視神經脊髓炎譜系疾病（NMOSD）是一種免疫介導的中樞神經系統炎性脫髓鞘性疾病。血腦屏障（BBB）破壞作為NMOSD發病機制中的重要環節，對疾病的發生、發展以及預后轉歸具有重要影響。外周血循環中產生的水通道蛋白4抗體通過BBB后對中樞神經系統造成損傷，NMOSD疾病發生和發展過程中存在參與破壞BBB的成分。目前對于NMOSD中BBB破壞的分子機制知之甚少，且缺乏系統化理論，進一步研究探索NMOSD疾病中BBB通透性調節機制及屏障破壞的表現，對于了解NMOSD發病機制，進而達到早期診斷，以及發現新的治療和預防靶點具有重要意義。
引用本文： 陳思齊, 楊暉. 視神經脊髓炎譜系疾病血腦屏障通透性調節機制及影響因素的研究進展. 中華眼底病雜志, 2023, 39(11): 938-943. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20230117-00026 復制
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視神經脊髓炎（NMO）譜系疾病（NMOSD），是一種體液免疫介導的主要累及視神經和脊髓的中樞神經系統（CNS）炎性脫髓鞘性疾病。其發病機制為外周血抗水通道蛋白4（AQP4）抗體通過受損的血腦屏障（BBB）區域，進入CNS，與星形膠質細胞足突上的AQP4受體結合，從而誘發NMOSD特征性病理改變[1]。因此，BBB通透性改變在NMOSD發病過程中具有重要作用。現就NMOSD對BBB通透性調節機制及影響因素的研究進展作一綜述，以期為預防、減輕和修復NMOSD中BBB的損傷提供思路。
1 BBB的結構和功能
BBB是指腦毛細血管選擇性限制溶質透過的結構，由腦微血管內皮細胞、內皮細胞間的緊密連接（TJs）和基底膜、周細胞、星形膠質細胞足突等構成，允許血液循環中腦代謝所需物質順利進入腦內，并阻止某些物質由血液循環進入腦組織，使腦組織減少受或免受血液循環中有害物質的損害，從而保持腦組織內環境的基本穩定。BBB對維持CNS正常生理狀態有重要的生物學意義。在組織學上廣義的BBB是血-腦、血-腦脊液（BCB）及腦脊液-腦（CBB）三種屏障的總稱，三種屏障分別阻擋物質從外周血進入腦實質，外周血進入腦脊液，腦脊液進入腦實質（后文BBB均代指廣義的BBB）。任何會影響BBB各層結構的因素，都會導致BBB功能的破壞[1]。
2 BBB在NMOSD發病機制中的作用
發病過程中NMOSD患者所產生的自身免疫球蛋白（Ig）G中AQP4-IgG是NMOSD的主要致病抗體，在外周血循環中由漿細胞產生，通過BBB進入CNS后與星形膠質細胞足突上的AQP4蛋白結合，誘導一系列炎癥免疫反應，最終造成星形膠質細胞的損傷。根據病變的階段及發病嚴重程度，少突膠質細胞和神經元會出現不同程度的繼發性損傷，繼而出現脊髓及視神經脫髓鞘、軸突損傷等病理改變[1]。
AQP4-IgG作為一種主要在周圍血液循環中產生的大分子蛋白，在正常生理狀態下不能通過BBB。外圍血循環中的致病性AQP4-IgG需通過損傷的BBB進入CNS，才可能誘發NMOSD[2]。當BBB完整時，外周血循環中即使存在大量AQP4-IgG，也不足以誘發NMOSD[3]。迄今為止，尚無研究表明，僅外周血循環存在AQP4抗體會對CNS造成損害[4] NMOSD患者CNS中的漿細胞可直接產生抗體，且大多為AQP4特異性抗體[5]，但產生機制尚不明確，漿細胞如何通過BBB進入CNS仍有待進一步研究。
研究顯示，BBB的破壞與病變的發展可同時發生[6]，電子顯微鏡下可見AQP4-IgG誘導人星形膠質細胞線粒體完整性和代謝譜的改變，這可能導致星形膠質細胞線粒體功能和動力學受損，進而影響BBB通透性。部分學者認為，NMOSD致病過程中BBB損傷并不是疾病的始發原因，而是損傷后的結果，即NMOSD早期階段通過中樞產生的AQP4-IgG激活星形膠質細胞后與小膠質細胞的相互作用造成CNS的損傷[7]，進而影響BBB通透性引起更廣泛的致病作用。綜上，BBB破壞無論是致病的始發原因或疾病破壞的結果，都在NMOSD發生和發展過程中發揮重要作用。
3 AQP4-IgG通過BBB的途徑
