血管机械治疗增强人脑蛋白外流：一氧化氮（NO）介导血管舒张联合Piezo1靶向全身振动（WBVp）的多模态研究

《Nature Communications》：Vasomechanic treatment is associated with increased efflux of human brain proteins

　　

摘要：一氧化氮（nitric oxide, NO）介导血管舒张与交互性Piezo1依赖性血管收缩的年龄相关性神经血管损害，可能先于阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）中可溶性脑蛋白（如淀粉样蛋白β（amyloid-β, Aβ））的蓄积以及脑液体稳态的破坏而发生。临床前研究表明，恢复上述通路可增强神经液体转运并改善认知结局。本研究（EudraCT 2021-000625-27）中，研究人员采用多模态神经影像与血液生物标志物分析，评估了舌下给予NO及Piezo1靶向全身振动（whole-body vibrations, WBVp）对健康成人（n = 29）的影响。联合干预（NO+WBVp）与脑液体动力学的相关变化以及血液中可溶性脑源性蛋白（Aβ₄₀&₄₂、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP））水平升高相关。上述效应随年龄增长及NO所致低血压幅度的增加而增强。在受控实验条件下，干预措施耐受性良好。总体而言，研究结果与脑源性蛋白向体循环的短暂重分布相一致，提示这是一种增强人体神经液体溶质外流的潜在非侵入性途径。预先设定的主要终点——循环脑源性蛋白浓度变化、脑液体影像及脑搏动测量——均已达成；次要结局包括生理学分析。

脑内可溶性代谢物与蛋白质经间质液及脑脊液（interstitial and cerebrospinal fluids, I/CSF）的高效清除对维持脑稳态至关重要。脑清除通路受损与神经退行病变的最早阶段相关，可早于神经元丢失数年或数十年出现。可溶性淀粉样蛋白β（amyloid-β, Aβ）及磷酸化tau蛋白自脑脊液清除受损，导致其在血管周围与间质间隙蓄积，促进聚集并加速神经病理进程；动物模型研究亦显示血管周围Aβ进行性沉积伴随内皮低密度脂蛋白受体相关蛋白1（low-density lipoprotein receptor-related protein 1, LRP1）缺失。一氧化氮（nitric oxide, NO）供体可增强脑脊液溶质外流，机械刺激Piezo1（机械敏感性阳离子通道）可恢复年龄相关的颈部淋巴外流并增强脑膜淋巴引流，低频全身振动（whole-body vibration, WBV）在人体可改善认知与脑活动、在动物模型可减少神经炎症及Aβ负荷。基于此，研究人员假设同时增强NO介导血管舒张与Piezo1激活，可在人类促进有害脑源性蛋白的清除。

研究人员开展了注册于临床试验注册中心（EudraCT 2021-000625-27）的人类随机交叉试验，纳入29名健康成人（平均年龄44±10岁，女性15名），按随机顺序于不同日期分别接受Piezo1靶向全身振动（WBVp）与NO介导血管舒张联合WBVp（NO+WBVp）干预；亚组12人加行探索性NO单用干预，另设假手术队列（n=13）。主要结论为：联合干预与低分子量脑源性蛋白（Aβ₄₀、Aβ₄₂、GFAP）的静脉血浓度升高相关，升高幅度与NO所致血压下降幅度及年龄相关；T2暗流体（T2 dark-fluid, T2DF）磁共振成像显示脑组织水/大分子比率改变、脑脊液体积增加及静脉窦信号升高；多模态脑生理监测显示脑搏动模式改变。该研究发表于《Nature Communications》，为增强人类脑溶质外流提供了潜在非侵入性策略。

关键技术方法包括：随机交叉试验设计；10 Hz超快脑磁共振脑成像（magnetic resonance encephalography, MREG）与T2DF磁共振成像；功能近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）、直流脑电图（direct current electroencephalography, dcEEG）及连续无创血压（non-invasive blood pressure, NIBP）监测；基于Quanterix单分子阵列（Single Molecule Array, Simoa）HD-X平台的血液脑源性蛋白定量分析（样本队列为29名健康成人及13名假手术对照）；并辅以小鼠鞘内荧光示踪剂研究。

