视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD）是一种免疫介导的中枢神经系统炎性脱髓鞘性疾病。血脑屏障（BBB）破坏作为NMOSD发病机制中的重要环节，对疾病的发生、发展以及预后转归具有重要影响。外周血循环中产生的水通道蛋白4抗体通过BBB后对中枢神经系统造成损伤，NMOSD疾病发生和发展过程中存在参与破坏BBB的成分。目前对于NMOSD中BBB破坏的分子机制知之甚少，且缺乏系统化理论，进一步研究探索NMOSD疾病中BBB通透性调节机制及屏障破坏的表现，对于了解NMOSD发病机制，进而达到早期诊断，以及发现新的治疗和预防靶点具有重要意义。
引用本文： 陈思齐, 杨晖. 视神经脊髓炎谱系疾病血脑屏障通透性调节机制及影响因素的研究进展. 中华眼底病杂志, 2023, 39(11): 938-943. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20230117-00026 复制
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视神经脊髓炎（NMO）谱系疾病（NMOSD），是一种体液免疫介导的主要累及视神经和脊髓的中枢神经系统（CNS）炎性脱髓鞘性疾病。其发病机制为外周血抗水通道蛋白4（AQP4）抗体通过受损的血脑屏障（BBB）区域，进入CNS，与星形胶质细胞足突上的AQP4受体结合，从而诱发NMOSD特征性病理改变[1]。因此，BBB通透性改变在NMOSD发病过程中具有重要作用。现就NMOSD对BBB通透性调节机制及影响因素的研究进展作一综述，以期为预防、减轻和修复NMOSD中BBB的损伤提供思路。
1 BBB的结构和功能
BBB是指脑毛细血管选择性限制溶质透过的结构，由脑微血管内皮细胞、内皮细胞间的紧密连接（TJs）和基底膜、周细胞、星形胶质细胞足突等构成，允许血液循环中脑代谢所需物质顺利进入脑内，并阻止某些物质由血液循环进入脑组织，使脑组织减少受或免受血液循环中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定。BBB对维持CNS正常生理状态有重要的生物学意义。在组织学上广义的BBB是血-脑、血-脑脊液（BCB）及脑脊液-脑（CBB）三种屏障的总称，三种屏障分别阻挡物质从外周血进入脑实质，外周血进入脑脊液，脑脊液进入脑实质（后文BBB均代指广义的BBB）。任何会影响BBB各层结构的因素，都会导致BBB功能的破坏[1]。
2 BBB在NMOSD发病机制中的作用
发病过程中NMOSD患者所产生的自身免疫球蛋白（Ig）G中AQP4-IgG是NMOSD的主要致病抗体，在外周血循环中由浆细胞产生，通过BBB进入CNS后与星形胶质细胞足突上的AQP4蛋白结合，诱导一系列炎症免疫反应，最终造成星形胶质细胞的损伤。根据病变的阶段及发病严重程度，少突胶质细胞和神经元会出现不同程度的继发性损伤，继而出现脊髓及视神经脱髓鞘、轴突损伤等病理改变[1]。
AQP4-IgG作为一种主要在周围血液循环中产生的大分子蛋白，在正常生理状态下不能通过BBB。外围血循环中的致病性AQP4-IgG需通过损伤的BBB进入CNS，才可能诱发NMOSD[2]。当BBB完整时，外周血循环中即使存在大量AQP4-IgG，也不足以诱发NMOSD[3]。迄今为止，尚无研究表明，仅外周血循环存在AQP4抗体会对CNS造成损害[4] NMOSD患者CNS中的浆细胞可直接产生抗体，且大多为AQP4特异性抗体[5]，但产生机制尚不明确，浆细胞如何通过BBB进入CNS仍有待进一步研究。
研究显示，BBB的破坏与病变的发展可同时发生[6]，电子显微镜下可见AQP4-IgG诱导人星形胶质细胞线粒体完整性和代谢谱的改变，这可能导致星形胶质细胞线粒体功能和动力学受损，进而影响BBB通透性。部分学者认为，NMOSD致病过程中BBB损伤并不是疾病的始发原因，而是损伤后的结果，即NMOSD早期阶段通过中枢产生的AQP4-IgG激活星形胶质细胞后与小胶质细胞的相互作用造成CNS的损伤[7]，进而影响BBB通透性引起更广泛的致病作用。综上，BBB破坏无论是致病的始发原因或疾病破坏的结果，都在NMOSD发生和发展过程中发挥重要作用。
