动脉粥样硬化性脑小血管病的发病机制及危险因素研究进展

李媛铃，习玲

山西医科大学第一临床医学院，太原 030001

脑小血管病（cerebral small vessel disease，CSVD）是指各种病因影响脑内小动脉及其远端分支、微动脉、毛细血管、微静脉和小静脉所导致的一系列临床、影像、病理综合征［1］。CSVD常见的影像学表现包括近期皮质下小梗死、腔隙、脑白质高信号、血管周围间隙扩大、脑微出血和脑萎缩［1］。动脉粥样硬化性脑小血管病（arteriosclerotic cerebral small vessel disease，aCSVD）作为CSVD的主要亚型之一，又被称为年龄和血管危险因素相关的小血管病［2］，是一种动态变化的全脑功能紊乱性疾病。随着人口老龄化社会的到来，aCSVD发病率逐年升高，aCSVD负担逐渐加重，患者可出现卒中、认知障碍、运动障碍、情感障碍和尿便障碍等多种症状［1］，严重危害老年人的生命健康和生活质量，违背健康老龄化社会理念，所以对aCSVD的防治至关重要。目前越来越多的研究认为，慢性炎症反应、脑内皮功能障碍、血脑屏障（blood brain barrier，BBB）功能障碍及其相互作用是aCSVD的发病机制，多种炎症细胞、免疫细胞、炎症介质和细胞因子共同参与、相互作用，造成脑实质的损害。aCSVD的危险因素众多，分为可干预危险因素和不可干预危险因素，其中高血压、2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）的患者较正常人更易发生aCSVD，是最重要的可干预危险因素。近年来，随着人们对肠道菌群及代谢产物的认识，肠道微生物失调也逐渐成为一种新的危险因素进入大众视野。这些危险因素通过复杂的机制最终造成脑功能紊乱，常见的机制包括慢性低灌注、内皮功能障碍、BBB破坏和炎症反应等，促进了aCSVD的发生发展。现将aCSVD的发病机制及危险因素综述如下。

1 aCSVD的发病机制

由神经元、星形胶质细胞、血管内皮细胞（endothelial cells，ECs）、周细胞等构成的神经血管单元（neurovascular unit，NVU）维持大脑的正常功能运行，这些细胞相互作用，共同调节脑内营养物质合成及代谢产物清除，参与调节脑血流量（cerebral blood flow，CBF）及维持和修复髓鞘。aCSVD是一种缓慢进展的脑微血管疾病，慢性低度炎症持续存在，造成NVU结构及功能改变，包括ECs及由其组成的重要结构BBB，损伤的ECs及BBB会进一步加重中枢神经系统炎症，形成恶性循环，脑功能发生紊乱。所以，aCSVD的发病机制目前可概括为慢性炎症反应、脑内皮功能障碍、BBB功能障碍及其相互作用。

1.1 慢性炎症反应 不同于急性炎症，aCSVD的慢性炎症反应是指危害因素刺激免疫细胞，进而产生低水平的炎症介质，表现为循环中促炎症介质水平升高，包括白介素、肿瘤坏死因子（TNF-α）、C反应蛋白（CRP）等，促炎症介质水平的升高又会促进免疫细胞及炎症细胞的活化，导致产生更多的促炎症介质，促进全身促炎环境的产生。

小胶质细胞是大脑的先天免疫细胞，使用PK11195正电子发射断层扫描发现，aCSVD患者体内小胶质细胞活化上调，中枢神经系统神经炎症被触发［3］。构成NVU的ECs感知到动脉粥样硬化等危害因素带来的细胞损伤，将信息传递给小胶质细胞，使其激活到炎症M1状态，进而触发邻近星形胶质细胞的激活。激活后的细胞会产生炎症信号，失调的细胞因子持续产生，导致慢性炎症状态。同时，受损的脑微血管ECs表达如细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1， ICAM-1）、血管细胞黏附因子-1（vascular cell adhesion molecule-1， VCAM-1）等黏附分子的水平上调，血流中快速移动的白细胞黏附作用增强，通过配体与黏附分子结合，使白细胞顺利穿过内皮间隙迁移并进入脑实质。浸润脑实质内的T细胞可直接促进内皮功能障碍，也可通过微血管堵塞和血栓形成造成脑灌注减少，影响正常脑功能。脑小血管病动物模型-SHR大鼠脑血管内发现大量T细胞，证实了适应性免疫应答促进了aCSVD的发生发展。此外，浸润脑实质的中性粒细胞通过持续释放基质金属蛋白酶-9（Matrix metalloproteinase-9，MMP-9），降解BBB的基底膜，导致BBB损伤［4］。在这些损伤位点，更多的ECs被激活，激活后的ECs黏附分子的表达上调，更多的白细胞通过黏附作用穿过损伤位点进入脑实质，导致进一步的白细胞的聚集。大量进入脑实质的白细胞又会与血管周围细胞如星形胶质细胞和小胶质细胞相互作用。一方面，白细胞会产生IL-1、IL-6和TNF-α等炎性细胞因子，这些细胞因子激活小胶质细胞和星形胶质细胞，从而产生更多的细胞因子，导致炎症的级联反应。小胶质细胞表面受体具有多样性，可以检测到这种有害刺激，如小胶质细胞表面的NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3， NLRP3），在损伤相关分子模式作用下，形成具有蛋白酶活性的NLRP3炎症小体，并利用其蛋白酶特性产生活性形式的细胞因子IL-1［5］；另一方面，白细胞分泌的细胞因子IL-1刺激星形胶质细胞，黏附分子表达增加，白细胞聚集增加，从而导致产生促炎环境。最终，细胞因子和趋化因子释放的恶性循环随之而来，启动炎症增量过程并破坏脑组织。

