胡国良 江凌玲 杨营营 王婷婷 田雨 韩尚容 陈昀 邱宝山 周梦圆 胡琨 冯硕

 

编者按：告别2021，迎接2022，在过去的一年中我们与广大脑血管病领域的专家学者共同学习进步，收获满满。总结是为了更好的出发，因此，此篇特邀首都医科大学附属北京天坛医院王伊龙教授团队针对脑小血管病（CSVD）的遗传、影像学等研究进展进行回顾。

 

CSVD遗传相关研究进展

 

除传统血管危险因素外，遗传因素在脑小血管病发生发展过程成具有重要作用。遗传学研究有助于揭示复杂疾病的病理生理过程及发掘潜在的治疗靶点。脑小血管病的遗传学研究研究主要基于影像特征，尤其是白质高信号。目前，白质高信号的GWAS研究已发现诸多相关的常见变异位点。然而，腔隙性卒中领域只有16q24基因座与之显著相关；罕见变异位点与散发性脑小血管病的相关性也尚待研究。

 

1. 腔隙性卒中的遗传基础个体患者数据和全基因组关联研究的汇总分析

 

2021年3月，Traylor等人在《The LANCET Neurology》发表了基于大样本量多人群的腔隙性卒中全基因组关联分析研究结果。本研究首先分别基于TOAST分型的腔隙性卒中、MRI检查的腔隙性卒中、白质高信号进行GWAS分析；然后进行腔隙性卒中的荟萃分析及多性状分析；最后，应用转录组关联分析（共定位分析）探索潜在的相关基因，并应用孟德尔随机化揭示有因果关系的血管危险因素。该研究在基于欧洲人群的GWAS分析或跨种族的荟萃分析中发现5个与腔隙性卒中相关位点（ICA1L-WDR12-CARF-NBEAL1，ULK4， SPI1-SLC39A13-PSMC3-RAPSN， ZCCHC14， ZBTB14-EPB41L3）；在腔隙性卒中与脑白质高信号多性状分析中又发现了另外7个相关性位点（SLC25A44-PMF1-BGLAP，LOX-ZNF474-LOC100505841，FOXF2-FOXQ1， VTA1-GPR126， SH3PXD2A， HTRA1-ARMS2， COL4A2）。其中，COL4A2和HTRA1是单基因脑小血管病致病基因。转录组关联分析（共定位分析）表明6个基因（SCL25A44， ULK4， CARF， FAM117B， ICA1L， NBEAL1）的表达与腔隙性卒中相关。通路分析显示，这些相关性基因与血管细胞外基质（COL4A2， LOX， SH3PXD2A， GPR126， HTRA1）、周细胞分化（FOXF2， GPR126）、TGF-β信号（HTRA1）及髓鞘生成（ULK4， GPR126）相关，为揭示腔隙性卒中病理机制及探索潜在治疗靶点提供依据。

 

2. 中国人群队列中罕见NOTCH3变异及其与CSVD的关系

 

2021年12月，朱以诚团队发布了中国人群（顺义队列）中单基因CSVD CADASIL致病基因NOTCH3的低频变异与散发性脑小血管病的相关性研究结果。结果显示，在1065位个体中，有147位个体携带NOTCH3低频变异，共包含了65个变异位点：57个错义突变、5个剪切位点突变、3个移码突变。其中72个在EGFr-sparing（未累及EGFr）区域，另外75个在EGFr-involving（累及EGFr）区域。与非卒中或痴呆人群相比，在卒中或痴呆人群中的EGFr-sparing区域低频变异较多（6.6% vs. 12.4%，P=0.041）。进一步研究发现EGFr-involving区域低频变异与更高的白质高信号负荷相关。EGFr cysteine-sparing区域低频变异携带者中有3.4%（5/145）表现出CADASIL影像特征，而另外2个EGFr cysteine-altering（半胱氨酸残疾数目改变）区域低频变异携带者并没有表现出相关影像特征。综上，累及EGFr结构域的NOTCH3低频变异可能与普通人群中年龄CSVD遗传易感性相关，为在普通人群中判定CSVD的易患个体提供重要证据。

 