BCB及CBB是NMOSD病變起始的關鍵點。目前AQP4-IgG通過BBB的途徑尚不明確，近年來，學者們提出兩種AQP4-IgG進入CNS途徑的假說：（1）AQP4-IgG通過腦室周圍的有孔內皮細胞經腦脊液進入CNS；（2）AQP4-IgG通過血管旁路途經腦脊液進入CNS。
3.1 AQP4-IgG通過腦室周圍的有孔內皮細胞假說
CNS中存在屏障功能不完整的BBB，如腦極后區的BBB存在允許物質從血液向腦組織擴散的有孔內皮細胞[8]。成人腦室周圍有孔內皮細胞在血液循環和大腦之間傳遞信息、化學成分的交換以及在神經炎癥方面具有重要作用[9]。Popescu等[10]分析15例NMOSD患者腦組織切片的神經病理特征，其中6例患者出現NMO-IgG沉積累及腦極后區和第四腦室底部。Ratelade等[11]向AQP4敲除和野生型小鼠靜脈注射具有熒光標記的人重組NMO-IgG，高放大倍率共聚焦成像可見血管周圍的星形膠質細胞足突未出現NMO-IgG沉積，而野生型小鼠僅在腦極后區星形膠質細胞出現NMO-IgG沉積，在腦、脊髓、視神經、視網膜等其他部位未觀察到NMO-IgG沉積。此外通過每日向大鼠腹腔注射AQP4特異性抗體（AQP4-abs）[4]，注射最初24～48 h，AQP4-abs僅出現在腦極后區，隨著注射時間的延長，第120 h AQP4-abs從腦極后區擴散到外周組織，如腎臟集合管細胞、胃壁細胞等，這可能提示AQP4-abs對外周組織器官中AQP4的表達具有深遠影響。但上述理論不能解釋NMOSD病變常累及腦極后區以外部位如視神經及脊髓。
3.2 AQP4-IgG通過血管旁路途經假說
2012年，Iliff等[12]研究報道，體內雙光子成像可見標記熒光示蹤劑在小鼠腦脊液沿著穿通動脈周圍的血管旁間隙進入腦實質。腦組織液和腦脊液可以通過該途徑進行物質交換即血管旁路途徑[13]。Marignier等[14]所構建的NMOSD動物模型較好地復制AQP4抗體轉移到腦脊液后的人類病變表型和位置，通過向大鼠腦室中輸注純化的NMOSD患者IgG，可見脊髓、視神經實質中星形膠質細胞出現損傷，猜測AQP4-IgG可能隨腦脊液流動經血管旁路途徑進入大腦實質。由于大腦和視神經被腦膜包裹，因此共享同一個腦脊液池[15]。筆者課題組所構建的大鼠NMOSD模型，通過向大鼠視神經周圍的蛛網膜下腔腦脊液中注射AQP4抗體陽性的NMOSD患者血清，在視神經誘導出現NMOSD樣病變，如星形膠質細胞損傷、脫髓鞘、軸突丟失和炎癥細胞浸潤[16]。這提示腦脊液中AQP4-IgG升高可直接誘導NMOSD病變的產生。與多發性硬化（MS）組和健康對照組相比，NMOSD組患者尸檢結果可見脈絡叢、軟腦膜膠質界膜和室管膜層中AQP4丟失、補體激活產物沉積和小膠質細胞反應性增高，而且AQP4丟失與上皮細胞膜上的補體C9新抗原沉積一致[17]。這些觀察結果表明，BCB以及CBB可能是NMOSD病變起始點，血清中的NMO-IgG的進入CNS，進而廣泛地進入腦實質。
3.3 NMOSD參與破壞BBB的成分
3.3.1 補體C3、C4
AQP4-IgG與AQP4的星形膠質細胞末端結合，通過經典途徑與補體C1q結合來激活補體依賴的細胞毒性，補體激活過程中C3轉化酶將C3轉化為C3a和C3b，C3a發送信號并結合由大腦中的血管內皮細胞表達的受體C3aR，C3aR激活具有導致大腦微血管形態改變和BBB通透性增加的作用[18]。Nytrova等[19]研究發現，NMOSD、MS患者和健康對照者的抗補體C1q抗體和補體分裂產物C3a和C4a以及可溶性C5b～9的血清或血漿濃度有顯著差異，NMOSD患者的補體C3a表達水平與疾病活動度、神經系統殘疾和AQP4-IgG呈正相關性，基于此推測NMOSD發病過程中C3通過C3aR與C3a的結合間接影響BBB。C3同時具有介導星形膠質細胞與激活小膠質細胞的作用[7]，而小膠質細胞激活將會導致血管損傷[20]，這可能提示補體C3除C3aR途徑外，還可能通過其他途徑間接破壞BBB。研究表明，AQP4-IgG陽性NMOSD患者血漿C3和C4表達水平均顯著低于健康對照組[21]，且血漿C3、C4含量與BBB破壞的衡量標準之一即白蛋白率（腦脊液/血清白蛋白比值）呈顯著正相關性。Zelek等[22]研究報道，與對照組相比NMOSD組腦脊液中的補體C3表達水平升高，提示BBB功能障礙，導致C3進入腦脊液，然后影響腦脊液中的免疫環境和白細胞。首發AQP4抗體陽性NMOSD低補體C4組治療效果較差，BBB損傷較嚴重，疾病變化易累及腦干[23]，但目前C4可能引起BBB改變的機制尚不明確。
