脑小血管病血液生物标志物的研究进展

饶 晨综述， 朱 蕾审校

脑小血管疾病（cerebral small vessel disease，CSVD）是一种主要累及脑内小动静脉及其远端分支、微血管、毛细血管的一系列的临床、影像学变化的病理性动态性血管疾病［1］。该疾病约占所有卒中的1/4，也是血管性痴呆的主要促成因素，其高患病率、高复发率以及该疾病所引发的卒中、步态、小便、精神情绪以及认知相关异常等影响仍是当今卒中医学所面临的主要挑战之一，也给社会及家庭带来了巨大的经济负担［2，3］。CSVD起病隐匿，往往通过影像学技术而被发现，其影像学特征主要包括新发的皮质下梗死、脑微出血（cerebral microbleed，CMB）、血管源性白质高信号（white matter hyperintensities，WMH）、血管周围间隙扩大（enlarged perivascular space， EPVS）、腔隙和脑萎缩等［4］。

近年来，大量学者开展相关动物模型及临床研究，对CSVD 病理生理机制进行探索。发现血管动脉粥样硬化、氧化应激、慢性低度炎症、血流动力学异常以及肠道菌群失调等多因素相互作用导致脑血管内皮细胞功能障碍，进一步诱导神经炎症以及血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）损害的发生［5］。此外，脑血流动力学也会随着BBB 功能障碍而出现异常，纤维蛋白原进入大脑和脑中氧含量下降会进一步激活小胶质细胞和星形胶质细胞，促进神经炎症发生和神经元损伤，最终造成恶性循环并导致CSVD［5］。

目前，现有的CSVD 相关生物标志物文献主要依据神经影像学技术进行分类整理，如脑白质高信号、腔隙性梗死等；而CSVD 血液相关生物标志物则多依据该疾病病理生理机制进行分类，如内皮细胞功能障碍、BBB 受损、氧化应激以及免疫炎症等。但由于该疾病发病机制的复杂性，其分类也存在多交叉性，不是很好利于我们阅读和理解。因此，本篇综述将从另一角度（物质分类）并结合发病机制去将现有的血液生物标志物进行归纳总结。

1 蛋白质相关标志物

1.1 内皮细胞功能障碍相关的蛋白质标志物

1.1.1 内皮一氧化氮合酶 内皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）是一种由NOS3基因编码的位于7 号染色体上的蛋白质。在生理情况下，eNOS 和所产生的NO 在神经血管保护功能中占据重要地位。Rajani 等［6］研究发现内皮功能障碍是大鼠CSVD模型和散发性CSVD人类样本中疾病发展的早期诱发因素，并且在这些模型和样本里eNOS的含量显著下降。在一项自发性CSVD模型中研究发现［7］，部分eNOS缺陷小鼠会显示出CSVD相关的主要特征，如它们的大脑表现出氧化应激反应的升高、星形胶质细胞增生、脑淀粉样血管病、微出血、微梗死和白质病理等。

1.1.2 淀粉蛋白前β-分解酶1 淀粉蛋白前β-分解酶1（β-secretase 1，BACE1）是一种膜结合的天冬氨酸蛋白酶，可切割多种底物，特别是淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP），生成β 淀粉样蛋白（amyloid β-protein,Aβ）。Zhou等［8］研究发现，内皮特异性BACE1 过表达的小鼠可以表现出类似于人类CSVD 综合征的表型，并且确定了内皮细胞BACE1 在介导CSVD 内皮功能障碍和血脑屏障渗漏中的作用，这些发现为CSVD 提供了一个全新的潜在生物标志物和治疗靶点。

1.1.3 细胞黏附分子1 细胞黏附分子1（cell adhesion molecule-1，CAM1）是免疫球蛋白超家族中高表达的黏附分子，是BBB 和白细胞跨内皮迁移（TEM）介质的重要一部分，在炎症反应中也同样占据重要角色［9，10］。生理情况下，CAM1 在颅内血管内皮中常低表达或不表达，高表达可能会使过多白细胞黏附于内皮细胞上，进一步促进炎症因子的分泌并加剧脑损伤。一项横断面研究中表明脑白质疏松症的CSVD 评分与CAM1 独立相关，这在CSVD 的发病机制中起到了重要性作用［11］。

