综述：高密度脂蛋白调节血脑屏障功能的机制：见解与启示

《Fluids and Barriers of the CNS》：Mechanisms of high-density lipoprotein in regulating blood-brain barrier function: insights and implications

本综述系统阐述了高密度脂蛋白（HDL）及其脑内类似物（HDL-like particles）通过调控脂质代谢、炎症反应、氧化应激、Aβ跨屏障清除及内皮一氧化氮信号等多重机制，在维持血脑屏障（BBB）结构和功能完整性中的核心作用。文章重点剖析了载脂蛋白ApoA-I、ApoM/鞘氨醇-1-磷酸（S1P）信号轴、ApoE等关键组分通过增强内皮细胞与周细胞功能、稳定细胞间连接、抑制基质金属蛋白酶（MMP-9）活性及减轻神经炎症等途径保护BBB的分子机制，并探讨了其在阿尔茨海默病（AD）、卒中等神经系统疾病中的治疗潜力。

　　

引言

高密度脂蛋白（HDL）不仅在外周介导逆向胆固醇转运，近年来其在中枢神经系统健康与疾病中的作用日益受到关注。除了传统认知的功能外，HDL/HDL样颗粒通过调节内皮脂质代谢、抑制炎症反应、减轻氧化应激及维持细胞能量稳态等多种机制，深刻影响血脑屏障（BBB）的结构与功能。大量研究表明，HDL/HDL样颗粒不仅通过其主要载脂蛋白及相关酶类直接与脑微血管内皮细胞和周细胞相互作用，还通过调节胶质细胞的脂质代谢和炎症反应间接支持BBB的完整性与修复。血浆HDL与脑源性HDL样颗粒在保护与破坏BBB功能中的双重角色，可能为理解神经退行性疾病、卒中及脑脊液（CSF）代谢障碍的病理过程提供关键切入点。

血浆高密度脂蛋白的结构与功能特征

HDL是一类高度异质性且功能多样的血浆脂蛋白。它由几种不同大小和表面电荷的HDL亚组分构成。超速离心法是分离HDL亚组分的传统方法，根据密度主要分为两大类：主要以脂质丰富为特征、颗粒较大的HDL2，以及蛋白质含量较高、颗粒较小的HDL3。血浆球形HDL颗粒可能共享相同的整体结构：一个主要由胆固醇酯和甘油三酯组成的水不溶性中性脂质核心，周围是由脂质（主要是磷脂和一些未酯化胆固醇）组成的表面单层，载脂蛋白嵌入其中。

载脂蛋白ApoA-I、ApoA-II、ApoA-IV、ApoC-I、ApoC-II、ApoC-III和ApoE主要由两亲性α-螺旋串联组成。在未脂化状态下，它们部分折叠成螺旋束或二聚体。当它们与HDL结合时，这些螺旋沿着HDL的磷脂单层呈带状排列，从而稳定颗粒并介导各种代谢功能。血浆中约70%的总HDL蛋白质是载脂蛋白ApoA-I，它存在于几乎所有的HDL颗粒中。第二丰富的蛋白质是ApoA-II，占总血浆HDL蛋白的15-20%，但并非所有HDL颗粒都含有ApoA-II。ApoA-I和ApoA-II是决定HDL颗粒结构的主要“支架”蛋白。

中枢神经系统中的HDL样颗粒

大脑特有的HDL样颗粒不仅是中枢神经系统胆固醇稳态的关键载体，还具有神经保护、Aβ清除和神经炎症调节等多种生物学功能。研究表明，人脑脊液中的脂蛋白形成球形颗粒，而大鼠原代星形胶质细胞的分泌颗粒则由缺乏核心脂质层的不成熟盘状颗粒组成。此外，HDL相关的酶和膜蛋白，如卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）和磷脂转移蛋白（PLTP），在脑脊液中被发现并具有生物活性。