3.3.2 78×103的葡萄糖調節蛋白（GRP78）自身抗體
GRP78是70×103分子伴侶熱休克家族的成員，對于調節由細胞內質網應激引起的未折疊蛋白反應至關重要[24]。Shimizu等[25]使用來自NMOSD患者的單克隆重組抗體（rAb）培養人腦微血管內皮細胞（BMEC），分離出兩種與BMEC強烈結合的抗體，同時細胞實驗證明，BMEC暴露于這些rAb導致核因子κB p65的核易位，增加大分子通透性并降低緊密連接蛋白5的表達水平。后續動物實驗重復給予小鼠GRP78特異性rAb（腹腔或靜脈注射），導致血清白蛋白、IgG和纖維蛋白原外滲到小鼠大腦[25]。然而NMOSD患者GRP78自身抗體比例不明，猜測GRP78-IgG僅在伴有CNS特異性致病抗體時有致病作用。Shimizu等[26]后續的臨床試驗統計結果顯示，縱向延伸橫貫性脊髓炎組GRP78自身抗體陽性率顯著高于視神經炎組，提示GRP78抗體可能與NMOSD的臨床表型有相關性。
3.3.3 白細胞介素（IL）-6
IL-6可通過促進漿母細胞存活、刺激AQP4-IgG分泌、降低BBB完整性和功能以及增強促炎性T淋巴細胞分化和活化[27]。CNS感染或損傷后，CNS中IL-6表達水平升高[28]。Uzawa等[29]比較了多種神經系統疾病患者腦脊液標本中炎癥因子表達水平，統計發現NMOSD組腦脊液中IL-6水平高于包括MS、脊髓炎、癲癇等在內的其他神經系統疾病組，建議將腦脊液中7.8 pg/ml的IL-6濃度作為診斷NMOSD的最佳臨界值。此外，將BMEC和星形膠質細胞在體外共培養，暴露于NMO-IgG的星形膠質細胞可產生IL-6[30]，并將信號傳遞到內皮細胞，從而調節內皮細胞的屏障功能。體外和離體實驗表明，IL-6阻斷劑沙曲珠單抗抑制NMO-IgG誘導的T細胞遷移和屏障功能障礙；在體內研究中，IL-6信號傳導的阻斷抑制了T細胞向脊髓的遷移，并阻止BBB通透性增加[31]。
3.3.4 基質金屬蛋白酶（MMP）
MMP-9是MMP家族中的一類鋅離子依賴的蛋白酶，具有破壞BBB，降解細胞外基質、髓鞘堿性蛋白的作用。MMP-9可以導致BMEC通透性增高，進而導致T淋巴細胞等炎癥細胞及炎癥因子穿透血管基底膜進入CNS[28]。越來越多的證據表明，MMP-9介導的BBB破壞是神經炎性疾病的關鍵步驟[32]。研究表明，NMOSD患者血清MMP-9表達水平顯著高于MS組及健康對照組，并且與擴展殘疾狀態量表評分及BBB指數呈正相關性，這說明MMP-9在NMOSD BBB破壞機制中具有重要作用[32]。Uchida等[33]檢測到29例NMOSD患者腦脊液中的MMP-2表達水平顯著高于包括MS在內的27例其他神經系統疾病組患者。Hosokawa等[32]研究發現，在發病急性期NMOSD患者血清中的體液因子誘導BMEC通過自分泌產生MMP-2/9使緊密連接蛋白5的降解，導致暴露于NMOSD患者血清的BBB功能受損，MMP特異性抑制劑能阻止BBB的損害；但NMOSD患者血清MMP-9濃度較健康對照組并無明顯升高。這提示即使微量的MMP-9分泌也能顯著損害BBB。一項MMP-9基因型的頻率分布與NMOSD相關性研究報道，NMOSD患者中MMP9-1562C/T基因多態性的T等位基因顯著增加，提示MMP-9基因多態性可能與NMOSD的發生有關[21]。
3.3.5 血管內皮生長因子（VEGF）
在血管新生過程中，VEGF-A是VEGF信號通路中促進基底膜分解的主要因子[34]。存在于細胞外基質中的VEGF-A與血管內皮細胞膜上的VEGF受體2結合后，激活Src酪氨酸蛋白激酶（SRC）信號通路，介導的內皮一氧化氮合成酶的產生，激活SRC和YES信號通路以調節細胞間接觸，激活血管內皮-鈣黏蛋白，從而調節血管通透性[35]。2011年，Shimizu等[36]建立體外BMEC模型，暴露于AQP4-IgG陽性NMOSD患者血清后，BMEC的TJs蛋白表達和跨內皮電阻數值顯著降低。然而，在應用抗VEGF藥物中和抗體后，受損的BBB功能得以恢復。研究表明，10例行抗VEGF藥物治療的NMOSD急性期患者，在糖皮質激素沖擊治療的基礎上加用抗VEGF-A藥物貝伐單抗，經過3個月隨訪，6例患者病情改善，均無需血漿置換治療[37]。
