無癥狀腦微出血研究進展

張燦,張紅艷,劉文燦,葉斌

腦小血管病(cerebral small vessel disease,CSVD)是多種原因引發的顱內小血管病理改變的一系列臨床、病理及影像學綜合征,包括腦微出血(cerebral microbleeds,CMBs)、腔隙性梗死(lacunar infarction,LI)、白質病變(white matter lesions,WMLs)、血管周圍間隙擴大(enlarged perivascular spaces,EPVS)及腦萎縮等[1]。CMBs作為腦小血管病的影像學標志之一,是指腦內小血管破裂或滲漏,形成以腦組織含鐵血黃素沉積為主要特征的亞臨床損害,患者生命體征往往無明顯改變,其臨床表現具有一定隱匿性[2]。CMBs在頭部MRI T2加權梯度回波序列(gradient echo,GRE)或磁敏感加權成像 (sensitivity weighted imaging,SWI)表現為圓形或圓形樣低信號病變,直徑范圍為2 ～10 mm[3]。相關研究[4-9]證實,CMBs有引起認知功能障礙、情感障礙、步態障礙和增加缺血性中風、腦內出血的風險。本文就CMBs的流行病學特點、影像學特征及寬脈壓在CMBs腦微出血中的作用機制進行綜述。

1 CMBs概念及流行病學特點

CMBs是指腦內小血管破裂或滲漏,形成以腦組織含鐵血黃素沉積為主要特征的亞臨床損害[2]。因研究對象或疾病不同,CMBs患病率差異很大,一般人群為 3%～27%,有血管危險因素或血管疾病的患者為 6%～80%,認知障礙患者為 16%～45%[10]。一項基于中國社區無卒中人群的研究[11]發現,55～64歲人群CMBs患病率為7.5%,75歲以上人群CMBs患病率為19.3%,說明CMBs患病率隨年齡增長而升高。

CMBs患病率因空間分布而異,一項基于8 159例健康社區人群的研究[12]發現,572名CMBs患者中439例(76.7%)有腦葉CMB,103例(18.0%)有深部CMBs,83例(14.5%)有幕下CMBs。另外,與西方人相比,東方人發生深部/幕下或混合腦微出血的幾率更高[13]。

2 CMBs影像學特征

由于各種原因致小血管受損后,血細胞不斷通過受損血管外滲,巨噬細胞吞噬形成含鐵血黃素,在小血管周圍積聚[14]。臨床實踐中,由于CT掃描儀的電離輻射效應,常規CT對于CMBs的診斷價值有限。隨著新MRI成像技術的廣泛使用,CMBs的檢出率越來越高。由于含鐵血紅素是一種順磁性物質[15], SWI對其具有高度靈敏性,相較于梯度回波T2加權成像,SWI序列提高了腦微出血的檢出率[3]。因此,SWI在腦出血的診斷中得到了廣泛應用,在此序列中,CMBs病變以圓形、圓點等低信號顯示,最大直徑一般小于10 mm[16]。不同SWI參數可能直接影響CMBs的檢出水平,包括空間分辨率、序列參數、磁場強度、脈沖序列、圖像后處理技術等,利用更高的磁場強度來改善對比度和信噪比,可進一步提高CMBs的檢出靈敏度[17-18]。與傳統的T2加權梯度回波序列相比,雖然SWI提高了CMBs的檢出率,但由于缺乏對CMBs相關腦標本組織學結果與SWI相關性的研究,SWI的腦微出血檢出率是否與腦標本組織學結果一致尚不清楚。

目前,CMBs在不同解剖部位的分布通常采用CMBs解剖學評分量表評估,如深部或幕下CMBs,分布在基底節區、內囊區、小腦和腦干;腦葉CMBs,分布在額葉、頂葉、顳葉和枕葉;混合CMBs,較為彌散,分布在深部或幕下、腦葉。計算全腦CMBs的總數,對CMBs的嚴重程度進行分級：0級,無CMBs; 1級,1～5個CMBs; 2級,6～15個CMBs; 3級,CMBs>15個。一般情況下,CMBs>15被認為是嚴重CMBs。通過以上評估辦法,臨床醫師可更具體地了解CMBs的分布和數量,制定進一步的治療計劃。未來需要建立更全面的CMBs評分標準,以滿足日益增長的診療需求。