脑脊液（CSF）主要含有富含ApoE的HDL样颗粒（CSF-Lp）。密度和粒度分级分离以及人脑脊液的蛋白质组学研究显示，主要粒度带集中在13至22纳米之间。分离实验表明，总胆固醇/磷脂的主峰与ApoE分布高度重叠，表明ApoE是这些颗粒的主要支架。相比之下，ApoA-I信号较弱且与脂质峰不完全重合。总体而言，尽管ApoA-I/ApoA-II也存在于CSF-Lp中，并且一些颗粒在结构上类似于血浆HDL，但更大比例以ApoE为主要支架。本文将它们统称为“HDL样颗粒（CSF-Lp）”。

由于血脑屏障（BBB）的严格通透性限制，神经系统中的脂蛋白组成与外周血存在显著差异。根据Koch等人的研究，在BBB完整的个体中，脑脊液中的ApoA-I含量约为血浆的0.26%（约1/385），ApoE约为血浆的4.4%（约1/23）。在脂质方面，脑脊液中的总胆固醇约为血浆水平的0.3%。

神经系统胆固醇的合成与来源

神经系统是脂质含量最高的器官，脂质约占其干重的50-60%，其中20-25%是胆固醇。神经系统内的胆固醇合成具有显著的细胞特异性，主要由星形胶质细胞和少突胶质细胞完成，各自功能不同。星形胶质细胞是成年大脑中胆固醇的主要来源。从围产期到青春期，少突胶质细胞表现出最高的胆固醇合成活性，产生的大部分胆固醇用于髓鞘形成。髓鞘是富含胆固醇的膜，脂质约占其干重的70-85%，胆固醇占很大比例。

尽管血脑屏障阻止了胆固醇分子和脂蛋白在中央和外周系统之间的自由运输，但大脑中的胆固醇代谢并非完全隔离。这是通过氧固醇实现的，它们可以部分穿过血脑屏障，特别是中枢来源的24S-羟基胆固醇（24S-OHC）和外周来源的27S-羟基胆固醇（27-OHC）。24S-OHC主要由中枢神经系统神经元中表达的胆固醇24-羟化酶（CYP46A1）合成。24S-OHC自由扩散通过完整的血脑屏障进入循环，是大脑胆固醇清除的主要途径。研究表明，在健康成年人中，每天约有6-7毫克胆固醇以24S-OHC的形式从大脑排出。脑内24S-OHC的浓度显著高于血浆，形成浓度梯度驱动其跨血脑屏障外流，使24S-OHC成为维持大脑胆固醇稳态的关键代谢途径。

神经系统细胞间胆固醇转运机制

在中枢神经系统中，星形胶质细胞产生的ApoE最初通过内质网-高尔基体途径运输，并通过组成型分泌释放到细胞外。即使没有ABCA1，小而脂化程度低的ApoE颗粒仍然可以分泌。这些颗粒随后在质膜外叶进行脂化，伴随着ABCA1介导的胆固醇和磷脂外流，形成盘状HDL样颗粒。随后，ATP结合盒转运体G成员1（ABCG1）在星形胶质细胞中占主导地位，而ABCG4在神经元中更为突出。这些细胞外排胆固醇，富集HDL样颗粒并增强胆固醇转运。新形成的盘状HDL样颗粒与载脂蛋白、游离胆固醇和磷脂结合。在LCAT和PLTP的参与下，它们逐渐成熟为完全发育的HDL样颗粒。在此成熟过程中，胆固醇代谢物如24-OHC可以作为内源性激动剂激活肝X受体（LXR）。LXR与视黄醇X受体（RXR）异源二聚化，结合靶基因启动子上的LXR反应元件，诱导关键基因（包括ABCA1、ABCG1和ApoE）的表达，从而增强胆固醇外排能力。ABCA1活性也受cAMP依赖性蛋白激酶A（PKA）通路调节。PKA增强ABCA1基因转录并磷酸化ABCA1蛋白，增加其胆固醇外排能力。成熟的HDL样颗粒通过脑脊液局部扩散到邻近细胞。成熟的HDL样颗粒通过ApoE与特定脂蛋白受体的相互作用，将胆固醇递送到目标脑细胞。这些受体包括低密度脂蛋白受体（LDLR）、LRP1、极低密度脂蛋白受体（VLDLR）和载脂蛋白E受体2（ApoER2）。SR-BI也介导胆固醇酯与神经元或星形胶质细胞之间的胆固醇转移，提供了一种不依赖于HDL样颗粒内吞作用的选择性胆固醇交换机制。