1.1.4 血管内皮生长因子 血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是存在于中枢神经系统中能够促进新生血管的生成和血管重塑的神经保护因子，不仅能刺激内皮细胞的增殖，还能抑制细胞凋亡并维持神经细胞活性［12］。Wang等［12］在一项动物实验中发现，CSVD小鼠VEGF蛋白水平明显低于对照组。Ping等［13］也在研究中发现，脑VEGF和血管密度的降低参与了遗传性CSVD中的伴皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病（cerebral autosomal dominant angiopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CADASIL）发病机制。

1.1.5 血管性血友病因子 血管性血友病因子（von Willebrand Factor，vWF）是主要由受损的内皮细胞所产生的多聚体黏附蛋白，在血管内皮受损时可以介导血小板黏附于受损内皮上，并稳定凝血因子Ⅷ，在血管凝血中占据了重要角色［14］。当内皮细胞功能失调时，vWF 将以大分子量多聚物的形式释放，从而进一步加剧血管损伤。Wang等［15］研究中发现，血管周围间隙的出现与内皮功能障碍标志物vWF 呈负相关，表明缺乏vWF 可能与脑内皮功能障碍、腔隙增加等密切相关，从而促进CSVD 的发展。

1.1.6 基质金属蛋白酶 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）是一类可以降解细胞外基质成分的高度保守锌蛋白酶。参与机体多种生理活动，尤其是在维持神经元重塑、血脑屏障完整及功能调节中起到核心作用。Jiménez-Balado等［16］发现，MMP-9 在WMH 患者随访时升高，但不能预测WMH 进展，未来可能需要更大样本去研究验证MMP-9 在CSVD 相关WMH 中的关系。此外，MMP-9 还与CSVD 患者的认知功能呈负相关，表明血清MMP-9 水平可能参与CSVD 患者认知障碍的发生发展［17］。

1.2 凝血相关的蛋白质标志物

1.2.1 血浆纤维蛋白原 血浆纤维蛋白原（fibrinogen，FIB）是一种急性期蛋白，在机体凝血过程中、血小板聚集、参与白细胞与内皮细胞的相互作用以及决定血液黏度等方面发挥极其重要作用。FIB循环水平的变化可反应患者的凝血纤溶状态，其变化可使血管病变的风险显著增加［18］。Staszewski等［19］研究表明纤维蛋白原水平可以增加WMH进展的风险。同时，Guo 等［20］在研究中发现，高水平的血浆FIB 与皮质下梗死以及CADASIL 患者的WMH 严重程度相关，但与散发性CSVD 患者无关。这表明在不同亚型CSVD 中发现WMH 和纤维蛋白原之间可能存在不同关系。

1.2.2 血栓调节蛋白 血栓调节蛋白（thrombomodulin，TM）是一种主要表达于血管内皮的单链跨膜糖蛋白，可以作为人体内反映血管内皮损伤标志物重要的血管内凝血抑制因子。在正常人血清中浓度较低，只有当内皮细胞受损时，会刺激其释放增加，所以脑血管疾病患者往往伴有TM 水平显著升高。在一项多中心的队列研究中显示，TM 水平的升高与CSVD 相关白质高信号以及腔隙发生的风险之间存在很强的相关性［21］。

1.3 神经损伤相关的蛋白质标志物 神经丝轻链（neurofilament light chain，NFL）属于轴突损伤的非特异性标志物，是一种主要存在于神经元轴浆中的细胞骨架蛋白。当神经系统内病变时可引起神经轴突损伤释放NFL 至细胞外、脑脊液以及外周血中［22］。Peters 等［23，24］研究发现，CSVD 患者的血清NFL水平明显升高，并与CSVD相关腔隙、WMH总体积以及血管性认知障碍密切相关，且NFL 还能预测CSVD 发病后5 年随访期间的MRI 标志物、认知能力下降以及痴呆风险。