在上述过程中，全身炎症因子如CRP、IL-6、TNF-α和血管炎症因子如同型半胱氨酸、黏附分子ICAM-1与VCAM-1协同驱动aCSVD病理过程的发展［6］。IL-6通过刺激产生纤维蛋白原和纤溶酶原激活物抑制剂-1促进血栓形成，损害纤维蛋白溶解，使血液更易于凝固，加速脑组织缺氧［5］。CRP作为一种非特异性的炎症和组织损伤系统标志物，受促炎细胞因子IL-6、IL-1、TNF-α的调节，血浆CRP水平通过降低内皮一氧化氮合酶（endothelial NO synthase，eNOS）的表达和生物活性，减少一氧化氮（NO）的产生以及增加血管收缩剂和黏附分子ICAM-1、VCAM-1的释放，对ECs有直接影响，从而在内皮功能障碍中发挥作用［7］。

1.2 脑血管ECs功能障碍 在脑组织中，ECs是BBB和NVU的重要组成部分，在维持脑内环境稳态具有重要作用。aCSVD微血管历经中膜平滑肌细胞减少、内部弹性层变性、成纤维细胞增生、纤维透明物质和胶原沉积等一系列病理变化，形成狭窄、细长曲折、不灵活的透明样变管腔［2］。在此过程中，脑血管ECs功能尤其是舒缩功能发生改变［8］，最终导致小血管自我调节受损，进而CBF减少，造成慢性脑灌注不足的脑损害表现。

ECs调节CBF的主要机制为产生和释放的血管活性分子扩散到特定的分子靶点，使血管平滑肌细胞发生内皮依赖性的超极化，血管扩张［2，9］。NO作为血管活性分子的典型代表，除调节CBF外，还能抑制血小板的凝聚，具有抑制动脉粥样硬化形成的作用。但研究［10］发现，aCSVD患者脑内皮内eNOS和NO的含量降低。此外，血浆中的内皮素-1（Endothelin-1，ET1）可直接作用于平滑肌细胞引起血管收缩，是维持血管内稳态的另一个重要调节因子。同健康组相比，检测到aCSVD患者血浆中ET1升高，NO和ET1之间的动态平衡被打破，小血管自我调节受损，血管舒缩障碍，CBF减少；而且发现aCSVD患者血液中同型半胱氨酸（Hcy）、血管性血友病因子（vWF）、血栓调节蛋白（TM）等内皮损伤指标升高，间接表明aCSVD患者存在内皮功能损伤，且应用他汀类药物可以改善aCSVD患者内皮功能，甚至逆转脑内皮功能障碍，延缓aCSVD及认知障碍程度的进展［11］。

1.3 BBB功能障碍 BBB主要由ECs、基底膜、星形胶质细胞终足和周细胞组成。目前，动态对比增强MRI（DCE-MRI）成为评估aCSVD患者BBB功能的新的成像技术［2，12］。多项临床研究［13-14］表明，在合并卒中、认知障碍或有影像学特征性改变的CSVD患者中，可观察到BBB渗漏，结合aCSVD动物模型的纵向研究，这种微损伤在早期阶段就已发生，而且BBB损伤程度与脑白质高信号负荷及认知障碍相关。

ECs之间形成的紧密连接是维持BBB功能的关键结构之一，其中由ECs表达的Claudins和Occludins是重要组件，形成BBB的初级封口。一项研究［15］发现，ECs功能障碍导致Claudins表达减少，而且ECs释放的MMP2和MMP9促进Claudins降解，通过影响紧密连接的分布及含量导致BBB通透性改变。受损的BBB增加血管的渗漏，导致血管周围间隙扩大。血管周围间隙作为脑内类淋巴系统的一部分，其功能失调可能会影响间质液的引流，并阻碍组织中代谢物的清除，加重小动脉壁硬化程度，从而导致小血管舒张功能障碍，影响氧和营养物质的运输，长期的慢性脑缺血与低灌注使脑实质局部损伤，其中外渗的纤维蛋白等大分子物质能阻碍少突胶质细胞前体细胞的成熟，从而抑制髓鞘的修复，这些损伤进一步导致神经功能损伤，出现脑微出血及脑白质高信号等影像学改变［16-17］。

