黃淑蕓，許萍，鐘樹志

（皖南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，蕪湖241002）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease, AD）是癡呆癥最常見的一種形式，其疾病過程有兩個典型的病理特征：β-淀粉樣蛋白斑塊的沉積和高磷酸化tau蛋白的神經(jīng)元纖維纏結(jié)[1]。該病的患病率目前正持續(xù)上升，但仍然缺乏有效延緩或阻止該疾病進(jìn)展的治療方法。在人體中，有很多屏障結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了嚴(yán)密的防御體系，比如有粘膜屏障，血腦屏障，氣血屏障與胎盤屏障等等，這些屏障可以阻止血液中的細(xì)菌，病毒等有害物質(zhì)進(jìn)入組織，達(dá)到維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的目的。之前研究表明血腦屏障對阿爾茲海默癥的發(fā)生起著重要的作用。新近的研究表明，微生物通過“微生物-腸-腦”軸（“Microbiota–Gut–Brain”, MGB）與大腦之間發(fā)生雙向相互作用[2]，因此與阿爾茲海默癥密切相關(guān)的屏障結(jié)構(gòu)主要是血腦屏障與粘膜屏障中的腸道屏障。血腦屏障的解剖結(jié)構(gòu)主要為內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞等，而腸道粘膜屏障是由機械屏障、生物屏障等共同構(gòu)成。本綜述從這兩種屏障的微觀結(jié)構(gòu)的角度來探索阿爾茲海默癥的發(fā)病機制。

1 血腦屏障

1.1 血腦屏障的結(jié)構(gòu)學(xué)變化

血腦屏障（blood brain barrier, BBB）是一種存在于血液與神經(jīng)組織之間的高選擇性半透膜，起著將大腦與循環(huán)血液分開的功能，是維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常腦功能的最佳微環(huán)境。血腦屏障是由內(nèi)皮細(xì)胞與周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞終足等結(jié)構(gòu)組成，并一起共同構(gòu)成一個功能性的單位，即神經(jīng)血管單位（neurovascular unit, NVU）[3]。BBB不僅可以保護(hù)大腦避免受到血液中病毒的侵襲，還能夠滿足大腦的代謝需求，維護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)環(huán)境，對實現(xiàn)神經(jīng)元正常功能起著關(guān)鍵的作用。BBB的結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性，BBB的分解會引發(fā)或?qū)е翧D進(jìn)展的惡性循環(huán)，從而所造成神經(jīng)元的丟失和功能障礙。當(dāng)BBB損傷時，可以激活分泌酶導(dǎo)致Aβ過剩，同時可以誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷，最終導(dǎo)致神經(jīng)元受損，出現(xiàn)記憶喪失與認(rèn)知能力減退的現(xiàn)象[4]。

1.1.1 內(nèi)皮細(xì)胞

內(nèi)皮細(xì)胞是血腦屏障的主要結(jié)構(gòu)，其分子的特性對BBB功能和完整性有著重要的作用。在健康狀況下，BBB具有高度選擇性，這是由腦內(nèi)皮細(xì)胞（brain endothelial cell, BEC）所決定的[5]。BBB通透性的增加是AD患者典型的BBB功能障礙之一。在AD模型的相關(guān)實驗中發(fā)現(xiàn)炎癥細(xì)胞因子（IL-6、IL-8和TNF-α等）水平升高，細(xì)胞因子可促進(jìn)BBB通透性的增加[6]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的內(nèi)皮細(xì)胞較為特殊，因為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的內(nèi)皮細(xì)胞之間存在著緊密連接（tight junction, TJ），其間的粘著連接（adhesive junction, AJ）的動態(tài)開合能夠調(diào)節(jié)BBB的滲透率[7]。這些限制性TJ結(jié)構(gòu)減少了細(xì)胞旁物質(zhì)擴(kuò)散并限制了跨細(xì)胞活性，從而嚴(yán)格調(diào)節(jié)大生物分子通過BBB的非特異性進(jìn)出[8]。