所有順磁性物質都能引起磁敏偽影,臨床上微出血病灶需區分兩種主要類型的病變：富含血液和血液降解產物的病變和沒有血液成分的病變,比如微小血管切面、微動脈瘤及小動脈假性鈣化等。建議更多學者通過CT、MRA等檢查手段獲取更多信息,從病變的大小、形狀、解剖位置等方面進行綜合分析判斷。

3 寬脈壓在CMBs中的作用機制

脈壓(pulse pressure,PP)定義為收縮壓(SBP)和舒張壓(DBP)之差,代表心動周期中的最大和最小循環壓。正常脈壓約為40 mmHg,超過60 mmHg臨床認為為寬脈壓[19]。近些年來研究發現,寬脈壓參與調控動脈硬化、內皮細胞損傷及血腦屏障(blood brain barrier,BBB)完整性受損等病理生理過程,進而促進微血管結構損傷,引起血管壁破裂,最終導致腦微出血。

3.1 寬脈壓與血管內皮細胞 血管內皮細胞(ECs)覆蓋于血管內表面,是血液與血管壁之間的通透性屏障,隨著血壓升高,內皮細胞不斷受到機械循環拉伸(CS)作用。在高血壓中,寬脈壓升高可導致CS病理性增加[20]。病理性循環拉伸可直接刺激血管內皮細胞凋亡,也通過抑制磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)信號轉導通路刺激血管內皮細胞凋亡[21]。神經酰胺作為激活凋亡級聯反應的第二信使,由質膜鞘磷脂水解產生,病理水平的循環拉伸誘導神經酰胺及其代謝物產生,參與內皮細胞凋亡;磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是一類脂質激酶,PI3K及其下游靶激酶Akt參與細胞內信號轉導,促進細胞生長、存活、增殖和代謝。在內皮細胞中,生理水平的循環拉伸可引起PI3K / Akt快速活化,抑制血管內皮細胞凋亡;相反,病理水平的循環拉伸可導致Akt介導的糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)更早磷酸化,抑制PI3K信號轉導通路,從而刺激血管內皮細胞的凋亡。

決定內皮細胞功能的另一個關鍵性因素是一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)之間的平衡。血管壁中ROS的主要來源是NAD(P)H氧化酶復合物,NO主要來源是NO合酶-3。生理情況下,循環拉伸分別刺激血管壁NAD(P)H氧化酶、NO合酶-3,內皮細胞產生等量的ROS和NO。病理性CS通過增加生成ROS的酶NADPH氧化酶的表達來刺激活性氧的產生,破壞ROS和NO之間平衡,且活性氧的產生增加可限制內皮細胞NO可用性,導致內皮細胞功能障礙;病理性循環拉伸還通過NAD(P)H亞基p22phox途徑降低內皮細胞活力指數,降低內皮細胞存活率[22]。

酪氨酸蛋白激酶(Src)是一種與膜相關的酪氨酸激酶,CS激活離子通道導致細胞內Ca2+升高,從而刺激Src活性,引起靶細胞蛋白酪氨酸磷酸化,參與細胞骨架重排和局灶性黏連。不同水平CS產生的內皮微粒(EMPs)在靶細胞的酪氨酸蛋白激酶(Src)激活中發揮著不同的作用,病理性CS刺激ECs釋放的EMPs降低了其酪氨酸蛋白激酶(Src)的激活,進而可能導致ECs重塑功能障礙[23]。

Rho GTP酶是Ras超家族成員,最主要的成員有Rho, Rac和Cdc42,與內皮細胞屏障功能密切相關。Rac信號轉導與保護內皮細胞屏障有關,其啟動膜褶皺,板足延伸,形成新的粘附-基質和細胞-細胞粘附,而Rho與其作用相反。Rho和Rac介導的信號傳導之間的平衡在血管內皮屏障調節中發揮關鍵作用。暴露于CS的內皮細胞的研究表明,不同水平CS對Rac和Rho活性有著不同的調節作用,病理水平范圍內的CS不僅可激活內皮中的Rho,還可降低基礎Rac活性,進而導致內皮屏障破壞。