1.4 免疫炎症相关的蛋白质标志物

1.4.1 C 反应蛋白 C 反应蛋白（C-reactive protein，CRP）是一种研究最为广泛的血浆炎症反应相关蛋白之一。过去一项研究发现［25］，CRP 水平较高的受试者有更多的腔隙性梗死，表明较高水平的CRP与CSVD 相关性腔隙性梗死有关。Gu等［26］在研究中表明高水平CRP与发生CSVD 相关CMB的几率显著关联，尤其是大叶CMB，但与WMH 的严重程度没有明确关联。

1.4.2 α1-抗胰凝乳蛋白酶 α1-抗胰凝乳蛋白酶（α1-antichymotrypsin，ACT）是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，主要在肝脏合成后分泌入血，参与急性期反应、炎症和蛋白水解。Gu 等［26］研究表明，ACT 不仅与CSVD 相关大脑深部CMBs 增加的几率有关，还与WMH的严重程度和进展密切关联。

1.4.3 脂蛋白相关磷脂酶A2 脂蛋白相关磷脂酶A2（lipoprotein-associated phospholipase A2，Lp-PLA2）是一种主要由巨噬细胞分泌的炎症反应相关疏水蛋白。Lp-PLA2 可能会在预防CSVD 认知障碍发展中会发挥重要作用，其相关机制Lp-PLA2 可能是通过调节血管和神经炎症来影响CSVD 患者的认知水平［27］。

1.4.4 白细胞介素 白细胞介素（interleukin，IL）是一组极其多样化的细胞因子，在炎症反应中的生物学效应发挥重要作用。它们不仅能够参与许多细胞过程，例如增殖、成熟、活化、趋化性和吞噬作用，还会导致许多疾病状态的出现和发展。Staszewski 等研究发现IL-1α、IL-6 与CSVD 显著关联，表明IL-1α、IL-6 在具有不同CSVD 临床体征和影像标志物的个体中具有重要的预后作用，并且IL-6与CSVD影像学进展的风险也存在密切关联［28，29］。同样，Ma等［30］在研究中发现CSVD 患者中IL-1β 水平值也显著增高，表明IL-1β 是CSVD 的独立危险因素。Shan等［31］发现CSVD 患者的IL-8 和焦虑症状之间也存在暗示性关联。此外，还有研究发现IL-34 还与CSVD患者的血管性认知障碍密切相关，表明可能成为CSVD的临床治疗靶点［32］。

2 血浆代谢相关标志物

2.1 内皮功能障碍相关的血浆代谢标志物

2.1.1 不对称二甲基精氨酸 不对称二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）是甲基化蛋白质降解的结果之一，它对eNOS有独特的抑制作用，可通过降低NO 含量诱发内皮功能障碍。Gao等［33，34］研究表明，较高水平ADMA 与CSVD 息息相关，并且在CSVD 早期无症状中，ADMA 血浆水平与WMH 之间存在显著关联。这一发现可能为CSVD疾病机制打开了另一个有趣的视角。

2.1.2 血清同型半胱氨酸 血清同型半胱氨酸（homocysteine，HCY）是一种含硫氨基酸，与蛋氨酸的代谢密切相关［35］。HCY 含量增加常发生在衰老过程以及一些神经系统疾病之中，尤其在CSVD中。HCY 升高常提示与血管疾病风险增加密切相关，也是CSVD 发病机制之一［36］。在一项横断面研究中发现，血清HCY 水平与CSVD 的发展密切相关，并且指出HCY 是WMH 的独立预测因素，且EPVS 和CMB 也与HCY 水平密切相关［36］。Cao 等［37］研究发现，总HCY 水平与CSVD 患者腔隙显著相关，表明对于有危险遗传易感性的个体，加强降低同型半胱氨酸可能会降低CSVD的风险和进展。