AD模型實驗表明，BBB通透性的增加部分是由于緊密連接蛋白claudin-1、claudin-5和粘著連接蛋白VE-cadherin的表達(dá)減少引起的[9]。特別是claudin-5在腦內(nèi)皮細(xì)胞中高度表達(dá)，在小鼠模型中，claudin-5的缺乏可導(dǎo)致BBB中的細(xì)胞連接松動，通透性增高導(dǎo)致有害物質(zhì)進(jìn)入大腦，能夠誘發(fā)出炎癥反應(yīng)[10]。此外，將小鼠模型暴露于Aβ42，特別是寡聚物形式的Aβ42，可顯著降低小鼠腦屏障中的occludin、claudin-5和ZO-1水平，并嚴(yán)重?fù)p害了屏障的完整性[11]。因此，Aβ可能破壞內(nèi)皮細(xì)胞中TJ和粘附分子連接的組織，從而干擾其屏障功能。

1.1.2 周細(xì)胞

周細(xì)胞是覆蓋在微血管表面的壁細(xì)胞。周細(xì)胞有著調(diào)節(jié)血管生成和促進(jìn)BBB發(fā)育的作用，同時，周細(xì)胞還可以通過控制毛細(xì)血管直徑來調(diào)節(jié)血流量[12]。周細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中比在外周組織中豐富得多，周細(xì)胞的數(shù)量相當(dāng)于腦中內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量[13]。

臨床數(shù)據(jù)顯示輕度認(rèn)知功能障礙（mild cognitive impairment, MCI）患者的海馬中也觀察到年齡依賴性的BBB降解，這與BBB相關(guān)周細(xì)胞損傷和CA1和DG區(qū)BBB通透性增加有關(guān)[14]。最近的實驗數(shù)據(jù)表明，Aβ沉積與原代培養(yǎng)的人周細(xì)胞β型血小板源性生長因子受體(platelet-derived growth factor receptor β, PDGFRβ)的脫落有關(guān)，PDGFRβ是一種周細(xì)胞損傷的標(biāo)志物，進(jìn)一步表明Aβ參與AD患者周細(xì)胞的退化[15]。此外，周細(xì)胞參與腦內(nèi)免疫反應(yīng)，調(diào)節(jié)白細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的遷移過程[16]。周細(xì)胞可以感知炎癥和危險相關(guān)的分子模式（DAMP），進(jìn)而上調(diào)粘附分子，從而介導(dǎo)與先天免疫系統(tǒng)細(xì)胞的粘附相互作用。因此，我們推測Aβ通過周細(xì)胞中的這些受體觸發(fā)促炎信號，促進(jìn)AD患者腦組織中的白細(xì)胞募集[17]。

1.1.3 星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞為神經(jīng)元提供營養(yǎng)支持和調(diào)節(jié)腦血流量，此外該細(xì)胞還能夠通過誘導(dǎo)屏障特性和轉(zhuǎn)運蛋白的極化而參與維持BBB功能[18]。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過突起的終足與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，建立內(nèi)皮—神經(jīng)元耦合聯(lián)系[19]。星形膠質(zhì)細(xì)胞可強化BBB的特性，促進(jìn)緊密連接蛋白的形成、強化轉(zhuǎn)運體的表達(dá)和特殊酶系統(tǒng)[20]。

對AD患者大腦皮層活檢的研究顯示，在腦實質(zhì)和腦血管中，Aβ沉積物附近的星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生了超微結(jié)構(gòu)變化，比如收縮和腫脹，以及GLUT1和乳酸轉(zhuǎn)運體的表達(dá)減少。這表明星形膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙可能是AD小鼠早期行為和認(rèn)知功能障礙的原因之一[21]。此外，在淀粉樣蛋白模型小鼠中檢測到水通道蛋白4（aquaporin 4, AQP4）從星形膠質(zhì)細(xì)胞足端膜到非足端膜域的重新分布，這可能是由于腦Aβ沉積誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞去極化所致。其中血管周圍AQP4定位缺失是與AD高度相關(guān)的病理學(xué)[22]，AQP4缺乏會損害Aβ40在注射到小鼠腦實質(zhì)時的清除。因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞終足的功能障礙可能會通過干擾腦血管中Aβ的清除而加劇Aβ的積聚[23]。

1.1.4 基膜

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在兩種基膜：內(nèi)皮基膜和星形膠質(zhì)細(xì)胞基膜。星形膠質(zhì)基膜與軟腦膜基膜兩者共同構(gòu)成實質(zhì)基膜[24]。BBB基膜的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中的結(jié)構(gòu)蛋白為細(xì)胞建立必要的物理支架，因此基膜作為內(nèi)皮細(xì)胞表面的物理屏障，對維持BBB的完整性有重要的作用[25]。同時還介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的多種信號。過去的實驗表明基膜成分已經(jīng)被證明可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞中閉塞素的細(xì)胞定位，從而影響屏障的穩(wěn)定性[26]。