3.3.6 免疫細胞
以往的研究表明炎癥細胞與活化的內皮細胞的相互作用導致其遷移到CNS，外周免疫細胞，如T細胞、B細胞和巨噬細胞侵入腦實質，分泌多種細胞因子，攻擊神經元，同時破壞腦和脊髓的神經纖維髓鞘[38]，并且誘導BBB破壞[39]。多形核白細胞（PMN）是BBB破壞的主要介質之一，抑制PMN化學吸引、活化和蛋白水解功能可減小NMOSD病變范圍[39]。補體C5a作為PMN的激活劑之一，阻斷C5a受體C5aR可以一定程度上減少星形膠質細胞病變。
3.3.7 其他破壞BBB的因素
Cobo-Calvo等[40]用NMOSD患者體內全部純化IgG培養離體大腦微血管（IBM），IBM中多種促炎細胞因子表達水平增加，緊密連接蛋白5表達水平降低，提示自身抗體本身存在直接破壞BBB的成分。另外，NMOSD患者腦脊液中尿酸、IL-1β、IL-8、干擾素誘導蛋白-10、可溶性CD40配體等成分的升高都可能影響BBB通透性的改變[32, 41-43]。
4 NMOSD患者BBB破壞生物標志物
4.1 MRI特征
4.1.1 釓（Gd）顯影增強
Gd顯影劑是一種不能通過完整BBB的血管顯影劑，被用于MRI檢查。在BBB受損后，如炎癥、腫瘤病變時，Gd顯影劑滲漏到血管外，能較好地顯示BBB損傷部位及程度，因此MRI影像Gd增強影像改變是目前NMOSD中BBB破壞的可靠標志。Xu等[44]研究發現，NMOSD患者行MRI檢查，可見持續性Gd增強病變，其可能與NMOSD發作后恢復不良有關。
4.1.2 血管周圍間隙（PVS）擴大
PVS是指腦穿支血管由蛛網膜下腔進入腦實質時，鄰近的軟腦膜內陷在小血管周圍（不包括毛細血管）形成的介于兩層軟腦膜之間的間隙[45]。NMOSD患者體內存在的AQP4抗體可能攻擊淋巴循環，進而使PVS擴大（EPVS），進而引起腦淋巴循環受損神經癥狀加重[46]。NMOSD患者MRI結果提示，EPVS水平與擴展致殘狀態量表評分呈正相關性。EPVS水平也與腦脊液抗AQP4抗體滴度、白蛋白率（腦脊液/血清白蛋白比值）、腦脊液白蛋白、IgG和IgA水平呈正相關性。EPVS可能為獨立預測NMOSD患者的神經功能障礙的指標[47]。
4.2 血清中成分變化
4.2.1 硫酸乙酰肝素（HS）和透明質酸（HA）
糖萼是一種果凍狀層，覆蓋血管內皮的腔表面，是BBB的內表面的第一防御層[48]。當此層表面基質被破壞，內皮通透性的穩態受到破壞，導致炎癥細胞因子，免疫細胞甚至抗體從血清中泄漏到腦脊液中，這加重了炎癥和疾病的嚴重程度。HS和HA是糖萼的兩種主要成分，當糖萼被破壞時，血液及腦脊液中這兩種成分會迅速升高[49]，并且能間接反映BBB的損傷程度。多項研究表明，在感染、血管性及腫瘤性病變中出現血液及腦脊液HS及HA的改變[50]。NMOSD相關腦炎中的也發現糖萼成分的升高[51]。急性期NMOSD、MS和自身免疫性GFAP星形細胞病的血漿和腦脊液中可溶性HS和HA顯著增加，HS和HA的腦脊液水平與NMOSD疾病的嚴重程度呈正相關性，有可能成為一種新的生物標志物[52]。
4.2.2 血清黏附分子水平
內皮細胞黏附分子（CAM），包括Ig超家族、整合素家族、選擇素家族、粘蛋白樣血管緊張素和鈣黏蛋白家族等，具有調節血管完整性，介導免疫細胞向CNS的外滲和轉運等多種作用。Ig超家族成員重組人血管細胞粘附分子1、細胞間粘附分子1（ICAM-1）高表達會導致BBB破壞及活化的外周淋巴細胞向CNS的遷移。Chang等[53]研究發現，NMOSD患者血液中ICAM-1及ICAM-2水平均高于健康對照者。Uzawa[54]報道NMOSD患者中血液ICAM-1表達增加，血清血小板內皮細胞粘附分子-1表達水平與NMOSD患者EDCC評分呈負相關性[53]。NMOSD患者血清中黏附分子的表達水平升高與病情的嚴重程度呈正相關性，有可能成為NMOSD中BBB損傷的標志物。
5 小結與展望