血管內皮細胞功能障礙是腦血管結構和功能改變的主要決定因素之一[24]。Schreiber等[25]研究發現,血管內皮損傷會引起多部位血腦屏障(blood brain barrier,BBB)滲漏,從而造成血管壁損傷,最終引起腦微出血。Winder等[26]研究發現,由于較低的一氧化氮生物利用度和較大的氧化應激,暴露于寬脈壓會損害腦血管內皮依賴性擴張功能。在橫主動脈縮窄誘導的寬PP小鼠研究中[27]發現,脈壓增加可引起腦血管內皮細胞的病理性CS,促進內皮功能障礙和血腦屏障通透性的破壞。后續的研究[28]發現,血管內皮細胞功能損傷引起血腦屏障破壞可能是CMBs發生和進展的始動因素。綜上所述,寬脈壓可能通過誘導微血管內皮功能障礙和BBB破壞而參與CMBs發生和進展。

3.2 寬脈壓與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化(AS)是一種慢性炎癥性疾病,由不同類型的細胞包括內皮細胞(ECs)、平滑肌細胞(SMCs)及巨噬細胞間的復雜相互作用引起[29],其特征是在動脈壁中形成富含脂質的斑塊。大部分作為斑塊出現的細胞來自于從血管介質分化出來的血管平滑肌細胞。寬脈壓通過調節細胞外基質、血管平滑肌細胞參與動脈粥樣硬化,進而導致CMBs的發生。

生理情況下,位于血管介質中的VSMCs通過收縮控制血管的直徑和張力。成熟的VSMCs幾乎不增殖,維持較低的合成活性。它們表現出收縮表型,即平滑肌α肌動蛋白和平滑肌肌球蛋白重鏈等平滑肌收縮標志物的穩定表達。與心肌細胞、骨骼肌細胞等成熟細胞不同,VSMCs在血管受損或局部環境改變時表現出較大的可塑性,即從分化/收縮表型向去分化表型轉變。隨著VSMCs的表型轉化,細胞收縮標志物的表達減少,增殖、遷移及基質合成能力增強。循環拉伸可以刺激VSMCs的表型轉變[30],從靜態的“收縮”表型轉變為激活的“合成”表型[31],并由中膜向內膜遷移和增殖,促使初始動脈粥樣硬化斑塊的形成?；|金屬蛋白酶(MMPs)作為一組ECM蛋白酶,對細胞外基質成分有特殊降解作用,在動脈粥樣硬化的發生發展過程中起著至關重要的作用?；罨腗MPs可以誘導生長因子合成,加速細胞外基質降解。細胞外基質的改變也促進血管平滑肌細胞突破內彈性層向內膜遷移,轉化為泡沫細胞,分泌更多的MMPs。病理性CS通過活化激活蛋白-1 (AP-1)途徑增加MMPs的釋放,并可進一步激活MMPs,參與動脈粥樣硬化發生和進展。除此之外,病理性CS上調了MMP-1和MMP3,促進了微動脈瘤的形成;VI型膠原增強了微動脈瘤壁對抗血流動力學應激的能力,而病理性CS可減少IV型和VI型膠原的合成,持續病理性拉伸引起微動脈瘤破裂,進而導致CMBs的發生。

CS本身可誘導多種影響VSMCs增殖生長因子/細胞因子的表達[32-34],如：血管內皮生長因子(VEGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、血管緊張素II(AngII)及轉化生長因子-β(TGF-β),促使動脈粥樣硬化斑塊的形成。在小鼠動脈粥樣硬化模型中,采用免疫組化染色法定量測定TGF-β陽性表達,斑塊面積大小與TGF-β表達存在正性關聯,隨著斑塊面積的增大,TGF-β表達逐漸增加。富含絲氨酸/精氨酸剪接因子1(SRSF1)是一種可以穿梭于細胞核和細胞質間的SR蛋白,對mRNA表達起著至關重要的調節作用,其在VSMCs中高表達,通過調節選擇性剪接事件促進VSMCs增殖。采用腹主動脈縮窄法建立高血壓大鼠模型研究[35]發現,寬脈壓可能通過富含絲氨酸/精氨酸的剪接因子1(SRSF1)誘導VEGFA選擇性剪接,進而誘導VSMCs增殖。laminA/C和emerin是兩種重要的核膜(NE)蛋白,具有機械反應性,參與CS引起的VSMC增殖。與生理水平下CS相比,病理性CS一方面顯著增強VSMCs中自噬蛋白LC3II的表達,另一方面抑制了核包膜蛋白(emerin或層黏連蛋白A / C)的表達,引起VSMCs增殖顯著增加[36]。以120例老年高血壓患者為研究對象的臨床研究[37]發現,頸動脈內膜中層厚度與24 h內寬脈壓呈正相關。CMBs與腦動脈粥樣硬化相關性研究[38]發現,CMBs與單純顱內動脈粥樣硬化負荷顯著相關,并發現腦動脈粥樣硬化負荷與CMBs呈正相關,腦動脈粥樣硬化負荷越重,CMBs數目越多。提示,寬脈壓可能通過促進AS和微動脈瘤的發生進展而參與CMBs的形成。