HDL与BBB相互作用的机制

血脑屏障

血脑屏障是维持中枢神经系统内稳态的关键结构。它主要由脑微血管内皮细胞、周细胞、紧密连接、基底膜和星形胶质细胞终足等组成的神经血管单元（NVU）构成。

BBB功能障碍是脓毒症脑病、卒中和神经退行性疾病中常见且关键的致病机制。HDL因其多种生物学特性，包括调节脂质代谢、调节炎症反应、抗氧化作用以及促进内皮功能等，其在保护中枢神经系统方面的潜在作用日益受到认可。大量研究表明，在卒中和神经退行性疾病中提高HDL水平或功能可以减轻神经炎症，同时保护脑血管完整性和维持神经组织结构。积累的证据表明，HDL/HDL样颗粒的益处超出了心血管系统，能够调节神经系统内的炎症和血管功能。

胆固醇负荷异常时HDL样颗粒对血脑屏障的调节机制

基于上述理解，我们首先探讨胆固醇代谢失衡条件下HDL样颗粒对BBB功能的调节机制。异常的胆固醇代谢可通过多种途径损害BBB。在缺血缺氧、炎症和氧化应激条件下，过度的胆固醇积累可诱导小胶质细胞的代谢重编程，伴随PLIN2和固醇调节元件结合蛋白（SREBP，缺血时主要为SREBP2；某些炎症/神经退行性模型中SREBP1上调）信号的增强，以及ACAT1介导的胆固醇酯化改变。这种变化促进诱导型一氧化氮合酶和线粒体活性氧（mtROS）的产生，加剧细胞氧化应激，并驱动小胶质细胞向促炎表型转化。此外，来自氧化应激、缺血和损伤相关分子模式（DAMP）的细胞应激诱导小胶质细胞和脑微血管内皮细胞中NLRP3炎症小体的组装，激活的Caspase-1切割Gasdermin D（GSDMD），形成膜孔引发细胞焦亡，导致内皮细胞损失和BBB破坏。同时，Caspase-1激活促进IL-1β和IL-18的成熟和释放，从而放大局部炎症反应。这些细胞因子和焦亡释放的产物也刺激MMP-9，降解紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-5。这显著增加了BBB通透性，导致脑水肿并引发炎症级联反应。值得注意的是，内皮细胞膜中胆固醇的异常积累可以重塑膜脂筏，从而改变膜的物理特性。这一过程通过激活TLP4/NF-κB为NLRP3炎症小体的组装提供启动信号，影响小胶质细胞和星形胶质细胞的炎症状态，形成代谢紊乱-炎症正反馈环路，进一步损害BBB功能。

小胶质细胞上触发受体2（TREM2）的高表达通过结合HDL样颗粒促进脂蛋白摄取/处理，从而减少脂滴负担并间接增强胆固醇处理能力。当ApoE或TREM2介导的胆固醇转运途径受损（例如ApoEε4或TREM2缺失）时，通常观察到如JAK/STAT等炎症通路的转录富集，与促炎倾向相关，并在某些模型中伴随BBB通透性恶化。BBB破坏影响大脑内胆固醇的相对稳态，允许外周27-OHC更容易进入大脑，同时增加脑源性24S-OHC的外流。由于这两种氧化胆固醇都是胆固醇合成的有效抑制剂，它们的异常流动对脑内胆固醇合成产生负反馈调节，破坏中枢胆固醇稳态。此外，功能性HDL样颗粒通过胆固醇转运蛋白和受体促进大脑内脂质的转运和重新分布，有助于维持脑脂质平衡。在动物模型中，ApoA-I/模拟肽干预与ABCA1上调、脂滴减少、炎症减轻以及BBB结构和功能改善相关。