BBB通透性的改變在NMOSD發生和發展過程中發揮著重要作用。因BBB結構復雜，影響因素繁多，目前針對NMOSD BBB通透性改變的研究往往局限于單一途徑或少量成分，缺少較為系統的研究，BBB存在破壞與否以及破壞程度的衡量，也缺乏較為統一的標準。除以上各項機制及影響因素外，還存在許多正在探索、尚未了解的方面。NMOSD與BBB破壞密切相關，相信從BBB調節和修復的角度，結合BBB破壞程度的標準化衡量，多角度探索NMOSD發病機制，未來將實現NMOSD的早期診斷，開辟新的治療和預防靶點。
視神經脊髓炎（NMO）譜系疾病（NMOSD），是一種體液免疫介導的主要累及視神經和脊髓的中樞神經系統（CNS）炎性脫髓鞘性疾病。其發病機制為外周血抗水通道蛋白4（AQP4）抗體通過受損的血腦屏障（BBB）區域，進入CNS，與星形膠質細胞足突上的AQP4受體結合，從而誘發NMOSD特征性病理改變[1]。因此，BBB通透性改變在NMOSD發病過程中具有重要作用。現就NMOSD對BBB通透性調節機制及影響因素的研究進展作一綜述，以期為預防、減輕和修復NMOSD中BBB的損傷提供思路。
1 BBB的結構和功能
BBB是指腦毛細血管選擇性限制溶質透過的結構，由腦微血管內皮細胞、內皮細胞間的緊密連接（TJs）和基底膜、周細胞、星形膠質細胞足突等構成，允許血液循環中腦代謝所需物質順利進入腦內，并阻止某些物質由血液循環進入腦組織，使腦組織減少受或免受血液循環中有害物質的損害，從而保持腦組織內環境的基本穩定。BBB對維持CNS正常生理狀態有重要的生物學意義。在組織學上廣義的BBB是血-腦、血-腦脊液（BCB）及腦脊液-腦（CBB）三種屏障的總稱，三種屏障分別阻擋物質從外周血進入腦實質，外周血進入腦脊液，腦脊液進入腦實質（后文BBB均代指廣義的BBB）。任何會影響BBB各層結構的因素，都會導致BBB功能的破壞[1]。
2 BBB在NMOSD發病機制中的作用
發病過程中NMOSD患者所產生的自身免疫球蛋白（Ig）G中AQP4-IgG是NMOSD的主要致病抗體，在外周血循環中由漿細胞產生，通過BBB進入CNS后與星形膠質細胞足突上的AQP4蛋白結合，誘導一系列炎癥免疫反應，最終造成星形膠質細胞的損傷。根據病變的階段及發病嚴重程度，少突膠質細胞和神經元會出現不同程度的繼發性損傷，繼而出現脊髓及視神經脫髓鞘、軸突損傷等病理改變[1]。
AQP4-IgG作為一種主要在周圍血液循環中產生的大分子蛋白，在正常生理狀態下不能通過BBB。外圍血循環中的致病性AQP4-IgG需通過損傷的BBB進入CNS，才可能誘發NMOSD[2]。當BBB完整時，外周血循環中即使存在大量AQP4-IgG，也不足以誘發NMOSD[3]。迄今為止，尚無研究表明，僅外周血循環存在AQP4抗體會對CNS造成損害[4] NMOSD患者CNS中的漿細胞可直接產生抗體，且大多為AQP4特異性抗體[5]，但產生機制尚不明確，漿細胞如何通過BBB進入CNS仍有待進一步研究。
研究顯示，BBB的破壞與病變的發展可同時發生[6]，電子顯微鏡下可見AQP4-IgG誘導人星形膠質細胞線粒體完整性和代謝譜的改變，這可能導致星形膠質細胞線粒體功能和動力學受損，進而影響BBB通透性。部分學者認為，NMOSD致病過程中BBB損傷并不是疾病的始發原因，而是損傷后的結果，即NMOSD早期階段通過中樞產生的AQP4-IgG激活星形膠質細胞后與小膠質細胞的相互作用造成CNS的損傷[7]，進而影響BBB通透性引起更廣泛的致病作用。綜上，BBB破壞無論是致病的始發原因或疾病破壞的結果，都在NMOSD發生和發展過程中發揮重要作用。
3 AQP4-IgG通過BBB的途徑
BCB及CBB是NMOSD病變起始的關鍵點。目前AQP4-IgG通過BBB的途徑尚不明確，近年來，學者們提出兩種AQP4-IgG進入CNS途徑的假說：（1）AQP4-IgG通過腦室周圍的有孔內皮細胞經腦脊液進入CNS；（2）AQP4-IgG通過血管旁路途經腦脊液進入CNS。
3.1 AQP4-IgG通過腦室周圍的有孔內皮細胞假說