2.2 免疫炎症反应相关的血浆代谢标志物

2.2.1 肿瘤坏死因子α 肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）是免疫系统的主要调节因子，在维持机体健康及免疫调节中发挥重要功能。在正常成人大脑内，TNF-α 含量较低，主要由胶质细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞产生，在中枢神经系统内起重要作用。当发生血管病变时，如血管闭塞或者低灌注，缺血实质附近会首先出现免疫反应，随即波及至缺血部位，最终扩及至全身［38］。Dobrynina等［39］发现TNF-α 在CSVD 患者中水平增加，并参与典型CSVD 患者MRI 变化形成。表明TNF-α 水平的增加可与血脑屏障通透性增加、组织水肿、炎症、少突胶质细胞死亡和髓鞘碱性蛋白的破坏有关，从而促进CSVD患者发展［39］。

2.2.2 丙酮酸激酶M2 丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase M2，PKM2）不仅是有氧糖酵解的关键调节因子，还是一种促进促炎症介质转录激活因子。有研究表明PKM2 可能加重脑缺血再灌注损伤后的炎症反应和脑组织破坏，抑制骨髓细胞中PKM2 活性可能有助于抑制炎症反应，恢复脑血流，缩小脑梗死面积以及降低脑血管损伤后认知功能障碍发生［40］。Bian 等［41］研究发现，CSVD 患者血清PKM2 水平与WMH、血管周围间隙增大呈正相关，与认知功能呈负相关，因此表明高水平的血清PKM2 可能导致慢性炎症、脑血流量减少和认知功能障碍。

3 基因相关标志物

随着全基因组关联分析（GWAS）的普及应用，遗传性与散发性CSVD 遗传相关因子的识别方面均有了重要进展。遗传相关因子可能是通过多种因素交叉作用所导致CSVD 的发生。因此，我们将按照遗传及散发性分类对以下基因标志物进行分类。

3.1 遗传性CSVD基因标志物

3.1.1 HTRA1 HTRA1 是编码丝氨酸蛋白酶家族的一种分泌蛋白，其内含子变异与CSVD 显著关联［42］。在一个最近的研究中，HTRA1 杂合突变均位于易引起大脑伴皮质下梗死和白质脑病的常染色体隐性遗传性脑动脉病（cerebral autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CARASIL）和CVSD 的类胰蛋白酶丝氨酸蛋白酶结构域，但对其HTRA1 突变最终如何导致脑小血管功能障碍，以及这些遗传CSVD 相关基因如何相互作用仍不清楚［43］。但在新的研究中发现，HTRA1 也同样存在于脑淀粉样血管病（CAA）1 型中，该蛋白所介导的蛋白质降解受损在CAA 1 型微血管系统中发挥着关键作用，并且HTRA1 的失活会引起脑微血管的退行性变化，从而引发血管损伤上游的HTRA1 的功能丧失诱发CSVD［44］。因此，不同类型的CSVD之间可能存在潜在共同机制。

3.1.2NOTCH3NOTCH3是位于19 号染色体上的基因，包含编码NOTCH3 蛋白的33 个外显子。其突变可导致表皮生长因子复制区半胱氨酸残基的复制或丢失，从而导致编码跨膜蛋白的结构和功能发生变化［45］。CADASIL 属于最常见的遗传性CSVD，NOTCH3基因半胱氨酸的突变是导致其病的优先载体［46］。

3.1.3 CL4A1 和COL4A2 CL4A1 和COL4A2是在13 号染色体上紧密相连的细胞外基质蛋白，共同构成几乎所有基底膜的主要成分［47］。在导致单基因CSVD 中，有独立大规模遗传研究报告了COL4A1和/或COL4A2 之间的关联的血管疾病的相关性。COL4A1和COL4A2分别编码胶原蛋白Ⅳ的α1和α2链，其基因编码序列的突变与常染色体显性遗传脑血管疾病相关，可引起出血性血管病［48］，并且也与WMH 相关［49］。但COL4A1 和COL4A2 突变导致CSVD 的机制尚不清楚。但Branyan 等［47］在COL4A1和COL4A2 突变小鼠模型中，发现了TGF-β 信号传导升高会促进由COL4A1 突变引起的中枢神经血管病变，抑制其信号传导可以降低CSVD的严重程度。