不同ApoE亚型对血脑屏障功能的影响

在阐明HDL样颗粒对抗胆固醇代谢紊乱的机制后，我们将焦点转向HDL样颗粒的关键载脂蛋白ApoE，探讨不同ApoE亚型如何影响BBB功能。自20世纪90年代发现APOEε4与阿尔茨海默病（AD）的关联以来，大量研究取得了令人兴奋的进展：与最常见的ApoEε3相比，ApoEε4是阿尔茨海默病的重要风险因素，而ApoEε2则表现出相对的保护作用。然而，过去十年的证据表明，ApoE的影响超越了经典的淀粉样蛋白病理，与神经炎症、能量代谢紊乱、髓鞘丢失和BBB通透性改变密切相关。影像学和生物标志物研究表明，ApoE相关的BBB功能障碍可以在统计学上独立于Aβ和tau标志物而存在。多项影像学观察队列研究显示，即使在没有明显Aβ病理的认知正常人群中，ApoEε4携带者也表现出BBB功能障碍。动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）研究进一步揭示，在认知正常、淀粉样蛋白阴性的老年ApoEε4携带者中，皮质灰质BBB通透性升高，表明ApoE4相关的BBB破坏可能发生在认知衰退或淀粉样蛋白病理之前。

早期的病理学观察表明，AD患者表现出微血管基底膜变薄和不连续，并伴有血浆蛋白（如凝血酶原）渗漏。BBB渗漏在携带至少一个ApoEε4等位基因的个体中更为普遍。在机制上，在动物和体外模型中，功能性ApoE2/3（包括内源性小鼠ApoE）主要由星形胶质细胞分泌，并与脑微血管内皮和周细胞表面的LRP1受体结合，激活下游信号以维持BBB完整性。该通路阻断了亲环素A（CypA）-NF-κB-MMP-9炎症级联，从而防止MMP-9的过度激活及其对脑微血管的潜在损害。MMP-9水解毛细血管基底膜的主要成分（如IV型胶原）并降解紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin、Claudin-5）。其过度激活显著增加BBB通透性，导致脑水肿和炎症级联反应。在没有正常ApoE信号抑制的情况下，ApoEε4背景可能损害LRP1表达或功能，导致CypA-NF-κB-MMP-9通路抑制失败，引起周细胞和内皮细胞中该通路的持续过度激活，从而加剧BBB的分解和功能障碍。Montagne等人的研究表明，ApoE4通过激活CypA-MMP-9通路诱导BBB损伤，脑脊液中升高的可溶性血小板衍生生长因子受体β（sPDGFRβ）反映了周细胞损伤的严重程度，与BBB渗漏和认知衰退密切相关。Storck等人进一步证明，使用Slco1c1-CreERT2诱导的LRP1脑内皮细胞敲除模型，LRP1缺失导致MMP-9活性增强、Claudin-5和P-gp等紧密连接蛋白显著减少，并伴随脑脊液IgG水平升高和认知能力下降。这表明ApoE/LRP1信号轴通过抑制CypA-MMP-9通路和维持P-gp水平，在BBB保护中起关键作用。

在小鼠模型中，ApoE4介导的BBB损伤表现出星形胶质细胞特异性的“有害获得性功能”。Jackson等人建立了人源化ApoEε4小鼠，揭示星形胶质细胞表达ApoE4足以上调脑内MMP-9水平、破坏紧密连接并减少星形胶质细胞终足对血管的覆盖，直接增加BBB通透性。选择性敲除星形胶质细胞中的ApoEε4可逆转这些损伤。这一发现主要基于动物模型，需要在人群中进行进一步验证。最近的研究表明，ApoE4可能诱导血管周围纤连蛋白（Fibronectin 1, FN1）的异常沉积，破坏星形胶质细胞-内皮细胞的细胞间通讯；这些发现主要源于早期的遗传线索和模型研究，有待进一步证实。这表明ApoE4不仅影响单个细胞，还通过改变细胞间基质的组成来削弱神经血管单元的耦合。