實驗表明，在AD患者腦組織中存在顯著的細(xì)胞外基質(zhì)ECM變化，即血管基底膜變薄和不連續(xù)。臨床上AD患者額葉和顳葉皮質(zhì)基底膜相關(guān)ECM中的IV型膠原、perlecan和fibronectin的表達(dá)較對照組增高，并與Aβ沉積呈正相關(guān)，表明影響大腦微血管結(jié)構(gòu)的變化可能會驅(qū)動疾病的發(fā)病機制[27]。此外，MMP-2和MMP-9能夠損害內(nèi)皮基底層和TJ支架蛋白，影響到BBB的完整性[28]。因此，AD患者體內(nèi)循環(huán)或血管周圍Aβ水平升高，以及白細(xì)胞粘附在血管壁上或在神經(jīng)細(xì)胞膜上的積聚，可能導(dǎo)致基底膜降解和BBB功能障礙。

1.2 血腦屏障的生物學(xué)標(biāo)志物變化

AD隱襲起病、緩慢進(jìn)展。到目前為止，AD具體的病因和發(fā)病機制依然未明，其中Aβ理論占據(jù)著AD發(fā)病機制的關(guān)鍵地位[29]。BBB的完整性在生理條件下是由神經(jīng)血管單位的細(xì)胞和基底膜兩者嚴(yán)格控制的。然而，屏障功能可能會隨著年齡增長和AD而受損。在本節(jié)中，我們總結(jié)并討論了目前臨床研究的證據(jù)，這些研究使用死后大腦、腦脊液（CSF）生物標(biāo)記物和腦成像技術(shù)研究AD患者BBB完整性。

1.2.1 血液衍生分子在死后和腦干中的滲漏

檢測BBB完整性的一種方法是測量腦實質(zhì)中血漿或血清衍生分子。在AD大腦中與老年斑和CAA（cerebral amyloid angiopathy）相關(guān)的微血管段中已經(jīng)檢測到血漿蛋白、白蛋白和IgG的血管周免疫反應(yīng)性[30]。實驗表明，通過反相高效液相色譜法（HPLC）發(fā)現(xiàn)AD患者小腦中血紅蛋白衍生肽水平增加，而對照組無明顯變化[31]。免疫組化分析和酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）結(jié)果顯示AD腦組織中的凝血酶原含量明顯升高[32]。各項臨床研究結(jié)果表明AD大腦中存在血液衍生分子的滲漏。

1.2.2 腦脊液/血白蛋白比率

腦脊液白蛋白/血白蛋白比值（c/sAR）是目前用作評估BBB破壞的指標(biāo)之一。然而，一些研究報告說，腦脊液標(biāo)志物的變化只在有血管危險因素或血管病變的AD患者中明顯，而在沒有這些因素的AD患者中則不明顯，比如早期的癥狀不明顯的AD患者[33]。臨床研究顯示，BBB通透性參數(shù)與衰老和血管性癡呆有關(guān)，但與AD和白質(zhì)病變的關(guān)系較小。因此，BBB受損可能是伴隨著腦血管病變進(jìn)展的一種病理變化，并非是AD所特有的[34]。由于AD患者已證明腦脊液蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)換受到干擾，腦脊液/血漿白蛋白比值可能不能準(zhǔn)確地反映AD患者的BBB通透性。

1.2.3 腦成像評估AD患者的BBB功能

早期使用腦成像研究未能顯示AD患者的通透性增加。一項使用動態(tài)對比增強磁共振成像（MRI）的研究表明，與健康對照組相比，AD患者的腦脊液中Gd-DTPA（釓噴酸葡胺）含量更高，而漏入腦實質(zhì)的范圍沒有整體差異[35]。最近一項使用先進(jìn)動態(tài)對比增強技術(shù)的研究表明，整個海馬體、CA1區(qū)和齒狀回的BBB通透性隨年齡增長而增加。此外，與老年認(rèn)知健康患者相比，MCI患者在這些區(qū)域的BBB通透性明顯增加[36]。

