGFR)磷酸化，从而抑制轴突的生长。CECs和小胶质细胞都会产生大量的NO，这会损害神经再生。研究发现，大量的NO可促进神经干细胞向星形胶质细胞分化，减少神经元的发生，从而损害损伤后的神经元再生〔31〕。

综上，VaD是由老年人和多种血管危险因素引起的。现有或继发的CEC功能障碍可视为VaD的基本病理学表现。eNOS/NO信号通路受损在CEC功能障碍和随后的神经损伤中起主要作用。因此，针对CECS中的ENOS/NO信号通路的治疗不仅可保护CEC功能，还能间接起到保护神经的作用。另一方面，CECs屏障功能减弱是导致认知功能下降的主要原因。在此过程中，RhoA信号通路的激活增加了细胞旁通透性，促进白细胞和血浆蛋白进入大脑，是神经胶质激活和神经元损伤的主要原因之一，但对中枢神经系统疾病，特别是在VaD中的研究却很少。CAV-1在CECs的跨细胞通透性中起着关键作用，也可能成为未来治疗VaD药物的靶点。此外，由于CEC功能障碍的发生先于VaD发病，预防高危人群CEC功能障碍的措施将有助于降低VaD的发病率。预防高血压、高脂血症、糖尿病、动脉粥样硬化等疾病的措施，可减少CECs的损害和血管结构变化，从而达到预防老年人发生VaD的目的。