CNS中存在屏障功能不完整的BBB，如腦極后區的BBB存在允許物質從血液向腦組織擴散的有孔內皮細胞[8]。成人腦室周圍有孔內皮細胞在血液循環和大腦之間傳遞信息、化學成分的交換以及在神經炎癥方面具有重要作用[9]。Popescu等[10]分析15例NMOSD患者腦組織切片的神經病理特征，其中6例患者出現NMO-IgG沉積累及腦極后區和第四腦室底部。Ratelade等[11]向AQP4敲除和野生型小鼠靜脈注射具有熒光標記的人重組NMO-IgG，高放大倍率共聚焦成像可見血管周圍的星形膠質細胞足突未出現NMO-IgG沉積，而野生型小鼠僅在腦極后區星形膠質細胞出現NMO-IgG沉積，在腦、脊髓、視神經、視網膜等其他部位未觀察到NMO-IgG沉積。此外通過每日向大鼠腹腔注射AQP4特異性抗體（AQP4-abs）[4]，注射最初24～48 h，AQP4-abs僅出現在腦極后區，隨著注射時間的延長，第120 h AQP4-abs從腦極后區擴散到外周組織，如腎臟集合管細胞、胃壁細胞等，這可能提示AQP4-abs對外周組織器官中AQP4的表達具有深遠影響。但上述理論不能解釋NMOSD病變常累及腦極后區以外部位如視神經及脊髓。
3.2 AQP4-IgG通過血管旁路途經假說
2012年，Iliff等[12]研究報道，體內雙光子成像可見標記熒光示蹤劑在小鼠腦脊液沿著穿通動脈周圍的血管旁間隙進入腦實質。腦組織液和腦脊液可以通過該途徑進行物質交換即血管旁路途徑[13]。Marignier等[14]所構建的NMOSD動物模型較好地復制AQP4抗體轉移到腦脊液后的人類病變表型和位置，通過向大鼠腦室中輸注純化的NMOSD患者IgG，可見脊髓、視神經實質中星形膠質細胞出現損傷，猜測AQP4-IgG可能隨腦脊液流動經血管旁路途徑進入大腦實質。由于大腦和視神經被腦膜包裹，因此共享同一個腦脊液池[15]。筆者課題組所構建的大鼠NMOSD模型，通過向大鼠視神經周圍的蛛網膜下腔腦脊液中注射AQP4抗體陽性的NMOSD患者血清，在視神經誘導出現NMOSD樣病變，如星形膠質細胞損傷、脫髓鞘、軸突丟失和炎癥細胞浸潤[16]。這提示腦脊液中AQP4-IgG升高可直接誘導NMOSD病變的產生。與多發性硬化（MS）組和健康對照組相比，NMOSD組患者尸檢結果可見脈絡叢、軟腦膜膠質界膜和室管膜層中AQP4丟失、補體激活產物沉積和小膠質細胞反應性增高，而且AQP4丟失與上皮細胞膜上的補體C9新抗原沉積一致[17]。這些觀察結果表明，BCB以及CBB可能是NMOSD病變起始點，血清中的NMO-IgG的進入CNS，進而廣泛地進入腦實質。
3.3 NMOSD參與破壞BBB的成分
3.3.1 補體C3、C4
AQP4-IgG與AQP4的星形膠質細胞末端結合，通過經典途徑與補體C1q結合來激活補體依賴的細胞毒性，補體激活過程中C3轉化酶將C3轉化為C3a和C3b，C3a發送信號并結合由大腦中的血管內皮細胞表達的受體C3aR，C3aR激活具有導致大腦微血管形態改變和BBB通透性增加的作用[18]。Nytrova等[19]研究發現，NMOSD、MS患者和健康對照者的抗補體C1q抗體和補體分裂產物C3a和C4a以及可溶性C5b～9的血清或血漿濃度有顯著差異，NMOSD患者的補體C3a表達水平與疾病活動度、神經系統殘疾和AQP4-IgG呈正相關性，基于此推測NMOSD發病過程中C3通過C3aR與C3a的結合間接影響BBB。C3同時具有介導星形膠質細胞與激活小膠質細胞的作用[7]，而小膠質細胞激活將會導致血管損傷[20]，這可能提示補體C3除C3aR途徑外，還可能通過其他途徑間接破壞BBB。研究表明，AQP4-IgG陽性NMOSD患者血漿C3和C4表達水平均顯著低于健康對照組[21]，且血漿C3、C4含量與BBB破壞的衡量標準之一即白蛋白率（腦脊液/血清白蛋白比值）呈顯著正相關性。Zelek等[22]研究報道，與對照組相比NMOSD組腦脊液中的補體C3表達水平升高，提示BBB功能障礙，導致C3進入腦脊液，然后影響腦脊液中的免疫環境和白細胞。首發AQP4抗體陽性NMOSD低補體C4組治療效果較差，BBB損傷較嚴重，疾病變化易累及腦干[23]，但目前C4可能引起BBB改變的機制尚不明確。
3.3.2 78×103的葡萄糖調節蛋白（GRP78）自身抗體