3 AQP4-IgG通过BBB的途径
BCB及CBB是NMOSD病变起始的关键点。目前AQP4-IgG通过BBB的途径尚不明确，近年来，学者们提出两种AQP4-IgG进入CNS途径的假说：（1）AQP4-IgG通过脑室周围的有孔内皮细胞经脑脊液进入CNS；（2）AQP4-IgG通过血管旁路途经脑脊液进入CNS。
3.1 AQP4-IgG通过脑室周围的有孔内皮细胞假说
CNS中存在屏障功能不完整的BBB，如脑极后区的BBB存在允许物质从血液向脑组织扩散的有孔内皮细胞[8]。成人脑室周围有孔内皮细胞在血液循环和大脑之间传递信息、化学成分的交换以及在神经炎症方面具有重要作用[9]。Popescu等[10]分析15例NMOSD患者脑组织切片的神经病理特征，其中6例患者出现NMO-IgG沉积累及脑极后区和第四脑室底部。Ratelade等[11]向AQP4敲除和野生型小鼠静脉注射具有荧光标记的人重组NMO-IgG，高放大倍率共聚焦成像可见血管周围的星形胶质细胞足突未出现NMO-IgG沉积，而野生型小鼠仅在脑极后区星形胶质细胞出现NMO-IgG沉积，在脑、脊髓、视神经、视网膜等其他部位未观察到NMO-IgG沉积。此外通过每日向大鼠腹腔注射AQP4特异性抗体（AQP4-abs）[4]，注射最初24～48 h，AQP4-abs仅出现在脑极后区，随着注射时间的延长，第120 h AQP4-abs从脑极后区扩散到外周组织，如肾脏集合管细胞、胃壁细胞等，这可能提示AQP4-abs对外周组织器官中AQP4的表达具有深远影响。但上述理论不能解释NMOSD病变常累及脑极后区以外部位如视神经及脊髓。
3.2 AQP4-IgG通过血管旁路途经假说
2012年，Iliff等[12]研究报道，体内双光子成像可见标记荧光示踪剂在小鼠脑脊液沿着穿通动脉周围的血管旁间隙进入脑实质。脑组织液和脑脊液可以通过该途径进行物质交换即血管旁路途径[13]。Marignier等[14]所构建的NMOSD动物模型较好地复制AQP4抗体转移到脑脊液后的人类病变表型和位置，通过向大鼠脑室中输注纯化的NMOSD患者IgG，可见脊髓、视神经实质中星形胶质细胞出现损伤，猜测AQP4-IgG可能随脑脊液流动经血管旁路途径进入大脑实质。由于大脑和视神经被脑膜包裹，因此共享同一个脑脊液池[15]。笔者课题组所构建的大鼠NMOSD模型，通过向大鼠视神经周围的蛛网膜下腔脑脊液中注射AQP4抗体阳性的NMOSD患者血清，在视神经诱导出现NMOSD样病变，如星形胶质细胞损伤、脱髓鞘、轴突丢失和炎症细胞浸润[16]。这提示脑脊液中AQP4-IgG升高可直接诱导NMOSD病变的产生。与多发性硬化（MS）组和健康对照组相比，NMOSD组患者尸检结果可见脉络丛、软脑膜胶质界膜和室管膜层中AQP4丢失、补体激活产物沉积和小胶质细胞反应性增高，而且AQP4丢失与上皮细胞膜上的补体C9新抗原沉积一致[17]。这些观察结果表明，BCB以及CBB可能是NMOSD病变起始点，血清中的NMO-IgG的进入CNS，进而广泛地进入脑实质。
3.3 NMOSD参与破坏BBB的成分
3.3.1 补体C3、C4
AQP4-IgG与AQP4的星形胶质细胞末端结合，通过经典途径与补体C1q结合来激活补体依赖的细胞毒性，补体激活过程中C3转化酶将C3转化为C3a和C3b，C3a发送信号并结合由大脑中的血管内皮细胞表达的受体C3aR，C3aR激活具有导致大脑微血管形态改变和BBB通透性增加的作用[18]。Nytrova等[19]研究发现，NMOSD、MS患者和健康对照者的抗补体C1q抗体和补体分裂产物C3a和C4a以及可溶性C5b～9的血清或血浆浓度有显著差异，NMOSD患者的补体C3a表达水平与疾病活动度、神经系统残疾和AQP4-IgG呈正相关性，基于此推测NMOSD发病过程中C3通过C3aR与C3a的结合间接影响BBB。C3同时具有介导星形胶质细胞与激活小胶质细胞的作用[7]，而小胶质细胞激活将会导致血管损伤[20]，这可能提示补体C3除C3aR途径外，还可能通过其他途径间接破坏BBB。研究表明，AQP4-IgG阳性NMOSD患者血浆C3和C4表达水平均显著低于健康对照组[21]，且血浆C3、C4含量与BBB破坏的衡量标准之一即白蛋白率（脑脊液/血清白蛋白比值）呈显著正相关性。Zelek等[22]研究报道，与对照组相比NMOSD组脑脊液中的补体C3表达水平升高，提示BBB功能障碍，导致C3进入脑脊液，然后影响脑脊液中的免疫环境和白细胞。首发AQP4抗体阳性NMOSD低补体C4组治疗效果较差，BBB损伤较严重，疾病变化易累及脑干[23]，但目前C4可能引起BBB改变的机制尚不明确。