3. 全外显子组测序揭示HTRA1和EGFL8在脑白质高信号中的作用

 

2021年6月，Malik等人在《Brain》发表了白质高信号的全外显子组水平罕见变异相关性研究结果。该研究在UKB数据库的17 380例个体中开展全外显子组水平罕见变异单点关联分析，发现GBE1的一个剪切位点（c.691+2T>C， β=-0.74， SE=0.13， P=9.7×10^-9）与白质高信号负荷降低有关。全外显子组水平基因负荷分析发现HTRA1基因的破坏性错义突变及功能缺失突变（UKB中人群频率为1/275）与白质高信号体积增加相关。

 

HTRA1编码丝氨酸蛋白酶，是单基因CSVD CARASIL的致病基因。结构域特异性负荷分析表明与白质高信号体积相关的罕见变异位点主要集中于蛋白酶机构域（氨基酸204-364，β=0.79，SE=0.14， P=9.4×10^-8），这些变异在UKB人群中的频率为1/450。与传统危险因素高血压（β=0.26，SE=0.02， P=2.9×10^-59）及常见遗传变异多基因评分（上99.8%百分位分布）（β=0.44，SE=0.14， P=0.002）相比，存在蛋白酶机构域的罕见变异位点对白质高信号负荷具有更大影响（如图2）。生化实验表明大多数（6/9）HTRA1蛋白酶机构域的罕见变异可引起酶活性的明显下降。

 

进一步研究发现，EGFL8的罕见变异与白质高信号体积存在一定的相关性（P=1.5×10^-4，FDR=0.22），且EGFL8是HTRA1的直接底物，表达于脑小动脉和动脉中。此外，基于ICD10编码的表型组水平关联分析发现，HTRA1蛋白酶机构域的罕见变异与多种神经及非神经性状相关（OR=12.24，95%CI：2.54~35.25；P=8.3×10^-5）。综上，在普通人群中，HTRA1蛋白酶机构域的罕见变异在白质高信号的负担中具有重要作用。

 

CSVD影像学研究进展

 

1. 用铁敏感MRI估CSVD的皮层微梗死

 

皮层微梗死（cortical microinfarcts， CMI）在脑血管病或痴呆老年人的神经病理检查中很常见，但皮层微梗死总负荷中仅有小部分（<1%）可用MRI检测到，这限制了我们对微梗死的病因及危害的理解。目前，MRI对急性微梗死（acute CMI， A-CMI）和慢性微梗死（Chronic CMI， C-CMI）的检测存在不匹配现象，这可能与C-CMI在铁敏感MRI序列上被定义为等信号相关。事实上，56%的A-CMI在之后1~3年内在SWI序列上可见。然而，SWI序列仅能定性反映有无铁沉积，R2*则是一个定量反映铁沉积的指标，R2*值增加提示脑内铁浓度升高。

 

本研究旨在采用铁敏感MRI序列探讨CMI在急性期之后是否与铁沉积相关。研究对象为来自RUN DMC研究的54例进展性散发性脑小血管病患者，每月扫描一次3T MRI，连续10月，MRI参数包括DWI、MD、FA、R1（1/T1）、R2（1/T2）、R2*等。研究发现，A-CMI在随访MRI中R2*值增加，提示CMI与铁沉积相关，这可能由于微出血、神经炎症或神经变性导致，未来需要神经病理的进一步证实。该研究对影像上如何定义微梗死具有重要意义。

 

2. CSVD小胶质细胞激活与血脑屏障通透性

 

CSVD是卒中和痴呆的主要原因，但病理机制尚不清楚。神经炎症和血脑屏障通透性增加都有可能在其中发挥一定作用，临床前研究提示二者具有相关性。本研究旨在探讨神经炎症和血脑屏障破坏两个过程在不同类型的CSVD中是否相关。

 