在代谢水平上，ApoE4显著破坏星形胶质细胞脂质稳态：ApoE4星形胶质细胞表现出过多且异常大的不饱和脂滴，显示甘油三酯组成和大小紊乱，并且对脂质过氧化的易感性增加。同时，ApoE4诱导脑胆固醇积累，激活C/EBPβ-δ-分泌酶（也称为AEP）通路，从而触发氧化应激和神经炎症。目前的研究表明，该通路可能通过神经炎症和神经元损伤间接影响BBB稳定性。

在内皮细胞中，ApoE4背景诱导脑内皮细胞出现促炎转录谱，伴随白细胞粘附/跨膜倾向增强和紧密连接调节受损。ApoE等位基因差异也参与PKCθ-occludin通路的调节，这种效应与慢性炎症协同作用，进一步损害BBB完整性。

关于大分子转运，ApoE等位基因影响代谢废物和有害蛋白跨越BBB。临床和动物研究表明，ApoEε4携带者的Aβ外排效率降低，而脑进入通路（如晚期糖基化终末产物受体（RAGE））的活性可能增加。然而，这些发现受到模型和分析方法差异的显著影响。人源iPSC-BBB模型提供了直接证据：与其他等位基因相比，外源性ApoE4显著损害Aβ40从脑侧到血侧的转运，而ApoE2增强Aβ42的清除。该机制涉及内皮LRP1和P-gp的不同功能。关于脂质跨BBB转运，现有证据表明，ApoE4与脑脂质摄取或代谢的关系在不同物种、分子形式和方法学上不一致：小样本队列研究观察到ApoEε4携带者基线脑脊液游离脂肪酸较高，并且在静脉甘油三酯负荷后表现出与非ApoEε4携带者不同的反应。人源化小鼠的灌注研究发现，ApoE4减少了多不饱和脂肪酸（如二十二碳六烯酸（DHA））的通过。这些差异表明，ApoE4可能通过改变血脂水平和脂质转运通路进一步影响BBB；然而，确认需要采用标准化方法的大规模研究。体外证据表明，ApoE4与早期内体标志物（Rab5/EEA1）减少以及表皮生长因子和转铁蛋白等分子的摄取效率降低有关，可能通过影响神经元和胶质细胞的内吞作用和膜蛋白更新间接影响BBB功能。

总之，ApoE通过多种途径影响BBB，包括激活导致血管单元结构损伤的炎症酶通路、破坏星形胶质细胞-内皮细胞通讯以及诱导脑脂质代谢紊乱。

载脂蛋白A-I在血脑屏障调节中的多层机制

继之前讨论不同ApoE亚型如何影响BBB功能后，我们现在转向HDL中的载脂蛋白ApoA-I，探讨其在调节BBB中的复杂机制。ApoA-I主要在肝脏和小肠表达，在正常脑实质中表达极低或检测不到。因此，大脑中的ApoA-I很可能主要来源于外周系统，它可能通过受体介导的内吞作用穿越BBB进入大脑。同时，血-脑脊液屏障（BCSFB）可能也参与了外周ApoA-I进入脑脊液的过程。使用人脑微血管内皮细胞（hCMEC/D3）模型的体外研究表明，ApoA-I的跨膜摄取是可饱和的，并表现出胆固醇依赖性而非网格蛋白依赖性的内吞特征。基于先前的研究，这种内吞作用可能主要由清道夫受体SR-BI介导，并且可能有少量从内皮细胞单层腔面向基底面的跨细胞作用发生。体内放射性示踪研究证明，静脉注射的ApoA-I在啮齿类动物中的脑渗透性极低，其程度与白蛋白等血浆蛋白相当；相比之下，ApoA-I模拟肽（例如4F）表现出显著更高的脑渗透性，可以作为功能替代品进行研究，尽管它们并不代表完整ApoA-I的屏障穿透能力。

对BBB内皮完整性和通透性的影响：在小鼠大脑中动脉闭塞（MCAO）模型和体外氧糖剥夺（OGD）模型中，外源性HDL/ApoA-I减少了血浆IgG和白蛋白外渗，同时维持了紧密连接蛋白和跨上皮电阻（TEER），表明对屏障有保护作用。在人群层面，在多发性硬化等神经免疫疾病中，较高的血浆HDL-C和ApoA-I浓度与较低的脑脊液总蛋白、白蛋白比率和免疫球蛋白水平相关，表明BBB通透性降低。这伴随着进入中枢神经系统的活化免疫细胞（例如CD80+CD19+ B细胞）数量的显著减少。