3.3.2 78×103的葡萄糖调节蛋白（GRP78）自身抗体
GRP78是70×103分子伴侣热休克家族的成员，对于调节由细胞内质网应激引起的未折叠蛋白反应至关重要[24]。Shimizu等[25]使用来自NMOSD患者的单克隆重组抗体（rAb）培养人脑微血管内皮细胞（BMEC），分离出两种与BMEC强烈结合的抗体，同时细胞实验证明，BMEC暴露于这些rAb导致核因子κB p65的核易位，增加大分子通透性并降低紧密连接蛋白5的表达水平。后续动物实验重复给予小鼠GRP78特异性rAb（腹腔或静脉注射），导致血清白蛋白、IgG和纤维蛋白原外渗到小鼠大脑[25]。然而NMOSD患者GRP78自身抗体比例不明，猜测GRP78-IgG仅在伴有CNS特异性致病抗体时有致病作用。Shimizu等[26]后续的临床试验统计结果显示，纵向延伸横贯性脊髓炎组GRP78自身抗体阳性率显著高于视神经炎组，提示GRP78抗体可能与NMOSD的临床表型有相关性。
3.3.3 白细胞介素（IL）-6
IL-6可通过促进浆母细胞存活、刺激AQP4-IgG分泌、降低BBB完整性和功能以及增强促炎性T淋巴细胞分化和活化[27]。CNS感染或损伤后，CNS中IL-6表达水平升高[28]。Uzawa等[29]比较了多种神经系统疾病患者脑脊液标本中炎症因子表达水平，统计发现NMOSD组脑脊液中IL-6水平高于包括MS、脊髓炎、癫痫等在内的其他神经系统疾病组，建议将脑脊液中7.8 pg/ml的IL-6浓度作为诊断NMOSD的最佳临界值。此外，将BMEC和星形胶质细胞在体外共培养，暴露于NMO-IgG的星形胶质细胞可产生IL-6[30]，并将信号传递到内皮细胞，从而调节内皮细胞的屏障功能。体外和离体实验表明，IL-6阻断剂沙曲珠单抗抑制NMO-IgG诱导的T细胞迁移和屏障功能障碍；在体内研究中，IL-6信号传导的阻断抑制了T细胞向脊髓的迁移，并阻止BBB通透性增加[31]。
3.3.4 基质金属蛋白酶（MMP）
MMP-9是MMP家族中的一类锌离子依赖的蛋白酶，具有破坏BBB，降解细胞外基质、髓鞘碱性蛋白的作用。MMP-9可以导致BMEC通透性增高，进而导致T淋巴细胞等炎症细胞及炎症因子穿透血管基底膜进入CNS[28]。越来越多的证据表明，MMP-9介导的BBB破坏是神经炎性疾病的关键步骤[32]。研究表明，NMOSD患者血清MMP-9表达水平显著高于MS组及健康对照组，并且与扩展残疾状态量表评分及BBB指数呈正相关性，这说明MMP-9在NMOSD BBB破坏机制中具有重要作用[32]。Uchida等[33]检测到29例NMOSD患者脑脊液中的MMP-2表达水平显著高于包括MS在内的27例其他神经系统疾病组患者。Hosokawa等[32]研究发现，在发病急性期NMOSD患者血清中的体液因子诱导BMEC通过自分泌产生MMP-2/9使紧密连接蛋白5的降解，导致暴露于NMOSD患者血清的BBB功能受损，MMP特异性抑制剂能阻止BBB的损害；但NMOSD患者血清MMP-9浓度较健康对照组并无明显升高。这提示即使微量的MMP-9分泌也能显著损害BBB。一项MMP-9基因型的频率分布与NMOSD相关性研究报道，NMOSD患者中MMP9-1562C/T基因多态性的T等位基因显著增加，提示MMP-9基因多态性可能与NMOSD的发生有关[21]。
3.3.5 血管内皮生长因子（VEGF）
在血管新生过程中，VEGF-A是VEGF信号通路中促进基底膜分解的主要因子[34]。存在于细胞外基质中的VEGF-A与血管内皮细胞膜上的VEGF受体2结合后，激活Src酪氨酸蛋白激酶（SRC）信号通路，介导的内皮一氧化氮合成酶的产生，激活SRC和YES信号通路以调节细胞间接触，激活血管内皮-钙黏蛋白，从而调节血管通透性[35]。2011年，Shimizu等[36]建立体外BMEC模型，暴露于AQP4-IgG阳性NMOSD患者血清后，BMEC的TJs蛋白表达和跨内皮电阻数值显著降低。然而，在应用抗VEGF药物中和抗体后，受损的BBB功能得以恢复。研究表明，10例行抗VEGF药物治疗的NMOSD急性期患者，在糖皮质激素冲击治疗的基础上加用抗VEGF-A药物贝伐单抗，经过3个月随访，6例患者病情改善，均无需血浆置换治疗[37]。