2 腸道屏障

2.1 腸道屏障的變化

腸道屏障（intestinal barrier）即腸黏膜屏障，是人體很重要的一道保護(hù)防線。黏膜屏障的完整性是疾病發(fā)生、進(jìn)展和嚴(yán)重程度的關(guān)鍵決定因素。越來越多的證據(jù)表明，該屏障的破壞可能導(dǎo)致疾病或疾病的進(jìn)展。屏障完整性的喪失能夠增加細(xì)菌抗原的易位，刺激腸粘膜炎癥，這是炎癥性腸?。↖BDs）的中心病理特征[37]。

老年人腸黏膜通透性的下降，血腦屏障可滲透性的增加以及腸道微生物群的失調(diào)，都可導(dǎo)致大量的淀粉樣蛋白和脂多糖進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，激活受體TLR、RAGE等，誘發(fā)炎癥反應(yīng)[38]。慢性外周感染和腸道菌群失調(diào)可能導(dǎo)致不同組織的多種病理改變。隨著年齡的增長，再生能力和限制感染的能力下降，身體抵抗這種變化的能力減弱，導(dǎo)致神經(jīng)退化和癡呆癥的出現(xiàn)。在AD動物模型中，腸道微生物的改變和腸屏障損傷與AD的一些危險因素有關(guān)，如腸道炎癥、糖尿病和高血壓[39]。因此，AD患者的腸屏障功能會出現(xiàn)不同程度的失調(diào)。正常情況下，腸道粘膜屏障是由機械屏障、生物屏障、化學(xué)屏障與免疫屏障共同構(gòu)成[40]。

2.1.1 機械屏障

腸粘膜屏障中最為重要的是機械屏障，由腸粘膜上皮細(xì)胞以及細(xì)胞間的TJ構(gòu)成[41]。上皮細(xì)胞通過形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)來維持其選擇性屏障的功能，這些網(wǎng)絡(luò)起到了連接與封閉細(xì)胞的作用[42]。TJ能夠調(diào)節(jié)離子，溶質(zhì)的流量和維持細(xì)胞極性[43]。claudin家族蛋白是TJ的重要組成部分。TJ的滲透性來源于claudins 的相對數(shù)量或成孔量，以及鏈的結(jié)構(gòu)，特別是TJ鏈的復(fù)雜性和數(shù)量[44]。不同的claudin補體在沿腸道長度的上皮細(xì)胞以及腸隱窩內(nèi)以不同水平表達(dá)[45]。越來越多的證據(jù)表明：TJ鏈自身是動態(tài)的，并且經(jīng)常斷裂、重組和釋放claudins蛋白，以響應(yīng)生理反應(yīng)，環(huán)境與致病性刺激。多種病原體通過破壞claudins或肌動蛋白結(jié)構(gòu)（為細(xì)胞和TJ提供結(jié)構(gòu)完整性）來穿過細(xì)胞旁連接[46]?？傊琓J鏈的組成和數(shù)量，組成它們的claudins的類型，它們在腸道內(nèi)的定位，以及細(xì)胞內(nèi)的信號裝置都有助于腸道的正常通透性的維持[47]?？梢娚掀て琳系钠茐氖谴蠖鄶?shù)胃腸道疾病發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵決定性因素。因此，當(dāng)腸上皮受到損傷時，細(xì)胞間的緊密連接會出現(xiàn)松動現(xiàn)象，屏障的滲透性會增高，使得腸內(nèi)的微生物進(jìn)入血液，將通過血液循環(huán)，進(jìn)入大腦中，誘發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)的疾病，比如阿爾茲海默癥，因此阿爾茲海默癥的防治可以從提高腸粘膜的機械屏障著手。

2.1.2 生物屏障

生物屏障是腸內(nèi)正常寄生菌群，即腸道菌群，可以構(gòu)成一個對抗病原體的保護(hù)屏障。當(dāng)其穩(wěn)定性遭到破壞后，腸道的免疫力嚴(yán)重下降，導(dǎo)致腸道中潛在的病原體入侵。新的研究表明，腸道和大腦之間通過“微生物-腸-腦”（MGB軸）進(jìn)行著密切交流，MGB 軸是一個聯(lián)合腸道和大腦之間的神經(jīng)、激素和免疫信號的通訊系統(tǒng)。腸道微生物群與大腦之間存在著5種聯(lián)絡(luò)途徑，依次有腸道神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)內(nèi)分泌軸、腸道免疫系統(tǒng)，包括腸粘膜屏障和血腦屏障在內(nèi)的屏障以及腸道菌群合成的一些神經(jīng)遞質(zhì)[48]。Cattaneo等人研究發(fā)現(xiàn)促炎性腸道菌群（如大腸桿菌/志賀氏菌）的豐度增加和抗炎類菌群的豐度減少，與AD患者的外周炎癥狀態(tài)有著聯(lián)系[49]，因此可見腸道菌群的狀態(tài)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)密切相關(guān)。