GRP78是70×103分子伴侶熱休克家族的成員，對于調節由細胞內質網應激引起的未折疊蛋白反應至關重要[24]。Shimizu等[25]使用來自NMOSD患者的單克隆重組抗體（rAb）培養人腦微血管內皮細胞（BMEC），分離出兩種與BMEC強烈結合的抗體，同時細胞實驗證明，BMEC暴露于這些rAb導致核因子κB p65的核易位，增加大分子通透性并降低緊密連接蛋白5的表達水平。后續動物實驗重復給予小鼠GRP78特異性rAb（腹腔或靜脈注射），導致血清白蛋白、IgG和纖維蛋白原外滲到小鼠大腦[25]。然而NMOSD患者GRP78自身抗體比例不明，猜測GRP78-IgG僅在伴有CNS特異性致病抗體時有致病作用。Shimizu等[26]后續的臨床試驗統計結果顯示，縱向延伸橫貫性脊髓炎組GRP78自身抗體陽性率顯著高于視神經炎組，提示GRP78抗體可能與NMOSD的臨床表型有相關性。
3.3.3 白細胞介素（IL）-6
IL-6可通過促進漿母細胞存活、刺激AQP4-IgG分泌、降低BBB完整性和功能以及增強促炎性T淋巴細胞分化和活化[27]。CNS感染或損傷后，CNS中IL-6表達水平升高[28]。Uzawa等[29]比較了多種神經系統疾病患者腦脊液標本中炎癥因子表達水平，統計發現NMOSD組腦脊液中IL-6水平高于包括MS、脊髓炎、癲癇等在內的其他神經系統疾病組，建議將腦脊液中7.8 pg/ml的IL-6濃度作為診斷NMOSD的最佳臨界值。此外，將BMEC和星形膠質細胞在體外共培養，暴露于NMO-IgG的星形膠質細胞可產生IL-6[30]，并將信號傳遞到內皮細胞，從而調節內皮細胞的屏障功能。體外和離體實驗表明，IL-6阻斷劑沙曲珠單抗抑制NMO-IgG誘導的T細胞遷移和屏障功能障礙；在體內研究中，IL-6信號傳導的阻斷抑制了T細胞向脊髓的遷移，并阻止BBB通透性增加[31]。
3.3.4 基質金屬蛋白酶（MMP）
MMP-9是MMP家族中的一類鋅離子依賴的蛋白酶，具有破壞BBB，降解細胞外基質、髓鞘堿性蛋白的作用。MMP-9可以導致BMEC通透性增高，進而導致T淋巴細胞等炎癥細胞及炎癥因子穿透血管基底膜進入CNS[28]。越來越多的證據表明，MMP-9介導的BBB破壞是神經炎性疾病的關鍵步驟[32]。研究表明，NMOSD患者血清MMP-9表達水平顯著高于MS組及健康對照組，并且與擴展殘疾狀態量表評分及BBB指數呈正相關性，這說明MMP-9在NMOSD BBB破壞機制中具有重要作用[32]。Uchida等[33]檢測到29例NMOSD患者腦脊液中的MMP-2表達水平顯著高于包括MS在內的27例其他神經系統疾病組患者。Hosokawa等[32]研究發現，在發病急性期NMOSD患者血清中的體液因子誘導BMEC通過自分泌產生MMP-2/9使緊密連接蛋白5的降解，導致暴露于NMOSD患者血清的BBB功能受損，MMP特異性抑制劑能阻止BBB的損害；但NMOSD患者血清MMP-9濃度較健康對照組并無明顯升高。這提示即使微量的MMP-9分泌也能顯著損害BBB。一項MMP-9基因型的頻率分布與NMOSD相關性研究報道，NMOSD患者中MMP9-1562C/T基因多態性的T等位基因顯著增加，提示MMP-9基因多態性可能與NMOSD的發生有關[21]。
3.3.5 血管內皮生長因子（VEGF）
在血管新生過程中，VEGF-A是VEGF信號通路中促進基底膜分解的主要因子[34]。存在于細胞外基質中的VEGF-A與血管內皮細胞膜上的VEGF受體2結合后，激活Src酪氨酸蛋白激酶（SRC）信號通路，介導的內皮一氧化氮合成酶的產生，激活SRC和YES信號通路以調節細胞間接觸，激活血管內皮-鈣黏蛋白，從而調節血管通透性[35]。2011年，Shimizu等[36]建立體外BMEC模型，暴露于AQP4-IgG陽性NMOSD患者血清后，BMEC的TJs蛋白表達和跨內皮電阻數值顯著降低。然而，在應用抗VEGF藥物中和抗體后，受損的BBB功能得以恢復。研究表明，10例行抗VEGF藥物治療的NMOSD急性期患者，在糖皮質激素沖擊治療的基礎上加用抗VEGF-A藥物貝伐單抗，經過3個月隨訪，6例患者病情改善，均無需血漿置換治療[37]。
3.3.6 免疫細胞