3.3.6 免疫细胞
以往的研究表明炎症细胞与活化的内皮细胞的相互作用导致其迁移到CNS，外周免疫细胞，如T细胞、B细胞和巨噬细胞侵入脑实质，分泌多种细胞因子，攻击神经元，同时破坏脑和脊髓的神经纤维髓鞘[38]，并且诱导BBB破坏[39]。多形核白细胞（PMN）是BBB破坏的主要介质之一，抑制PMN化学吸引、活化和蛋白水解功能可减小NMOSD病变范围[39]。补体C5a作为PMN的激活剂之一，阻断C5a受体C5aR可以一定程度上减少星形胶质细胞病变。
3.3.7 其他破坏BBB的因素
Cobo-Calvo等[40]用NMOSD患者体内全部纯化IgG培养离体大脑微血管（IBM），IBM中多种促炎细胞因子表达水平增加，紧密连接蛋白5表达水平降低，提示自身抗体本身存在直接破坏BBB的成分。另外，NMOSD患者脑脊液中尿酸、IL-1β、IL-8、干扰素诱导蛋白-10、可溶性CD40配体等成分的升高都可能影响BBB通透性的改变[32, 41-43]。
4 NMOSD患者BBB破坏生物标志物
4.1 MRI特征
4.1.1 钆（Gd）显影增强
Gd显影剂是一种不能通过完整BBB的血管显影剂，被用于MRI检查。在BBB受损后，如炎症、肿瘤病变时，Gd显影剂渗漏到血管外，能较好地显示BBB损伤部位及程度，因此MRI影像Gd增强影像改变是目前NMOSD中BBB破坏的可靠标志。Xu等[44]研究发现，NMOSD患者行MRI检查，可见持续性Gd增强病变，其可能与NMOSD发作后恢复不良有关。
4.1.2 血管周围间隙（PVS）扩大
PVS是指脑穿支血管由蛛网膜下腔进入脑实质时，邻近的软脑膜内陷在小血管周围（不包括毛细血管）形成的介于两层软脑膜之间的间隙[45]。NMOSD患者体内存在的AQP4抗体可能攻击淋巴循环，进而使PVS扩大（EPVS），进而引起脑淋巴循环受损神经症状加重[46]。NMOSD患者MRI结果提示，EPVS水平与扩展致残状态量表评分呈正相关性。EPVS水平也与脑脊液抗AQP4抗体滴度、白蛋白率（脑脊液/血清白蛋白比值）、脑脊液白蛋白、IgG和IgA水平呈正相关性。EPVS可能为独立预测NMOSD患者的神经功能障碍的指标[47]。
4.2 血清中成分变化
4.2.1 硫酸乙酰肝素（HS）和透明质酸（HA）
糖萼是一种果冻状层，覆盖血管内皮的腔表面，是BBB的内表面的第一防御层[48]。当此层表面基质被破坏，内皮通透性的稳态受到破坏，导致炎症细胞因子，免疫细胞甚至抗体从血清中泄漏到脑脊液中，这加重了炎症和疾病的严重程度。HS和HA是糖萼的两种主要成分，当糖萼被破坏时，血液及脑脊液中这两种成分会迅速升高[49]，并且能间接反映BBB的损伤程度。多项研究表明，在感染、血管性及肿瘤性病变中出现血液及脑脊液HS及HA的改变[50]。NMOSD相关脑炎中的也发现糖萼成分的升高[51]。急性期NMOSD、MS和自身免疫性GFAP星形细胞病的血浆和脑脊液中可溶性HS和HA显著增加，HS和HA的脑脊液水平与NMOSD疾病的严重程度呈正相关性，有可能成为一种新的生物标志物[52]。
4.2.2 血清黏附分子水平
内皮细胞黏附分子（CAM），包括Ig超家族、整合素家族、选择素家族、粘蛋白样血管紧张素和钙黏蛋白家族等，具有调节血管完整性，介导免疫细胞向CNS的外渗和转运等多种作用。Ig超家族成员重组人血管细胞粘附分子1、细胞间粘附分子1（ICAM-1）高表达会导致BBB破坏及活化的外周淋巴细胞向CNS的迁移。Chang等[53]研究发现，NMOSD患者血液中ICAM-1及ICAM-2水平均高于健康对照者。Uzawa[54]报道NMOSD患者中血液ICAM-1表达增加，血清血小板内皮细胞粘附分子-1表达水平与NMOSD患者EDCC评分呈负相关性[53]。NMOSD患者血清中黏附分子的表达水平升高与病情的严重程度呈正相关性，有可能成为NMOSD中BBB损伤的标志物。