2.1.3 化學(xué)屏障

化學(xué)屏障由腸粘膜上皮分泌的粘液，消化液和寄生菌產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)構(gòu)成。其成分主要為粘多糖，溶菌酶和水解酶等等[50]，這些物質(zhì)的減少均可引起腸道化學(xué)屏障的破壞，導(dǎo)致化學(xué)殺菌作用的減弱。AD發(fā)病機制的核心是Aβ的累積，Aβ有多種亞型，其中Aβ1-42是最常見的形式，極易聚集[51]。腸粘液中的溶菌酶具有抗氧化和抗炎的特性。最新實驗證明溶菌酶可通過與Aβ1-40的單體IC形式結(jié)合來抑制Aβ1-40的聚集，并且還可以通過與單聚Aβ物種結(jié)合來阻止Aβ1-42的聚集。在Aβ1-42毒性的嗜多糖模型中，溶菌酶的共表達(dá)可降低Aβ1-42水平，延長神經(jīng)細(xì)胞的存活時間[52]。通過聚集分析，我們發(fā)現(xiàn)溶菌酶可以與抑制其聚集的Aβ1-42結(jié)合，并且在神經(jīng)元培養(yǎng)中起到保護(hù)作用。因此溶菌酶在阿爾茨海默癥中被激活，具有作為生物標(biāo)志物的潛力，可為該病尋找一種新的治療途徑。

2.1.4 免疫屏障

免疫屏障由腸相關(guān)淋巴組織，腸道內(nèi)漿細(xì)胞分泌型抗體(SIgA)構(gòu)成[53]。腸道菌群與全身的免疫細(xì)胞相通連，可影響B(tài)BB和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。腸腔不斷暴露于來自外部環(huán)境的細(xì)菌，腸上皮屏障若破壞可導(dǎo)致腸道菌群不受調(diào)節(jié)的移動進(jìn)入固有層，同時細(xì)菌可以滲透腸道相關(guān)的淋巴組織（gut associated lymphoid tissue, GALT）和血腔，激活免疫系統(tǒng)包括T細(xì)胞。某些細(xì)菌可以刺激效應(yīng)型T細(xì)胞分化，促使T細(xì)胞腦浸潤。循環(huán)細(xì)菌可以上調(diào)炎性細(xì)胞因子水平，影響B(tài)BB完整性并促進(jìn)神經(jīng)炎癥[54]。最新實驗測定5×FAD小鼠AD模型中GALT的細(xì)胞組成，從Peyer’s斑（Peyer’s patch, PP）和腸系膜淋巴結(jié)（mesenteric lymph node, MLN）分離的免疫細(xì)胞，用表面和細(xì)胞內(nèi)標(biāo)記物對輔助T（Th）亞群、B淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞進(jìn)行染色，可以檢測到炎癥反應(yīng)[55]。由此可見，GALT的變化可反映疾病的進(jìn)展，反映腸道免疫監(jiān)視的不足導(dǎo)致AD病理學(xué)增強。

3 總結(jié)與展望

血腦屏障與腸粘膜屏障的解剖微觀結(jié)構(gòu)對阿爾茲海默癥的發(fā)生與進(jìn)展有著密切關(guān)聯(lián)。血腦屏障的破壞激活腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞后，不僅能夠?qū)е翧β過剩，還可以誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷，最終導(dǎo)致神經(jīng)元受損，出現(xiàn)記憶喪失和認(rèn)知能力減退的現(xiàn)象。腸粘膜屏障的破壞使得微生物、微生物產(chǎn)品和外來抗原進(jìn)入體內(nèi)激活免疫系統(tǒng)，宿主—微生物相互作用可導(dǎo)致廣泛的腸外自身免疫性疾病和炎癥性疾病。此外，腸道菌群參與了腸道和大腦之間的雙向交流。人類腸道菌群對AD等神經(jīng)退行性疾病起重要作用。因此從屏障著手，關(guān)注屏障的健康度，可以給阿爾茲海默癥的治療與藥物開發(fā)提高新的突破口。