3.1.4TREX1TREX1基因是编码3'→5'核酸外切酶，该酶在哺乳动物细胞中普遍表达。CSVD相关的早发性脑血管疾病和皮质下梗死的常染色体显性遗传和CADASIL 样神经影像学检查模式可归因于杂合错义或移码TREX1突变［50］。此外，Boer等［51］研究发现，另一种遗传性CSVD 是伴有脑白质脑病和全身表现的视网膜血管病（RVCL-S）也与TREX1基因突变相关，并且TREX1突变携带者视盘周围视网膜神经纤维层的厚度及除颞区外毛细血管周围区的厚度降低，大部分受试者视网膜变薄。

3.1.5FOXF2和FOXC1FOXF2和FOXC1基因是FOX 转录因子家族的成员之一，在脑血管壁细胞发育中起重要作用。FOXC1是基底膜沉积所必需的基因，其编码Forkhead 盒C1 转录因子，具有转录抑制结构域，其基因的变异可以诱发CSVD［52］。FOXF2和FOXC1连续缺失可致少数患者出现WMH增强，大于仅有FOXC1单独缺失的患者，表明FOXF2的缺失可能导致或增强CSVD，但具体机制仍尚不明确［53］。

3.2 散发性CSVD基因标志物

3.2.1 长链非编码RNA 长链非编码RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）是一种长度超过200个核苷酸的RNA，其没有明显的蛋白质编码潜力，通常通过调节染色质重塑蛋白质翻译在不同的生物过程中具有不同的功能［54］。有大量研究表明lncRNA参与脑损伤的多个阶段，包括炎症、氧化应激等信号通路的激活以及在血管内皮功能中发挥重要调控作用［55-58］。例如lncRNA 转移抑制因子1参与调节磷酸化p65、TNF-α 和IL-1，加重脑损伤后的炎症反应等［57］。上述病理过程与CSVD 的发生发展存在息息相关，但目前尚无相关直接证据去证实。此外，Che等［59］发现人体内高血糖水平还可以通过诱发lncRNA 转移相关肺癌转录本1（MALAT1）升高，通过激活miR-7641 调节易位启动子区的表达，促进微血管内皮细胞凋亡的启动，从而加重CSVD 引起的神经功能障碍。因此，以上均可提示lncRNA 在CSVD的病理生理学中可能充当重要角色，未来可能需要更多的研究去进一步证实。

3.2.2 微小RNAs 微小RNAs（miRNAs）是一类小型的单链非编码RNAs，在基因表达的转录后调控中起着核心作用［60］。在过去的一些年中，人们观察到一些miRNAs 在CSVD 中的异常表达，其存在可能在介导疾病发病的病理生理中占据重要位置。Gao 等［61］研究发现，miR-320e 可能通过代谢及炎症途径来参与CSVD的发展，并且miR-320e与CSVD患者的WMH 负荷相关联，表明miR-320e 可以作为CSVD 的一个有价值的标志物。Zhao 等［62］研究发现血浆miRNA-223-3p的表达与CSVD患者认知障碍的发展有关，表明它可能参与CSVD 和认知障碍的发病机制，可作为敏感的预测生物标志物。Liao 等［63］在探讨miRNA-183 在CSVD 患者脑缺血再灌注损伤中的表达时发现，miRNA-183 水平与影像学病变的增加呈正相关。以上均表明外周血miRNA 是CSVD相关血液标志物之一，与疾病发生发展密切相关。

4 小 结

近年来，随着人类疾病谱的变化，CSVD 发病率逐年增高。目前，CSVD早期诊断主要依赖于神经影像学技术，但该技术无法进行CSVD 脑组织影像学变化前诊断。而血液生物标志物的研究将可能使CSVD脑组织影像学变化前诊断变为现实，并且血液在临床上还具有易取性、创伤小、方法简单的优点。因此，CSVD血液生物标志物在早期诊断和治疗中具有广泛的应用前景，并且血液生物标志物的研究很大程度上利于CSVD 易感人群早期筛查、早期干预以及预后评估，对提供该病的精准靶向治疗具有重要的指导意义。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：饶晨负责收集文献、撰写论文，朱蕾拟定写作思路、指导撰写论文并最后定稿。