5 小结与展望
BBB通透性的改变在NMOSD发生和发展过程中发挥着重要作用。因BBB结构复杂，影响因素繁多，目前针对NMOSD BBB通透性改变的研究往往局限于单一途径或少量成分，缺少较为系统的研究，BBB存在破坏与否以及破坏程度的衡量，也缺乏较为统一的标准。除以上各项机制及影响因素外，还存在许多正在探索、尚未了解的方面。NMOSD与BBB破坏密切相关，相信从BBB调节和修复的角度，结合BBB破坏程度的标准化衡量，多角度探索NMOSD发病机制，未来将实现NMOSD的早期诊断，开辟新的治疗和预防靶点。
视神经脊髓炎（NMO）谱系疾病（NMOSD），是一种体液免疫介导的主要累及视神经和脊髓的中枢神经系统（CNS）炎性脱髓鞘性疾病。其发病机制为外周血抗水通道蛋白4（AQP4）抗体通过受损的血脑屏障（BBB）区域，进入CNS，与星形胶质细胞足突上的AQP4受体结合，从而诱发NMOSD特征性病理改变[1]。因此，BBB通透性改变在NMOSD发病过程中具有重要作用。现就NMOSD对BBB通透性调节机制及影响因素的研究进展作一综述，以期为预防、减轻和修复NMOSD中BBB的损伤提供思路。
1 BBB的结构和功能
BBB是指脑毛细血管选择性限制溶质透过的结构，由脑微血管内皮细胞、内皮细胞间的紧密连接（TJs）和基底膜、周细胞、星形胶质细胞足突等构成，允许血液循环中脑代谢所需物质顺利进入脑内，并阻止某些物质由血液循环进入脑组织，使脑组织减少受或免受血液循环中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定。BBB对维持CNS正常生理状态有重要的生物学意义。在组织学上广义的BBB是血-脑、血-脑脊液（BCB）及脑脊液-脑（CBB）三种屏障的总称，三种屏障分别阻挡物质从外周血进入脑实质，外周血进入脑脊液，脑脊液进入脑实质（后文BBB均代指广义的BBB）。任何会影响BBB各层结构的因素，都会导致BBB功能的破坏[1]。
2 BBB在NMOSD发病机制中的作用
发病过程中NMOSD患者所产生的自身免疫球蛋白（Ig）G中AQP4-IgG是NMOSD的主要致病抗体，在外周血循环中由浆细胞产生，通过BBB进入CNS后与星形胶质细胞足突上的AQP4蛋白结合，诱导一系列炎症免疫反应，最终造成星形胶质细胞的损伤。根据病变的阶段及发病严重程度，少突胶质细胞和神经元会出现不同程度的继发性损伤，继而出现脊髓及视神经脱髓鞘、轴突损伤等病理改变[1]。
AQP4-IgG作为一种主要在周围血液循环中产生的大分子蛋白，在正常生理状态下不能通过BBB。外围血循环中的致病性AQP4-IgG需通过损伤的BBB进入CNS，才可能诱发NMOSD[2]。当BBB完整时，外周血循环中即使存在大量AQP4-IgG，也不足以诱发NMOSD[3]。迄今为止，尚无研究表明，仅外周血循环存在AQP4抗体会对CNS造成损害[4] NMOSD患者CNS中的浆细胞可直接产生抗体，且大多为AQP4特异性抗体[5]，但产生机制尚不明确，浆细胞如何通过BBB进入CNS仍有待进一步研究。
研究显示，BBB的破坏与病变的发展可同时发生[6]，电子显微镜下可见AQP4-IgG诱导人星形胶质细胞线粒体完整性和代谢谱的改变，这可能导致星形胶质细胞线粒体功能和动力学受损，进而影响BBB通透性。部分学者认为，NMOSD致病过程中BBB损伤并不是疾病的始发原因，而是损伤后的结果，即NMOSD早期阶段通过中枢产生的AQP4-IgG激活星形胶质细胞后与小胶质细胞的相互作用造成CNS的损伤[7]，进而影响BBB通透性引起更广泛的致病作用。综上，BBB破坏无论是致病的始发原因或疾病破坏的结果，都在NMOSD发生和发展过程中发挥重要作用。
3 AQP4-IgG通过BBB的途径
BCB及CBB是NMOSD病变起始的关键点。目前AQP4-IgG通过BBB的途径尚不明确，近年来，学者们提出两种AQP4-IgG进入CNS途径的假说：（1）AQP4-IgG通过脑室周围的有孔内皮细胞经脑脊液进入CNS；（2）AQP4-IgG通过血管旁路途经脑脊液进入CNS。
3.1 AQP4-IgG通过脑室周围的有孔内皮细胞假说