该研究纳入散发性CSVD、遗传性CSVD（CADASIL）和正常对照各20例。采用转运蛋白放射性配体11C-PK11195完善PET-MRI评价小胶质细胞激活以及动态对比增强MRI（DCE-MRI）评价血脑屏障通透性。胶质细胞激活和血脑屏障通透性增加的热区被定义为大于对照分布95%的值。结果发现，在NAWM和WMH区域，散发性CSVD患者相比于对照组，血脑屏障通透性和11C-PK11195结合均增加，而CADASIL患者相比于对照组，血脑屏障通透性和11C-PK11195结合在NAWM区均未显著增加，在WMH区域11C-PK11195结合增加。血脑屏障通透性和11C-PK11195结合热区的空间分布并不相关。结论得出，在散发性CSVD患者中，小胶质细胞激活和血脑屏障通透性增加均发生，但空间上是两个不同过程。在CADASIL患者中未找到血脑屏障通透性增加的证据。

 

3. 基于人群的队列中3-T MRI上的脑深髓静脉

 

目前，深髓静脉（deep medullary veins， DMV）的危险因素及临床意义尚不明确。本研究旨在评价血管危险因素是否与深髓静脉相关以及深髓静脉是否与CSVD影像学标志物及卒中风险相关。

 

本研究纳入来自顺义社区队列的1056例受试者，DMV在SWI序列的脑室旁区域评价，CSVD的影像学标志物包括腔隙、脑白质高信号、扩大的血管周围间隙、微出血和脑萎缩。结果发现，DMV的数量随年龄增加而减少。在校正年龄和性别之后，DMV的数量和传统的血管危险因素无关。DMV减少与WMH和腔隙增多有关，但这些相关性在校正血管危险因素后减弱。DMV减少与脑萎缩独立相关。DMV与三年的卒中风险无关。

 

结论得出，DMV显著不同于CSVD的其他影像学标志物。DMV与脑萎缩的相关性可能与小静脉在年龄相关的神经变性过程中发挥的作用相关。

 

4. 基底节的MRI可见血管周间隙与深髓静脉改变有关，但与半卵圆中心或海马无关

 

1）研究目的：在脑小血管病患者中，评估深髓静脉在颅脑MRI上可见的扩大血管周围间隙（perivascular spaces，PVS）病理发生机制中的作用。

 

2）研究方法：

 

人群：来自CIRCLE研究（单中心、前瞻性、观察性研究，招募40岁以上的CSVD或非脑小血管病患者，对其进行神经心理评估、视网膜数字成像），本研究主要纳入MRI上有CSVD特征的CSVD患者。

 

设计：单中心、前瞻性、横断面、观察性研究

 

测量方法：深髓静脉通过SWI-phase序列，选取基底节区层面，对深髓静脉的损伤程度进行评分。PVS通过T2序列进行5分法评估，基底节区、半卵圆中心和海马的PVS分别计分。

 

3）研究结果：共纳入270例受试者，基底节区、半卵圆中心和海马的PVS严重程度与年龄的增长呈正相关（P值均<0.05）。基底节区和海马的PVS严重程度与深髓静脉的损伤程度呈正相关（P值均<0.05）。基底节区PVS越重者，脑室旁和深部脑白质高信号的Fazekas评分越高（P值均<0.01），且高血压的比例越高（P=0.008）。海马的PVS越重者，糖尿病的比例越高（P<0.001）。深髓静脉损伤程度高是较重的基底节区PVS的独立危险因素（β=0.204，P=0.001）。

 

4）研究结论：深髓静脉损伤可能参与了基底节区PVS的发生机制。

 

5）亮点：

 

①首次定义了深髓静脉损伤程度分级。

 

②首次将深髓静脉的损伤分级用于PVS发生机制的研究中。

 

③发现深髓静脉损伤主要与基底节区PVS发生有关，且独立于传统血管危险因素，如高血压、糖尿病。

 

5. 静脉中断通过增加CSVD的组织间液影响白质完整性

 

1）研究目的：深髓静脉参与脑白质周围的引流。在CSVD中，经常观察到深髓静脉破坏常伴有脑白质异常，但是这种现象目前仍缺乏合理的解释和试验验证。本研究假设，深髓静脉破坏可以导致血流动力学改变，进而引起组织间液增加，最终产生脑白质损伤。

 

2）研究方法：

 

人群：MRI上有CSVD特征的CSVD患者。

 

设计：回顾性分析

 

