无症状脑微出血研究进展

张灿,张红艳,刘文灿,叶斌

脑小血管病(cerebral small vessel disease,CSVD)是多种原因引发的颅内小血管病理改变的一系列临床、病理及影像学综合征,包括脑微出血(cerebral microbleeds,CMBs)、腔隙性梗死(lacunar infarction,LI)、白质病变(white matter lesions,WMLs)、血管周围间隙扩大(enlarged perivascular spaces,EPVS)及脑萎缩等[1]。CMBs作为脑小血管病的影像学标志之一,是指脑内小血管破裂或渗漏,形成以脑组织含铁血黄素沉积为主要特征的亚临床损害,患者生命体征往往无明显改变,其临床表现具有一定隐匿性[2]。CMBs在头部MRI T2加权梯度回波序列(gradient echo,GRE)或磁敏感加权成像 (sensitivity weighted imaging,SWI)表现为圆形或圆形样低信号病变,直径范围为2 ～10 mm[3]。相关研究[4-9]证实,CMBs有引起认知功能障碍、情感障碍、步态障碍和增加缺血性中风、脑内出血的风险。本文就CMBs的流行病学特点、影像学特征及宽脉压在CMBs脑微出血中的作用机制进行综述。

1 CMBs概念及流行病学特点

CMBs是指脑内小血管破裂或渗漏,形成以脑组织含铁血黄素沉积为主要特征的亚临床损害[2]。因研究对象或疾病不同,CMBs患病率差异很大,一般人群为 3%～27%,有血管危险因素或血管疾病的患者为 6%～80%,认知障碍患者为 16%～45%[10]。一项基于中国社区无卒中人群的研究[11]发现,55～64岁人群CMBs患病率为7.5%,75岁以上人群CMBs患病率为19.3%,说明CMBs患病率随年龄增长而升高。

CMBs患病率因空间分布而异,一项基于8 159例健康社区人群的研究[12]发现,572名CMBs患者中439例(76.7%)有脑叶CMB,103例(18.0%)有深部CMBs,83例(14.5%)有幕下CMBs。另外,与西方人相比,东方人发生深部/幕下或混合脑微出血的几率更高[13]。

2 CMBs影像学特征

由于各种原因致小血管受损后,血细胞不断通过受损血管外渗,巨噬细胞吞噬形成含铁血黄素,在小血管周围积聚[14]。临床实践中,由于CT扫描仪的电离辐射效应,常规CT对于CMBs的诊断价值有限。随着新MRI成像技术的广泛使用,CMBs的检出率越来越高。由于含铁血红素是一种顺磁性物质[15], SWI对其具有高度灵敏性,相较于梯度回波T2加权成像,SWI序列提高了脑微出血的检出率[3]。因此,SWI在脑出血的诊断中得到了广泛应用,在此序列中,CMBs病变以圆形、圆点等低信号显示,最大直径一般小于10 mm[16]。不同SWI参数可能直接影响CMBs的检出水平,包括空间分辨率、序列参数、磁场强度、脉冲序列、图像后处理技术等,利用更高的磁场强度来改善对比度和信噪比,可进一步提高CMBs的检出灵敏度[17-18]。与传统的T2加权梯度回波序列相比,虽然SWI提高了CMBs的检出率,但由于缺乏对CMBs相关脑标本组织学结果与SWI相关性的研究,SWI的脑微出血检出率是否与脑标本组织学结果一致尚不清楚。

目前,CMBs在不同解剖部位的分布通常采用CMBs解剖学评分量表评估,如深部或幕下CMBs,分布在基底节区、内囊区、小脑和脑干;脑叶CMBs,分布在额叶、顶叶、颞叶和枕叶;混合CMBs,较为弥散,分布在深部或幕下、脑叶。计算全脑CMBs的总数,对CMBs的严重程度进行分级：0级,无CMBs; 1级,1～5个CMBs; 2级,6～15个CMBs; 3级,CMBs>15个。一般情况下,CMBs>15被认为是严重CMBs。通过以上评估办法,临床医师可更具体地了解CMBs的分布和数量,制定进一步的治疗计划。未来需要建立更全面的CMBs评分标准,以满足日益增长的诊疗需求。