CNS中存在屏障功能不完整的BBB，如脑极后区的BBB存在允许物质从血液向脑组织扩散的有孔内皮细胞[8]。成人脑室周围有孔内皮细胞在血液循环和大脑之间传递信息、化学成分的交换以及在神经炎症方面具有重要作用[9]。Popescu等[10]分析15例NMOSD患者脑组织切片的神经病理特征，其中6例患者出现NMO-IgG沉积累及脑极后区和第四脑室底部。Ratelade等[11]向AQP4敲除和野生型小鼠静脉注射具有荧光标记的人重组NMO-IgG，高放大倍率共聚焦成像可见血管周围的星形胶质细胞足突未出现NMO-IgG沉积，而野生型小鼠仅在脑极后区星形胶质细胞出现NMO-IgG沉积，在脑、脊髓、视神经、视网膜等其他部位未观察到NMO-IgG沉积。此外通过每日向大鼠腹腔注射AQP4特异性抗体（AQP4-abs）[4]，注射最初24～48 h，AQP4-abs仅出现在脑极后区，随着注射时间的延长，第120 h AQP4-abs从脑极后区扩散到外周组织，如肾脏集合管细胞、胃壁细胞等，这可能提示AQP4-abs对外周组织器官中AQP4的表达具有深远影响。但上述理论不能解释NMOSD病变常累及脑极后区以外部位如视神经及脊髓。
3.2 AQP4-IgG通过血管旁路途经假说
2012年，Iliff等[12]研究报道，体内双光子成像可见标记荧光示踪剂在小鼠脑脊液沿着穿通动脉周围的血管旁间隙进入脑实质。脑组织液和脑脊液可以通过该途径进行物质交换即血管旁路途径[13]。Marignier等[14]所构建的NMOSD动物模型较好地复制AQP4抗体转移到脑脊液后的人类病变表型和位置，通过向大鼠脑室中输注纯化的NMOSD患者IgG，可见脊髓、视神经实质中星形胶质细胞出现损伤，猜测AQP4-IgG可能随脑脊液流动经血管旁路途径进入大脑实质。由于大脑和视神经被脑膜包裹，因此共享同一个脑脊液池[15]。笔者课题组所构建的大鼠NMOSD模型，通过向大鼠视神经周围的蛛网膜下腔脑脊液中注射AQP4抗体阳性的NMOSD患者血清，在视神经诱导出现NMOSD样病变，如星形胶质细胞损伤、脱髓鞘、轴突丢失和炎症细胞浸润[16]。这提示脑脊液中AQP4-IgG升高可直接诱导NMOSD病变的产生。与多发性硬化（MS）组和健康对照组相比，NMOSD组患者尸检结果可见脉络丛、软脑膜胶质界膜和室管膜层中AQP4丢失、补体激活产物沉积和小胶质细胞反应性增高，而且AQP4丢失与上皮细胞膜上的补体C9新抗原沉积一致[17]。这些观察结果表明，BCB以及CBB可能是NMOSD病变起始点，血清中的NMO-IgG的进入CNS，进而广泛地进入脑实质。
3.3 NMOSD参与破坏BBB的成分
3.3.1 补体C3、C4
AQP4-IgG与AQP4的星形胶质细胞末端结合，通过经典途径与补体C1q结合来激活补体依赖的细胞毒性，补体激活过程中C3转化酶将C3转化为C3a和C3b，C3a发送信号并结合由大脑中的血管内皮细胞表达的受体C3aR，C3aR激活具有导致大脑微血管形态改变和BBB通透性增加的作用[18]。Nytrova等[19]研究发现，NMOSD、MS患者和健康对照者的抗补体C1q抗体和补体分裂产物C3a和C4a以及可溶性C5b～9的血清或血浆浓度有显著差异，NMOSD患者的补体C3a表达水平与疾病活动度、神经系统残疾和AQP4-IgG呈正相关性，基于此推测NMOSD发病过程中C3通过C3aR与C3a的结合间接影响BBB。C3同时具有介导星形胶质细胞与激活小胶质细胞的作用[7]，而小胶质细胞激活将会导致血管损伤[20]，这可能提示补体C3除C3aR途径外，还可能通过其他途径间接破坏BBB。研究表明，AQP4-IgG阳性NMOSD患者血浆C3和C4表达水平均显著低于健康对照组[21]，且血浆C3、C4含量与BBB破坏的衡量标准之一即白蛋白率（脑脊液/血清白蛋白比值）呈显著正相关性。Zelek等[22]研究报道，与对照组相比NMOSD组脑脊液中的补体C3表达水平升高，提示BBB功能障碍，导致C3进入脑脊液，然后影响脑脊液中的免疫环境和白细胞。首发AQP4抗体阳性NMOSD低补体C4组治疗效果较差，BBB损伤较严重，疾病变化易累及脑干[23]，但目前C4可能引起BBB改变的机制尚不明确。
3.3.2 78×103的葡萄糖调节蛋白（GRP78）自身抗体