测量方法：采用SWI序列评估深髓静脉损伤程度，DTI评估组织间液分数（自由水分数）和脑白质完整性（组织各向异性，FA），ASL评估脑血流。

 

3）研究结果：共纳入104例受试者，深髓静脉损伤得分与其引流区域组织各向异性相关，在校正年龄、性别、高血压、相关区域脑血流和腔隙数量后，该相关性由自由水分数介导。深髓静脉损伤得分，自由水分数和组织各向异性之间在深髓静脉引流的次级区域也有显著相关性。

 

4）研究结论：在CSVD患者中，发现深髓静脉-组织间液-脑白质损伤的通路，且该通路独立于动脉灌注的改变。

 

5）亮点：

 

①首次探索了深髓静脉与脑白质完整性之间的相关性；

 

②采用影像多模态。

 

6. 新增CSVD认知障碍患者白质高信号的异质性

 

1）研究目的：CSVD是全身全脑性慢性重大疾病。脑白质高信号是CSVD的主要影像学表型，高负荷的脑白质高信号可使卒中风险增加三倍，痴呆风险增加两倍。目前研究发现脑白质高信号在体积演变、临床症状表型和病理改变等方面存在异质性，但机制尚不明确。了解脑白质高信号异质性的发生机制对其靶向治疗和降低不良预后至关重要。脑小血管结构和功能改变是引起脑白质高信号异质性改变的重要环节，脑小血管结构和功能的评估对探索脑白质高信号异质性机制举足轻重。但目前人类活体内脑小血管的影像学成像技术尚有待探索。

 

2）研究方法：

 

人群：头MRI上有CSVD特征表现的CSVD患者。

 

设计：前瞻性、横断面观察性研究。

 

测量方法：脑白质高信号采用视觉评分（Fazekas评分）。认知功能采用MoCA评分，认知损伤定义为MoCA评分<26分。轻度脑白质高信号患者伴有认知功能损伤定义为错配型1，重度脑白质高信号伴认知功能正常定义为错配型2。

 

3）研究结果：共纳入156例受试者。研究发现CSVD患者存在上述脑白质高信号和认知功能之间的错配，且进一步分析了可能导致错配型出现的可危险因素。发现错配型1可能与年龄和基底节区有扩大的血管周围间隙（Enlarged Perivascular Space， ePVS）有关，而错配型2可能与脑微出血和CSVD影像学总体负荷有关。研究进一步创新性采用USPIO作为对比增强剂，在3T-SWI上重建基底节区内外侧豆纹动脉，根据成像的内外侧豆纹动脉的主干数量定义了豆纹动脉损伤评分（0-2分，内外侧豆纹动脉损伤总分为4分），发现在脑白质高信号严重程度相同时，有认知功能损伤者豆纹动脉损伤较认知功能正常者严重。

 

4）研究结论：CSVD脑白质高信号患者，在认知损伤方面可能存在异质性。豆纹动脉损伤可能参与了脑白质高信号异质性的发生机制。

 

5）亮点：

 

①首次采用USPIO-SWI技术在3T场强中成像豆纹动脉。

 

②对豆纹动脉的损伤程度进行定量评估，且应用于脑白质高信号异质性机制的探索性研究中。

 

③3T USPIO-SWI可以同时成像脑小动脉和小静脉，为未来CSVD的机制研究提供新技术。

 

血管周围间隙扩大、脑类淋巴与认知障碍

 

1. 血管周围间隙扩大与皮层中血管淀粉样β沉积有关

 

血管周围间隙（Perivascular spaces， PVS）是围绕在脑血管周围的充满液体的腔室，MRI可见的血管周围间隙扩大（Enlarged PVS， EPVS）常见于老龄、CSVD患者，并且被认为与大脑内代谢废物的血管周围清除功能下降有关。

 