所有顺磁性物质都能引起磁敏伪影,临床上微出血病灶需区分两种主要类型的病变：富含血液和血液降解产物的病变和没有血液成分的病变,比如微小血管切面、微动脉瘤及小动脉假性钙化等。建议更多学者通过CT、MRA等检查手段获取更多信息,从病变的大小、形状、解剖位置等方面进行综合分析判断。

3 宽脉压在CMBs中的作用机制

脉压(pulse pressure,PP)定义为收缩压(SBP)和舒张压(DBP)之差,代表心动周期中的最大和最小循环压。正常脉压约为40 mmHg,超过60 mmHg临床认为为宽脉压[19]。近些年来研究发现,宽脉压参与调控动脉硬化、内皮细胞损伤及血脑屏障(blood brain barrier,BBB)完整性受损等病理生理过程,进而促进微血管结构损伤,引起血管壁破裂,最终导致脑微出血。

3.1 宽脉压与血管内皮细胞 血管内皮细胞(ECs)覆盖于血管内表面,是血液与血管壁之间的通透性屏障,随着血压升高,内皮细胞不断受到机械循环拉伸(CS)作用。在高血压中,宽脉压升高可导致CS病理性增加[20]。病理性循环拉伸可直接刺激血管内皮细胞凋亡,也通过抑制磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)信号转导通路刺激血管内皮细胞凋亡[21]。神经酰胺作为激活凋亡级联反应的第二信使,由质膜鞘磷脂水解产生,病理水平的循环拉伸诱导神经酰胺及其代谢物产生,参与内皮细胞凋亡;磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是一类脂质激酶,PI3K及其下游靶激酶Akt参与细胞内信号转导,促进细胞生长、存活、增殖和代谢。在内皮细胞中,生理水平的循环拉伸可引起PI3K / Akt快速活化,抑制血管内皮细胞凋亡;相反,病理水平的循环拉伸可导致Akt介导的糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)更早磷酸化,抑制PI3K信号转导通路,从而刺激血管内皮细胞的凋亡。

决定内皮细胞功能的另一个关键性因素是一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)之间的平衡。血管壁中ROS的主要来源是NAD(P)H氧化酶复合物,NO主要来源是NO合酶-3。生理情况下,循环拉伸分别刺激血管壁NAD(P)H氧化酶、NO合酶-3,内皮细胞产生等量的ROS和NO。病理性CS通过增加生成ROS的酶NADPH氧化酶的表达来刺激活性氧的产生,破坏ROS和NO之间平衡,且活性氧的产生增加可限制内皮细胞NO可用性,导致内皮细胞功能障碍;病理性循环拉伸还通过NAD(P)H亚基p22phox途径降低内皮细胞活力指数,降低内皮细胞存活率[22]。

酪氨酸蛋白激酶(Src)是一种与膜相关的酪氨酸激酶,CS激活离子通道导致细胞内Ca2+升高,从而刺激Src活性,引起靶细胞蛋白酪氨酸磷酸化,参与细胞骨架重排和局灶性黏连。不同水平CS产生的内皮微粒(EMPs)在靶细胞的酪氨酸蛋白激酶(Src)激活中发挥着不同的作用,病理性CS刺激ECs释放的EMPs降低了其酪氨酸蛋白激酶(Src)的激活,进而可能导致ECs重塑功能障碍[23]。

Rho GTP酶是Ras超家族成员,最主要的成员有Rho, Rac和Cdc42,与内皮细胞屏障功能密切相关。Rac信号转导与保护内皮细胞屏障有关,其启动膜褶皱,板足延伸,形成新的粘附-基质和细胞-细胞粘附,而Rho与其作用相反。Rho和Rac介导的信号传导之间的平衡在血管内皮屏障调节中发挥关键作用。暴露于CS的内皮细胞的研究表明,不同水平CS对Rac和Rho活性有着不同的调节作用,病理水平范围内的CS不仅可激活内皮中的Rho,还可降低基础Rac活性,进而导致内皮屏障破坏。