研究结果如下。

血管舒张联合Piezo1靶向全身振动对脑源性蛋白外流的影响：NO+WBVp干预使收缩压与舒张压最大分别下降14.9±6.3%与14.8±9.0%。静脉血分析显示低分子量（<68 kDa）脑源性蛋白显著升高：血清Aβ₄₀由38.2±19.0 pg/ml升至50.5±25.2 pg/ml，Aβ₄₂由2.6±1.4 pg/ml升至3.5±1.8 pg/ml，GFAP由65.2（56.7–83.5）pg/ml（中位数（四分位距））升至85.1（69.7–113.5）pg/ml；高分子量蛋白神经丝轻链（neurofilament-light, NF-Light）与磷酸化tau-181（phosphorylated tau-181, pTau-181）无变化，提示分子量可能影响中枢神经系统向血液的蛋白转运。血压下降幅度与三种蛋白升高呈负相关。T2DF影像显示全脑信号平均下降4.6±6.1%、脑脊液体积增加6.5±9.8 ml，脑脊液信号变化与年龄呈负相关；感兴趣区（region of interest, ROI）分析显示中顶点及后部血管周隙、旁海绵窦硬膜（para-cavernous dura, PCD）信号下降，后上矢状窦与直窦信号升高；血浆Aβ₄₀、Aβ₄₂与后矢状窦信号呈正相关。小鼠实验显示40 Hz振动联合NO供体减少硬膜示踪剂蓄积。

血管机械NO+WBVp对脑生理的影响：MREG显示干预后呼吸驱动脑搏动功率在右颞叶灶性升高、心血管搏动功率在额叶脑区升高；fNIRS显示组合干预产生短暂脑水含量下降后恢复的模式，与WBVp单用时脑水含量持续上升不同，脑水含量变化与血压下降同步，符合Monro-Kellie原理。

NO血管舒张（神经）生理效应：NO单用使平均动脉压（mean arterial pressure, MAP）降低，约0.1 Hz血管运动波功率增强且频率降低，呼吸搏动功率增加、心血管搏动功率降低；T2DF信号15 min下降4.8±6.8%、45 min下降5.5±9.1%，脑脊液体积增加；NO引起血液稀释，研究人员据此校正血蛋白浓度；小鼠证实NO供体促进脑脊液示踪剂清除。

Piezo1靶向全身振动对脑生理与脑水含量的影响：WBVp单用使MAP呈上升趋势、脑水含量增加、总血容量降低；T2DF全脑信号显著增加、PCD信号显著下降；脑搏动功率无显著体素变化；停止振动30 min后血压较基线轻度下降。

联合血管机械干预比单一干预产生更广泛的T2DF MRI信号变化：在匹配亚组（n=12）中，联合干预T2DF信号变化幅度与NO单用相当，但空间范围约为单用的2–6倍，尤其延伸至深部白质；假手术组无显著变化。

讨论部分指出，联合干预与脑源性蛋白向静脉血室短暂重分布一致。机制上，NO干预再现了睡眠样生理（血压下降、约0.1 Hz血管运动波与呼吸搏动放大）；WBVp经低频调制诱发非连续性振荡血管收缩，且机械激活Piezo1可刺激内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）驱动NO产生，二者联合为脑液体动力学与溶质外流的更广泛增强提供了机制基础。T2DF信号解读因脑区而异：组织变暗主要反映结合水减少，而静脉窦与血管周隙信号升高提示局部蛋白相对富集。研究结论认为，多模态发现一致支持联合NO介导血管舒张与Piezo1靶向机械刺激可增强人类脑溶质外流，且干预在受控实验条件下安全可行；鉴于样本量有限、对溶质清除通路的机制认知尚不充分，小鼠实验为整体框架提供了生物学支持而非直接验证人类数据推断的具体机制；脑源性蛋白外流的增加可能优先针对尚未聚集为更大复合物的可溶性蛋白。