2021年12月，Valentina Perosa等人使用体内MRI、体外MRI、半自动分割和基于深度学习的模型来量化EPVS和相关组织病理学异常。研究发现，体内MRI可见的PVS的严重程度与经福尔马林固定的完整大脑半球的体外MRI可见的PVS严重程度显著相关，并且在相同区域的组织病理学上的PVS扩大相一致。EPVS主要位于皮层穿通小动脉的白质部分周围，其负担与脑淀粉样血管病变（CAA）皮层中的血管淀粉样β（A-β）沉积的严重程度有关。此外，研究还观察到大部分EPVS来源于脑内小动脉，而非小静脉，这与既往研究相符。研究还发现，个别EPVS周围的血管的平滑肌细胞明显减少，血管壁Aβ积累增加，并延伸到白质部分，提示有关PVS扩大的潜在机制。

 

总之，这些发现与EPVS反映动脉血管外流受损的观点一致，并对我们理解血管周围的溶质清除机制有着重要意义，这些机制在CAA和阿尔兹海默症的病理生理学中起重要作用。

 

2. 扩大的血管周围间隙与认知衰退和痴呆的关联

 

有关EPVS与认知障碍的关系一直备受争议，多项荟萃分析结果尚未发现PVS与认知障碍的横断面联系；然而，也有不少研究表明EPVS与认知障碍的发生间存在纵向联系。

 

2021年3月，澳大利亚研究者对414名[年龄：79.8±4.6岁]；男性：196（47%）]社区老年人进行了长达8年的随访，试图解释不同部位的重度EPVS的不同状态与纵向认知功能下降和痴呆发生的关系。研究发现，同时存在BG-EPVS和CSO-EPVS两种影像改变可预测整体认知功能下降和痴呆的发生。仅存在严重CSO-EPVS与认知功能下降有关，而未发现仅存在重度BG-EPVS与认知功能下降的关系。此外，离散时间生存分析结果显示，当单独存在重度CSO-EPVS或者重度BG-EPVS时，可分别预测4年内或6年内痴呆的发生。这提示EPVS可能是认知障碍和痴呆的生物预测因子。

 

然而，不同部位的EPVS可能代表不同的病理生理机制。CSO-EPVS被证实与CAA或AD关系密切，而BG-EPVS更多的被视为是高血压性动脉硬化改变的标志。不同病因和病理可能解释不同部位PVS与认知功能下降关系之间的差异。

 

此外，尽管研究未发现任何状态的重度EPVS与不同认知域功能下降的相关性，但在一些认知域中体现出显著性趋势，推测可能是用于累加效应所致，即当不同认知域叠加到整体认知功能时，EPVS与认知功能才能产生显著联系。

 

总之，不同位置的EPVS可能对白质纤维产生不同影响，基本病理的异质性可部分解释PVS与认知下降和痴呆发生之间的差异联系。这种关联独立于其他CSVD神经影像标志物，这表明至少有一条与PVS相关的部分独立的脑损伤途径。

 

3. 扩大的血管周围间隙和阿尔茨海默病的关联

 

EPVS目前被视为是CSVD神经影像改变，CSVD与AD的病理生理有部分重叠，目前尚不清楚EPVS与AD的关系。2021年1月，来自瑞典的研究者在认知未受损（CU）的人群中探索了不同部位的EPVS与不同AD测量值（包括临床诊断、生物标志物、CSF中炎症因子和认知功能）的关系。结果首先表明，所有部位的EPVS，包括CSO、BG和HP，均与CSVD特征显著相关（WML体积和Fazekas评分），尤其是在疾病早期，提示EPVS作为一种CSVD的影像改变，与CSVD相关的WML密切相关。

 

然而，在有关EPVS与AD的关系探索中，未发现不同部位EPVS与AD相关生物标志物和炎症因子（例如Aβ、P-Tau、T-Tau、YKL-40、ICAM-1、VCAM-1）的相关性，且EPVS与AD相关脑萎缩无关（除HP-EPVS与海马萎缩相关）。这证实了有关EPVS在AD中作用有限的猜测。研究者进一步根据在年龄、WML相匹配的AD患者和CU人群中探索EPVS与AD临床诊断的关系，仅HP-EPVS与AD相关。

 

此外，研究尚未发现EPVS与任何认知功能测量有关，部分既往研究也支持此结论。尽管仍有研究表明EPVS与认知功能的关系，猜想可能是由于WML与认知障碍的密切关系在中介导，这需要未来进一步探索。

 