3.3 寬脈壓與細胞間連接 細胞間連接由各種黏附分子通過緊密連接與黏附連接的特殊連接方式組成,負責連接相鄰內皮細胞、封閉細胞間隙的膜蛋白復合物,是維持BBB完整性的關鍵結構之一。緊密連接,也稱為閉塞帶,有調節細胞旁通透性和細胞極性的作用。血管的液體滲透性功能與緊密連接有關,液體滲透性較差的血管(即腦內血管)往往具有組織良好的緊密連接,而滲漏較大的血管(即毛細血管后小靜脈)具有組織不良的緊密連接。緊密連接成分包括密封蛋白(claudins)、閉合蛋白 (occludins)、連接黏附分子(junction adhesion molecules ,JAMs)及內皮細胞選擇性黏附分子(endothelial cell selective adhesion molecules ,ESAMs) 。Claudin蛋白家族是維持血腦屏障完整性最重要的分子,其中claudin-5最為關鍵,缺乏claudin-5的小鼠在出生后10 h內死于血腦屏障損傷[39]。國外研究[40-41]表明,循環拉伸可下調claudin‐5在血管內皮細胞中的表達,導致緊密連接破壞,增加血管液體滲透性功能,進而導致腦微出血。

黏附連接由血管內皮(VE)-鈣黏蛋白和多種相關蛋白組成,有控制內皮通透性和穩定細胞-細胞連接的作用。一般來講,黏附連接的完整性與磷酸化的VE-鈣黏蛋白間存在負相關,病理性CS通過激活Src磷酸化VE-鈣黏蛋白,破壞黏附連接完整性,增加了血管內皮通透性,引發腦微出血。

縫隙連接蛋白(connexin,Cx)是構成細胞間縫隙連接或半通道的跨膜蛋白超家族,Cx不同亞型的表達具有組織特異性[42],如Cx37、Cx40、Cx43主要表達于血管內皮細胞,而Cx43、Cx45主要表達于平滑肌細胞。Cx與內皮細胞通透性有關,Cx43可通過增加肌球蛋白輕鏈(myosin light chain,MLC)和Rho激酶-1(Rho kinase,ROCK1)磷酸化表達上調微血管通透性。Cx43具有機械敏感性,病理性CS導致Cx43蛋白水平顯著升高,進而增加微血管通透性。另一方面,Cx與動脈粥樣硬化有關,病理性CS上調Cx43表達[43],進而參與動脈粥樣硬化性血管病變發生發展。有研究[44-45]探索了 Cx37、Cx40和Cx43在小鼠和人AS斑塊中的空間分布和表達變化,隨著AS的進展,Cx37和Cx40的內皮表達逐漸喪失,而Cx43的表達逐漸升高。也有研究[46]發現,Cx43與CMBs相關,并影響CMBs解剖分布。綜上,推測寬脈壓可能通過破壞細胞間連接而引起CMBs。

綜上,病理性CS引發的內皮細胞功能障礙、細胞間連接破壞、血腦屏障損傷,進而引起動脈粥樣硬化、微動脈瘤形成,可能是CMBs的重要原因。通過24 h動態血壓監測可評估CMBs的發病風險,同時也可能是早期預防CMBs的核心機制之一。然而,關于病理性CS與CMBs關系仍需要進一步探索。

4 總結

CMBs發病率高,是認知功能障礙、情感障礙、步態障礙、缺血性腦卒中、腦出血的常見病因,嚴重影響中老年人的健康狀況和生活質量。CMBs的病因復雜多樣,發病機制尚未完全闡明。明確CMBs危險因素和發病機制是今后研究的重點。寬脈壓與動脈硬化、內皮細胞損傷及血腦屏障完整性受損等病理過程緊密相關。因此,對CMBs患者開展24 h動態血壓監測,可有針對性地進行早期干預和診治,實現疾病的一級預防,降低發病率,延緩疾病進展。