ApoA-I的抗炎和抗氧化作用：ApoA-I表现出显著的抗炎调节作用，减少BBB内皮细胞的炎症激活。在体外实验中，用人微血管内皮细胞预先处理ApoA-I或HDL可显著抑制棕榈酸诱导的NF-κB激活，降低细胞间粘附分子-1（ICAM-1）的表达。ApoA-I破坏Toll样受体4（TLR4）在脂筏微结构域聚集的能力——这是炎症信号启动的关键步骤——从而从源头上减弱NF-κB通路激活。值得注意的是，这种效应的大部分证据来源于非脑源性的人微血管内皮细胞，其在脑内皮中的等效性需要进一步验证。ApoA-I表现出抗氧化作用，它与淀粉样蛋白-β（Aβ）肽结合并抑制其聚集，从而减轻Aβ诱导的神经毒性和氧化损伤。ApoA-I在分子水平上维持BBB功能，包括通过携带PON1酶和激活内皮一氧化氮合酶信号通路实现抗氧化防御和血管调节。PON1是一种与HDL相关的抗氧化酶，在大脑中无内源性表达，可能促进ApoA-I颗粒穿越BBB进入脑组织。在阿尔茨海默病小鼠模型中，研究检测到PON1和PON3蛋白聚集在脑淀粉样斑块周围的胶质细胞内，局部降解脂质过氧化物并减轻氧化应激损伤。然而，关于它们通过ApoA-I穿越BBB进入大脑的直接证据仍然缺乏，这使得这一点存在推测和争议。另一方面，ApoA-I/HDL与内皮SR-BI的相互作用迅速激活内皮一氧化氮合酶（eNOS），增加一氧化氮（NO）的产生。HDL-SR-BI结合过程发生在外皮细胞膜的微泡结构内。这促进了抑制eNOS的caveolin-1从eNOS复合物中解离，从而触发eNOS激活和NO释放。NO不仅有助于脑血管舒张和微循环灌注，还能改善内皮功能和神经血管单元耦合。然而，该通路的许多证据来源于全身/冠状动脉内皮。考虑到脑内皮中caveolae的缺乏以及MFSD2A介导的跨细胞抑制作用，其在脑内皮中的保守性和效应大小需要专门的验证。

ApoM/S1P信号轴在血脑屏障稳态调节中的作用

在阐明ApoA-I的多层机制后，我们将重点关注HDL样颗粒携带的ApoM/S1P信号轴在维持BBB稳态中的调节作用。HDL载脂蛋白M（ApoM）由Dahlb?ck等人首次报道。属于脂质转运蛋白家族，ApoM具有能够结合小分子脂质的疏水口袋。随后的研究也在脑微血管内皮细胞和结肠组织中检测到ApoM表达。流行病学研究表明，血浆ApoM水平与腰围、胰岛素抵抗严重程度和C反应蛋白（CRP）呈负相关，表明ApoM可能在调节代谢和炎症过程中发挥作用。大多数血浆ApoM与HDL结合。ApoM最重要的生理功能之一是结合和转运S1P。大约60-70%的血浆S1P与HDL携带的ApoM结合，其余主要与白蛋白等载体结合。因此，ApoM被视为S1P的主要伴侣蛋白。

ApoM-S1P轴是HDL样颗粒介导血管内皮保护作用的重要基础。例如，ApoM缺失会加剧炎症期间内皮通透性的增加，而S1P补充可部分逆转这种效应。S1P是一种由鞘氨醇磷酸化产生的两亲性生物活性脂质。与外周组织相比，中枢神经系统内的S1P浓度更高，在脊髓和脑干中含量特别丰富，皮质浓度相对较低。S1P分子由一个亲水性磷酸头部基团和一个18碳不饱和脂肪醇骨架组成。磷酸基团使其能够激活特定受体，而疏