4. CSVD患者的淋巴清除功能以及新增人口统计学和血管危险因素对脑类淋巴系统的影响

 

2012年，美国科学家团队首先发现脑内存在一种沿血管周围间隙的溶质清除的途径，称之为脑类淋巴系统（Glymphatic system）。近年来，多项临床前研究和临床研究证实包括Aβ、Tau等物质的清除与其密切相关，脑类淋巴功能障碍参与AD、PD等神经退行性疾病的病理生理中，并对认知功能产生影响。然而，鲜少研究探索脑类淋巴系统与CSVD的关系。

 

浙江大学附属第二医院张文华和周颖等人首先对既往研究中的髓静脉周围弥散指数（index for diffusion tensor image analysis along the perivascular space， ALPS指数）进行改进，探索出一种更为简便的修正的髓静脉周围弥散指数（modified index for diffusion tensor image analysis along the perivascular space， mALPS-index），通过与经鞘内注射钆示踪剂的增强核磁所评估的脑类淋巴系统功能进行相关分析，发现ALPS指数和mALPS指数均可良好的反映脑类淋巴系统的功能。研究进一步利用mALPS指数探索脑类淋巴系统与CSVD影像特征的关系。结果显示，除CSO-EPVS外，其他的CSVD影像特征均与mALPS相关。此外，mALPS指数也与CSVD患者的MMSE评分密切相关，提示脑类淋巴系统功能与CSVD患者的认知功能有关。

 

来自同一家医院的张瑶和张润婷等对142名CSVD患者脑类淋巴系统功能的影响因素进行探索，发现ALPS指数与年龄呈负相关，女性的ALPS指数较男性更高。高血压可能会影响CSVD患者的ALPS指数。此外，研究还发现深髓静脉中断可能会降低ALPS指数。

 

动脉搏动是脑类淋巴系统的主要驱动因素，脑动脉硬化可能抑制脑类淋巴功能。脑血流量减少可增加AD模型中Aβ的沉淀负担，这可能与脑类淋巴功能障碍密切相关。血脑屏障和脑类淋巴系统具有重叠的结构基础，它们在维持神经血管单元的稳定中可能具有协同互补的作用。因此，脑类淋巴系统与CSVD之间可能具有潜在联系。目前研究仅表明二者具有相关性，然而其中具体的病理生理机制仍有待探索。

 

5. 新增帕金森病血管周围间隙与脑脊液淀粉样蛋白/Tau蛋白和认知衰退的关系

 

尽管血管周围间隙作为脑类淋巴系统组成的一部分，MRI上可见EPVS是否直接代表了脑类淋巴系统功能障碍，以及MRI可见的EPVS在PD患者中是否具有病理性一直存在争议。并且，MRI可见的EPVS是否与CSF中脑内代谢废物（如Aβ、Tau）的清除障碍和认知功能下降的关系和具体机制仍存在疑问。

 

2021年，陈慧敏等人利用国际公开帕金森病队列（Parkinson's Progression Markers Initiative， PPMI）的数据，探索MRI可见的EPVS是否与PD患者的认知能力下降独立相关，并进一步探索CSF中的异常蛋白（如Aβ、Tai）是否介导了EPVS在PD患者中的病理作用。研究发现在3年的随访中，BG-EPVS与PD患者的认知能力下降有关，并且不受年龄、基线的认知、运动和非运动功能、突触前多巴胺能缺陷和CSF生物标志物的影响。研究还发现BG-EPVS与CSF中Aβ42/tTau、Aβ42/pTau和Aβ42水平之间的相互作用对3年认知能力的下降有显著预测作用。路径分析结果证实，CSF中Aβ42/tTau水平可部分介导BG-EPVS对PD认知功能影响的病理作用。

 

这些结果对理解EPVS与脑类淋巴系统对神经退行性疾病患者的认知功能具有重要意义。BG-EPVS可能反映了更为严重的脑类淋巴功能障碍，导致CSF中更高水平的异常蛋白沉积，这可能反过来加速神经退行疾病进程和认知功能的下降。这同样也意味着脑类淋巴系统可作为一个神经退行性疾病的治疗目标，以保护患者的认知功能。