GRP78是70×103分子伴侣热休克家族的成员，对于调节由细胞内质网应激引起的未折叠蛋白反应至关重要[24]。Shimizu等[25]使用来自NMOSD患者的单克隆重组抗体（rAb）培养人脑微血管内皮细胞（BMEC），分离出两种与BMEC强烈结合的抗体，同时细胞实验证明，BMEC暴露于这些rAb导致核因子κB p65的核易位，增加大分子通透性并降低紧密连接蛋白5的表达水平。后续动物实验重复给予小鼠GRP78特异性rAb（腹腔或静脉注射），导致血清白蛋白、IgG和纤维蛋白原外渗到小鼠大脑[25]。然而NMOSD患者GRP78自身抗体比例不明，猜测GRP78-IgG仅在伴有CNS特异性致病抗体时有致病作用。Shimizu等[26]后续的临床试验统计结果显示，纵向延伸横贯性脊髓炎组GRP78自身抗体阳性率显著高于视神经炎组，提示GRP78抗体可能与NMOSD的临床表型有相关性。
3.3.3 白细胞介素（IL）-6
IL-6可通过促进浆母细胞存活、刺激AQP4-IgG分泌、降低BBB完整性和功能以及增强促炎性T淋巴细胞分化和活化[27]。CNS感染或损伤后，CNS中IL-6表达水平升高[28]。Uzawa等[29]比较了多种神经系统疾病患者脑脊液标本中炎症因子表达水平，统计发现NMOSD组脑脊液中IL-6水平高于包括MS、脊髓炎、癫痫等在内的其他神经系统疾病组，建议将脑脊液中7.8 pg/ml的IL-6浓度作为诊断NMOSD的最佳临界值。此外，将BMEC和星形胶质细胞在体外共培养，暴露于NMO-IgG的星形胶质细胞可产生IL-6[30]，并将信号传递到内皮细胞，从而调节内皮细胞的屏障功能。体外和离体实验表明，IL-6阻断剂沙曲珠单抗抑制NMO-IgG诱导的T细胞迁移和屏障功能障碍；在体内研究中，IL-6信号传导的阻断抑制了T细胞向脊髓的迁移，并阻止BBB通透性增加[31]。
3.3.4 基质金属蛋白酶（MMP）
MMP-9是MMP家族中的一类锌离子依赖的蛋白酶，具有破坏BBB，降解细胞外基质、髓鞘碱性蛋白的作用。MMP-9可以导致BMEC通透性增高，进而导致T淋巴细胞等炎症细胞及炎症因子穿透血管基底膜进入CNS[28]。越来越多的证据表明，MMP-9介导的BBB破坏是神经炎性疾病的关键步骤[32]。研究表明，NMOSD患者血清MMP-9表达水平显著高于MS组及健康对照组，并且与扩展残疾状态量表评分及BBB指数呈正相关性，这说明MMP-9在NMOSD BBB破坏机制中具有重要作用[32]。Uchida等[33]检测到29例NMOSD患者脑脊液中的MMP-2表达水平显著高于包括MS在内的27例其他神经系统疾病组患者。Hosokawa等[32]研究发现，在发病急性期NMOSD患者血清中的体液因子诱导BMEC通过自分泌产生MMP-2/9使紧密连接蛋白5的降解，导致暴露于NMOSD患者血清的BBB功能受损，MMP特异性抑制剂能阻止BBB的损害；但NMOSD患者血清MMP-9浓度较健康对照组并无明显升高。这提示即使微量的MMP-9分泌也能显著损害BBB。一项MMP-9基因型的频率分布与NMOSD相关性研究报道，NMOSD患者中MMP9-1562C/T基因多态性的T等位基因显著增加，提示MMP-9基因多态性可能与NMOSD的发生有关[21]。
3.3.5 血管内皮生长因子（VEGF）
在血管新生过程中，VEGF-A是VEGF信号通路中促进基底膜分解的主要因子[34]。存在于细胞外基质中的VEGF-A与血管内皮细胞膜上的VEGF受体2结合后，激活Src酪氨酸蛋白激酶（SRC）信号通路，介导的内皮一氧化氮合成酶的产生，激活SRC和YES信号通路以调节细胞间接触，激活血管内皮-钙黏蛋白，从而调节血管通透性[35]。2011年，Shimizu等[36]建立体外BMEC模型，暴露于AQP4-IgG阳性NMOSD患者血清后，BMEC的TJs蛋白表达和跨内皮电阻数值显著降低。然而，在应用抗VEGF药物中和抗体后，受损的BBB功能得以恢复。研究表明，10例行抗VEGF药物治疗的NMOSD急性期患者，在糖皮质激素冲击治疗的基础上加用抗VEGF-A药物贝伐单抗，经过3个月随访，6例患者病情改善，均无需血浆置换治疗[37]。
3.3.6 免疫细胞