以往的研究表明炎癥細胞與活化的內皮細胞的相互作用導致其遷移到CNS，外周免疫細胞，如T細胞、B細胞和巨噬細胞侵入腦實質，分泌多種細胞因子，攻擊神經元，同時破壞腦和脊髓的神經纖維髓鞘[38]，并且誘導BBB破壞[39]。多形核白細胞（PMN）是BBB破壞的主要介質之一，抑制PMN化學吸引、活化和蛋白水解功能可減小NMOSD病變范圍[39]。補體C5a作為PMN的激活劑之一，阻斷C5a受體C5aR可以一定程度上減少星形膠質細胞病變。
3.3.7 其他破壞BBB的因素
Cobo-Calvo等[40]用NMOSD患者體內全部純化IgG培養離體大腦微血管（IBM），IBM中多種促炎細胞因子表達水平增加，緊密連接蛋白5表達水平降低，提示自身抗體本身存在直接破壞BBB的成分。另外，NMOSD患者腦脊液中尿酸、IL-1β、IL-8、干擾素誘導蛋白-10、可溶性CD40配體等成分的升高都可能影響BBB通透性的改變[32, 41-43]。
4 NMOSD患者BBB破壞生物標志物
4.1 MRI特征
4.1.1 釓（Gd）顯影增強
Gd顯影劑是一種不能通過完整BBB的血管顯影劑，被用于MRI檢查。在BBB受損后，如炎癥、腫瘤病變時，Gd顯影劑滲漏到血管外，能較好地顯示BBB損傷部位及程度，因此MRI影像Gd增強影像改變是目前NMOSD中BBB破壞的可靠標志。Xu等[44]研究發現，NMOSD患者行MRI檢查，可見持續性Gd增強病變，其可能與NMOSD發作后恢復不良有關。
4.1.2 血管周圍間隙（PVS）擴大
PVS是指腦穿支血管由蛛網膜下腔進入腦實質時，鄰近的軟腦膜內陷在小血管周圍（不包括毛細血管）形成的介于兩層軟腦膜之間的間隙[45]。NMOSD患者體內存在的AQP4抗體可能攻擊淋巴循環，進而使PVS擴大（EPVS），進而引起腦淋巴循環受損神經癥狀加重[46]。NMOSD患者MRI結果提示，EPVS水平與擴展致殘狀態量表評分呈正相關性。EPVS水平也與腦脊液抗AQP4抗體滴度、白蛋白率（腦脊液/血清白蛋白比值）、腦脊液白蛋白、IgG和IgA水平呈正相關性。EPVS可能為獨立預測NMOSD患者的神經功能障礙的指標[47]。
4.2 血清中成分變化
4.2.1 硫酸乙酰肝素（HS）和透明質酸（HA）
糖萼是一種果凍狀層，覆蓋血管內皮的腔表面，是BBB的內表面的第一防御層[48]。當此層表面基質被破壞，內皮通透性的穩態受到破壞，導致炎癥細胞因子，免疫細胞甚至抗體從血清中泄漏到腦脊液中，這加重了炎癥和疾病的嚴重程度。HS和HA是糖萼的兩種主要成分，當糖萼被破壞時，血液及腦脊液中這兩種成分會迅速升高[49]，并且能間接反映BBB的損傷程度。多項研究表明，在感染、血管性及腫瘤性病變中出現血液及腦脊液HS及HA的改變[50]。NMOSD相關腦炎中的也發現糖萼成分的升高[51]。急性期NMOSD、MS和自身免疫性GFAP星形細胞病的血漿和腦脊液中可溶性HS和HA顯著增加，HS和HA的腦脊液水平與NMOSD疾病的嚴重程度呈正相關性，有可能成為一種新的生物標志物[52]。
4.2.2 血清黏附分子水平
內皮細胞黏附分子（CAM），包括Ig超家族、整合素家族、選擇素家族、粘蛋白樣血管緊張素和鈣黏蛋白家族等，具有調節血管完整性，介導免疫細胞向CNS的外滲和轉運等多種作用。Ig超家族成員重組人血管細胞粘附分子1、細胞間粘附分子1（ICAM-1）高表達會導致BBB破壞及活化的外周淋巴細胞向CNS的遷移。Chang等[53]研究發現，NMOSD患者血液中ICAM-1及ICAM-2水平均高于健康對照者。Uzawa[54]報道NMOSD患者中血液ICAM-1表達增加，血清血小板內皮細胞粘附分子-1表達水平與NMOSD患者EDCC評分呈負相關性[53]。NMOSD患者血清中黏附分子的表達水平升高與病情的嚴重程度呈正相關性，有可能成為NMOSD中BBB損傷的標志物。
5 小結與展望
BBB通透性的改變在NMOSD發生和發展過程中發揮著重要作用。因BBB結構復雜，影響因素繁多，目前針對NMOSD BBB通透性改變的研究往往局限于單一途徑或少量成分，缺少較為系統的研究，BBB存在破壞與否以及破壞程度的衡量，也缺乏較為統一的標準。除以上各項機制及影響因素外，還存在許多正在探索、尚未了解的方面。NMOSD與BBB破壞密切相關，相信從BBB調節和修復的角度，結合BBB破壞程度的標準化衡量，多角度探索NMOSD發病機制，未來將實現NMOSD的早期診斷，開辟新的治療和預防靶點。