2 aCSVD发病的危险因素

aCSVD是一种多因素作用的疾病，可干预危险因素的研究有助于寻找防治途径。高血压、T2DM主要通过内皮功能障碍、BBB功能障碍、慢性脑灌注不足等机制促进aCSVD发生发展。它们可引起微小血管损伤，出现动脉硬化、管壁增厚、管腔变窄甚至闭塞，导致CBF降低，进而慢性脑缺血引起髓鞘脱失，出现脑白质微结构改变，进展为脑白质高信号影像学改变；小血管的急性闭塞导致局部急性缺血，引起皮质下小梗死。因此，高血压、T2DM是aCSVD常见的血管危险因素。肠道微生态影响包括脑在内的多个靶器官，“微生物-肠道-大脑轴”的提出使aCSVD的认识进入新的层面，肠道微生物失调会通过此轴促进aCSVD患者慢性炎症状态的产生，肠道微生物失调因此也逐渐成为aCSVD发病的重要危险因素之一。

2.1 高血压 BBB渗漏似乎在高血压患者中更为普遍。血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）与高血压患者活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生和血管损伤进展有关。FARACO等［18］在慢升压小鼠模型中检测到BBB对荧光素钠和FITC-葡聚糖的通透性增加，并在电子显微镜下观察到，Ang Ⅱ沿紧密连接穿过血管内皮并到达血管周围，证实Ang Ⅱ与脑内血管周围巨噬细胞上的AT-1受体结合会增加NOX-2酶和ROS的过度产生，导致BBB功能损伤和认知功能下降。小动脉重塑是高血压中靶器官损伤的早期表现，阻力动脉（内径＜200 pm）血管重塑特征为腔径缩小而不伴管壁物质数量变化，称为“营养性良性内向性重塑”。血管重塑短期作为机体的保护机制，但长期内向性重塑和动脉僵硬可导致血管阻力增加，限制了血管舒张储备，最大管腔扩张减少，从而对CBF产生负面影响［19］。血压在一天内的波动程度被称为血压变异性，受神经体液和心血管调节系统的动态调节，呈现出“双峰一谷”的血压波动趋势。随着年龄增加，血管壁动脉粥样硬化程度增加，出现血压非正常波动。与单纯高血压相比，较高的血压变异性加速了BBB渗漏及动脉重塑的病理过程发生，与aCSVD严重程度相关［20］。目前临床医生主要依据影像学特征评估aCSVD病情，虽然一项Meta分析［21］显示强化降压对脑萎缩没有影响，但是在一项对患有高血压的受试者的随访实验［22-23］中发现，与标准治疗相比，强化降压治疗对象脑白质病变增加缓慢，且影像学表现较治疗前改善，间接证明血压升高可能促进aCSVD进展。

因此，控制血压对于aCSVD的防治至关重要，然而降压具体到何种程度尚未明确，血压水平控制范围及采取何种降压方案仍需大量临床研究来阐明。其次，恢复和维持aCSVD患者血压的正常昼夜节律也尤为重要，不同类型的血压昼夜节律患者应实现降压方案选择的个体化、服药时间的具体化［20］。

2.2 T2DM 全球超过4亿人患有T2DM，极大增加了卒中和认知障碍的风险，T2DM和aCSVD之间的关系也因此受到越来越多的关注。据研究，T2DM与腔隙性脑梗死和脑白质病变均有关系，但机制尚不清楚［24］。一项临床研究［25］表明，年龄匹配的T2DM患者比对照受试者有更大程度的BBB破坏，因此BBB功能障碍在T2DM患者的脑小血管病变进展中起到一定作用。