血管内皮细胞功能障碍是脑血管结构和功能改变的主要决定因素之一[24]。Schreiber等[25]研究发现,血管内皮损伤会引起多部位血脑屏障(blood brain barrier,BBB)渗漏,从而造成血管壁损伤,最终引起脑微出血。Winder等[26]研究发现,由于较低的一氧化氮生物利用度和较大的氧化应激,暴露于宽脉压会损害脑血管内皮依赖性扩张功能。在横主动脉缩窄诱导的宽PP小鼠研究中[27]发现,脉压增加可引起脑血管内皮细胞的病理性CS,促进内皮功能障碍和血脑屏障通透性的破坏。后续的研究[28]发现,血管内皮细胞功能损伤引起血脑屏障破坏可能是CMBs发生和进展的始动因素。综上所述,宽脉压可能通过诱导微血管内皮功能障碍和BBB破坏而参与CMBs发生和进展。

3.2 宽脉压与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化(AS)是一种慢性炎症性疾病,由不同类型的细胞包括内皮细胞(ECs)、平滑肌细胞(SMCs)及巨噬细胞间的复杂相互作用引起[29],其特征是在动脉壁中形成富含脂质的斑块。大部分作为斑块出现的细胞来自于从血管介质分化出来的血管平滑肌细胞。宽脉压通过调节细胞外基质、血管平滑肌细胞参与动脉粥样硬化,进而导致CMBs的发生。

生理情况下,位于血管介质中的VSMCs通过收缩控制血管的直径和张力。成熟的VSMCs几乎不增殖,维持较低的合成活性。它们表现出收缩表型,即平滑肌α肌动蛋白和平滑肌肌球蛋白重链等平滑肌收缩标志物的稳定表达。与心肌细胞、骨骼肌细胞等成熟细胞不同,VSMCs在血管受损或局部环境改变时表现出较大的可塑性,即从分化/收缩表型向去分化表型转变。随着VSMCs的表型转化,细胞收缩标志物的表达减少,增殖、迁移及基质合成能力增强。循环拉伸可以刺激VSMCs的表型转变[30],从静态的“收缩”表型转变为激活的“合成”表型[31],并由中膜向内膜迁移和增殖,促使初始动脉粥样硬化斑块的形成。基质金属蛋白酶(MMPs)作为一组ECM蛋白酶,对细胞外基质成分有特殊降解作用,在动脉粥样硬化的发生发展过程中起着至关重要的作用。活化的MMPs可以诱导生长因子合成,加速细胞外基质降解。细胞外基质的改变也促进血管平滑肌细胞突破内弹性层向内膜迁移,转化为泡沫细胞,分泌更多的MMPs。病理性CS通过活化激活蛋白-1 (AP-1)途径增加MMPs的释放,并可进一步激活MMPs,参与动脉粥样硬化发生和进展。除此之外,病理性CS上调了MMP-1和MMP3,促进了微动脉瘤的形成;VI型胶原增强了微动脉瘤壁对抗血流动力学应激的能力,而病理性CS可减少IV型和VI型胶原的合成,持续病理性拉伸引起微动脉瘤破裂,进而导致CMBs的发生。

CS本身可诱导多种影响VSMCs增殖生长因子/细胞因子的表达[32-34],如：血管内皮生长因子(VEGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、血管紧张素II(AngII)及转化生长因子-β(TGF-β),促使动脉粥样硬化斑块的形成。在小鼠动脉粥样硬化模型中,采用免疫组化染色法定量测定TGF-β阳性表达,斑块面积大小与TGF-β表达存在正性关联,随着斑块面积的增大,TGF-β表达逐渐增加。富含丝氨酸/精氨酸剪接因子1(SRSF1)是一种可以穿梭于细胞核和细胞质间的SR蛋白,对mRNA表达起着至关重要的调节作用,其在VSMCs中高表达,通过调节选择性剪接事件促进VSMCs增殖。采用腹主动脉缩窄法建立高血压大鼠模型研究[35]发现,宽脉压可能通过富含丝氨酸/精氨酸的剪接因子1(SRSF1)诱导VEGFA选择性剪接,进而诱导VSMCs增殖。laminA/C和emerin是两种重要的核膜(NE)蛋白,具有机械反应性,参与CS引起的VSMC增殖。与生理水平下CS相比,病理性CS一方面显著增强VSMCs中自噬蛋白LC3II的表达,另一方面抑制了核包膜蛋白(emerin或层黏连蛋白A / C)的表达,引起VSMCs增殖显著增加[36]。以120例老年高血压患者为研究对象的临床研究[37]发现,颈动脉内膜中层厚度与24 h内宽脉压呈正相关。CMBs与脑动脉粥样硬化相关性研究[38]发现,CMBs与单纯颅内动脉粥样硬化负荷显著相关,并发现脑动脉粥样硬化负荷与CMBs呈正相关,脑动脉粥样硬化负荷越重,CMBs数目越多。提示,宽脉压可能通过促进AS和微动脉瘤的发生进展而参与CMBs的形成。