以往的研究表明炎症细胞与活化的内皮细胞的相互作用导致其迁移到CNS，外周免疫细胞，如T细胞、B细胞和巨噬细胞侵入脑实质，分泌多种细胞因子，攻击神经元，同时破坏脑和脊髓的神经纤维髓鞘[38]，并且诱导BBB破坏[39]。多形核白细胞（PMN）是BBB破坏的主要介质之一，抑制PMN化学吸引、活化和蛋白水解功能可减小NMOSD病变范围[39]。补体C5a作为PMN的激活剂之一，阻断C5a受体C5aR可以一定程度上减少星形胶质细胞病变。
3.3.7 其他破坏BBB的因素
Cobo-Calvo等[40]用NMOSD患者体内全部纯化IgG培养离体大脑微血管（IBM），IBM中多种促炎细胞因子表达水平增加，紧密连接蛋白5表达水平降低，提示自身抗体本身存在直接破坏BBB的成分。另外，NMOSD患者脑脊液中尿酸、IL-1β、IL-8、干扰素诱导蛋白-10、可溶性CD40配体等成分的升高都可能影响BBB通透性的改变[32, 41-43]。
4 NMOSD患者BBB破坏生物标志物
4.1 MRI特征
4.1.1 钆（Gd）显影增强
Gd显影剂是一种不能通过完整BBB的血管显影剂，被用于MRI检查。在BBB受损后，如炎症、肿瘤病变时，Gd显影剂渗漏到血管外，能较好地显示BBB损伤部位及程度，因此MRI影像Gd增强影像改变是目前NMOSD中BBB破坏的可靠标志。Xu等[44]研究发现，NMOSD患者行MRI检查，可见持续性Gd增强病变，其可能与NMOSD发作后恢复不良有关。
4.1.2 血管周围间隙（PVS）扩大
PVS是指脑穿支血管由蛛网膜下腔进入脑实质时，邻近的软脑膜内陷在小血管周围（不包括毛细血管）形成的介于两层软脑膜之间的间隙[45]。NMOSD患者体内存在的AQP4抗体可能攻击淋巴循环，进而使PVS扩大（EPVS），进而引起脑淋巴循环受损神经症状加重[46]。NMOSD患者MRI结果提示，EPVS水平与扩展致残状态量表评分呈正相关性。EPVS水平也与脑脊液抗AQP4抗体滴度、白蛋白率（脑脊液/血清白蛋白比值）、脑脊液白蛋白、IgG和IgA水平呈正相关性。EPVS可能为独立预测NMOSD患者的神经功能障碍的指标[47]。
4.2 血清中成分变化
4.2.1 硫酸乙酰肝素（HS）和透明质酸（HA）
糖萼是一种果冻状层，覆盖血管内皮的腔表面，是BBB的内表面的第一防御层[48]。当此层表面基质被破坏，内皮通透性的稳态受到破坏，导致炎症细胞因子，免疫细胞甚至抗体从血清中泄漏到脑脊液中，这加重了炎症和疾病的严重程度。HS和HA是糖萼的两种主要成分，当糖萼被破坏时，血液及脑脊液中这两种成分会迅速升高[49]，并且能间接反映BBB的损伤程度。多项研究表明，在感染、血管性及肿瘤性病变中出现血液及脑脊液HS及HA的改变[50]。NMOSD相关脑炎中的也发现糖萼成分的升高[51]。急性期NMOSD、MS和自身免疫性GFAP星形细胞病的血浆和脑脊液中可溶性HS和HA显著增加，HS和HA的脑脊液水平与NMOSD疾病的严重程度呈正相关性，有可能成为一种新的生物标志物[52]。
4.2.2 血清黏附分子水平
内皮细胞黏附分子（CAM），包括Ig超家族、整合素家族、选择素家族、粘蛋白样血管紧张素和钙黏蛋白家族等，具有调节血管完整性，介导免疫细胞向CNS的外渗和转运等多种作用。Ig超家族成员重组人血管细胞粘附分子1、细胞间粘附分子1（ICAM-1）高表达会导致BBB破坏及活化的外周淋巴细胞向CNS的迁移。Chang等[53]研究发现，NMOSD患者血液中ICAM-1及ICAM-2水平均高于健康对照者。Uzawa[54]报道NMOSD患者中血液ICAM-1表达增加，血清血小板内皮细胞粘附分子-1表达水平与NMOSD患者EDCC评分呈负相关性[53]。NMOSD患者血清中黏附分子的表达水平升高与病情的严重程度呈正相关性，有可能成为NMOSD中BBB损伤的标志物。
5 小结与展望
BBB通透性的改变在NMOSD发生和发展过程中发挥着重要作用。因BBB结构复杂，影响因素繁多，目前针对NMOSD BBB通透性改变的研究往往局限于单一途径或少量成分，缺少较为系统的研究，BBB存在破坏与否以及破坏程度的衡量，也缺乏较为统一的标准。除以上各项机制及影响因素外，还存在许多正在探索、尚未了解的方面。NMOSD与BBB破坏密切相关，相信从BBB调节和修复的角度，结合BBB破坏程度的标准化衡量，多角度探索NMOSD发病机制，未来将实现NMOSD的早期诊断，开辟新的治疗和预防靶点。