在T2DM患者中，慢性高血糖、急性血糖波动和胰岛素抵抗被认为是内皮功能障碍的主要原因。高血糖通过增加内皮型一氧化氮合酶mRNA的降解使NO生成减少，同时可以增加ET-1的产生，破坏NO和ET-1之间的平衡；还可以促进葡萄糖和血管壁上的蛋白质、脂质发生非酶促反应形成晚期糖基化终产物（AGE），后者不仅通过与受体结合激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶增加氧化应激，造成内皮功能障碍，而且其在体内持续蓄积还可促进ECs表达黏附分子，增加单核细胞黏附、巨噬细胞分泌炎性介质，参与修饰胞外基质，从而发挥促炎作用［26］。急性高血糖也会增加氧化应激，且与恒定高糖水平相比，间歇性高糖对ECs的损伤可能更大［27］。胰岛素抵抗常伴有代偿性高胰岛素血症，而胰岛素可调节多种炎症基因表达、促进胶原蛋白合成及平滑肌细胞增殖，发挥促动脉粥样硬化作用，这些机制都会直接或间接促成血管重塑，特别是肥厚性重塑，最终导致糖尿病后遗症-小动脉管腔狭窄。在T2DM患者的皮下阻力动脉和糖尿病动物模型的大脑中动脉中，均观察到了血管壁厚度的增加，特别是肥厚性重塑。但是，糖尿病患者或动物模型中下游脑小动脉和毛细血管的改变尚不清楚。

2.3 肠道微生物失调 肠道菌群是定殖于人体肠道内并长期与人体相互依存的微生物群，可通过新陈代谢活动与宿主相互作用，肠道微生物不仅合成人体所需要的营养物质，而且有助于免疫功能的正常发挥，抵御病原体的感染。心血管疾病的研究报告了动脉粥样硬化斑块中存在细菌，表明肠道微生物群可能影响与年龄相关的心血管炎症。新近研究［28］发现，肠道微生物失调包括数量及结构的改变，也影响了aCSVD的病理生理。来自中山大学的蔡伟等［29］通过高通量测序对aCSVD患者和健康对照者的粪便对比分析发现，一方面，在aCSVD相关的肠道微生物群中有益的共生微生物及代谢产物的丰度降低，如产生短链脂肪酸丁酸盐的粪球菌属减少；另一方面，aCSVD相关微生物群中有害细菌如埃希氏菌、克雷伯菌和链霉菌的丰度增加，而且变形杆菌及肠杆菌等有害微生物与aCSVD神经影像学总负荷成正相关，尤其老年人肠道微生物改变会促进IL-6和IL-8等促炎症介质生成，参与动脉粥样硬化的形成，间接导致aCSVD疾病发生发展［30］。此外，肠道微生物产生的三甲胺-N-氧化物（TMAO）、脂多糖、β-淀粉样蛋白等有害代谢物会穿过肠道屏障，增加血液循环中的细菌衍生物和促炎因子，引发全身炎症及破坏BBB，加剧脑实质损伤。

JAMES等［31］通过交叉寄养改变WKY和SHRSP大鼠幼崽的肠道微生物，研究结果发现无论大鼠品种，暴露在SHRSP环境中成长的大鼠均表现出aCSVD脑微出血、脑白质病变等病变，而且大鼠回肠末端炎症增强，间接证明脑肠轴参与aCSVD发病或进展。肠道和大脑之间的这种双向连接，即“微生物-肠道-大脑轴”通过神经递质、神经内分泌及免疫调节等信号途径在aCSVD进展中发挥重要作用。蔡伟等［29］的系列实验证明了肠道菌群可通过免疫系统影响aCSVD。在此实验中，人和小鼠的中性粒细胞被暴露于aCSVD患者的粪便细菌提取物时，中性粒细胞激活且产生IL-17A的能力增强，经证实，中性粒细胞活性增强与细胞内的维A酸相关孤儿受体γt亚型（ROR γt）信号转导有关，且与脑抗原的存在无关。由此推断，aCSVD患者肠道微生物群通过激活中性粒细胞胞内ROR γt信号转导通路以诱导中性粒细胞IL-17A高表达，从而加重aCSVD神经炎症，表明了肠道微生物群-免疫系统-脑轴参与aCSVD疾病进展。

因此，肠道微生物失调通过免疫炎症机制、BBB障碍等病理生理变化促进aCSVD的发生进展。早期评估肠道微生物改变有助于疾病的早期发现及预防，但目前aCSVD患者肠道微生物生态特征尚未明确，肠道微生物群影响疾病进展的具体机制仍待进一步研究。与此相关的治疗也是研究的热点，目前研究表明了肠道微生态改变与阿尔茨海默病相关，这可能是因为与疾病相关的蛋白质由肠道微生物群产生或调节，益生菌因此已被提议作为恢复微生物群稳态和减少不同类型痴呆症状的替代治疗方案［32］。然而关于益生菌及粪菌移植与aCSVD的关系的研究较少，这可能成为日后研究的重点，为aCSVD的治疗及减少不良后果的发生提供新思路。

综上所述，慢性炎症反应、内皮功能障碍、BBB功能障碍及其相互作用是aCSVD的主要发病机制。aCSVD发病的危险因素，如高血压、T2DM及肠道微生物失调，主要通过慢性脑缺血及脑灌注不足、BBB功能障碍、炎症反应促进aCSVD发生发展，针对其发病机制及危险因素的干预措施有望成为防治疾病的有效手段。