3.3 宽脉压与细胞间连接 细胞间连接由各种黏附分子通过紧密连接与黏附连接的特殊连接方式组成,负责连接相邻内皮细胞、封闭细胞间隙的膜蛋白复合物,是维持BBB完整性的关键结构之一。紧密连接,也称为闭塞带,有调节细胞旁通透性和细胞极性的作用。血管的液体渗透性功能与紧密连接有关,液体渗透性较差的血管(即脑内血管)往往具有组织良好的紧密连接,而渗漏较大的血管(即毛细血管后小静脉)具有组织不良的紧密连接。紧密连接成分包括密封蛋白(claudins)、闭合蛋白 (occludins)、连接黏附分子(junction adhesion molecules ,JAMs)及内皮细胞选择性黏附分子(endothelial cell selective adhesion molecules ,ESAMs) 。Claudin蛋白家族是维持血脑屏障完整性最重要的分子,其中claudin-5最为关键,缺乏claudin-5的小鼠在出生后10 h内死于血脑屏障损伤[39]。国外研究[40-41]表明,循环拉伸可下调claudin‐5在血管内皮细胞中的表达,导致紧密连接破坏,增加血管液体渗透性功能,进而导致脑微出血。

黏附连接由血管内皮(VE)-钙黏蛋白和多种相关蛋白组成,有控制内皮通透性和稳定细胞-细胞连接的作用。一般来讲,黏附连接的完整性与磷酸化的VE-钙黏蛋白间存在负相关,病理性CS通过激活Src磷酸化VE-钙黏蛋白,破坏黏附连接完整性,增加了血管内皮通透性,引发脑微出血。

缝隙连接蛋白(connexin,Cx)是构成细胞间缝隙连接或半通道的跨膜蛋白超家族,Cx不同亚型的表达具有组织特异性[42],如Cx37、Cx40、Cx43主要表达于血管内皮细胞,而Cx43、Cx45主要表达于平滑肌细胞。Cx与内皮细胞通透性有关,Cx43可通过增加肌球蛋白轻链(myosin light chain,MLC)和Rho激酶-1(Rho kinase,ROCK1)磷酸化表达上调微血管通透性。Cx43具有机械敏感性,病理性CS导致Cx43蛋白水平显著升高,进而增加微血管通透性。另一方面,Cx与动脉粥样硬化有关,病理性CS上调Cx43表达[43],进而参与动脉粥样硬化性血管病变发生发展。有研究[44-45]探索了 Cx37、Cx40和Cx43在小鼠和人AS斑块中的空间分布和表达变化,随着AS的进展,Cx37和Cx40的内皮表达逐渐丧失,而Cx43的表达逐渐升高。也有研究[46]发现,Cx43与CMBs相关,并影响CMBs解剖分布。综上,推测宽脉压可能通过破坏细胞间连接而引起CMBs。

综上,病理性CS引发的内皮细胞功能障碍、细胞间连接破坏、血脑屏障损伤,进而引起动脉粥样硬化、微动脉瘤形成,可能是CMBs的重要原因。通过24 h动态血压监测可评估CMBs的发病风险,同时也可能是早期预防CMBs的核心机制之一。然而,关于病理性CS与CMBs关系仍需要进一步探索。

4 总结

CMBs发病率高,是认知功能障碍、情感障碍、步态障碍、缺血性脑卒中、脑出血的常见病因,严重影响中老年人的健康状况和生活质量。CMBs的病因复杂多样,发病机制尚未完全阐明。明确CMBs危险因素和发病机制是今后研究的重点。宽脉压与动脉硬化、内皮细胞损伤及血脑屏障完整性受损等病理过程紧密相关。因此,对CMBs患者开展24 h动态血压监测,可有针对性地进行早期干预和诊治,实现疾病的一级预防,降低发病率,延缓疾病进展。