文獻解讀：翻轉酶ATP11B導致沒有高血壓情況下腦小血管病依舊會發(fā)生

腦小血管病（Small Vessel Disease, SVD）在醫(yī)學界常常被稱為“小卒中”，盡管癥狀小，但危害大，因此近年來逐漸受到重視。腦小血管病是血管性癡呆的主要原因，與臨床上四分之一的卒中有關，還會導致運動障礙和情感障礙。然而，該疾病的臨床表現往往是隱蔽的，患病個體和臨床醫(yī)生都沒有充分認識到。

通常認為，腦小血管病的風險隨著年齡的增長而增加，并且與高血壓、糖尿病和高膽固醇血癥相關。盡管高血壓一直被認為是該疾病的危險因素，但大約30%的散發(fā)患者并沒有高血壓病史，而且這也無法解釋該病的斑塊性質以及與內皮細胞功能障礙之間的關聯。

 

為此，來自愛丁堡大學的科研人員構建了一種在維持正常血壓的情況下卻患有腦小血管病的基因編輯大鼠模型，證明了磷脂翻轉酶ATP11B缺失導致內皮細胞功能障礙，繼而引起腦小血管病，即使在沒有高血壓的情況下也會發(fā)生。該研究于近日以Loss of the heterogeneous expression of flippase ATP11B leads to cerebral small vessel disease in a normotensive rat model為題發(fā)表在Acta Neuropathologica雜志上，有望為腦小血管病的治療提供新的策略。

研究材料
本項研究主要使用了由賽業(yè)生物構建的血壓正常的ATP11B缺失的Atp11b KO大鼠模型。

技術方法
本項研究主要采用了免疫熒光、電鏡觀察和磁共振成像等病理學和影像學研究技術，以及步態(tài)分析、新物體識別和迷宮實驗等行為學研究方法。

技術路線

01 評估磷脂翻轉酶ATP11B在多種腦細胞中的表達

02 構建Atp11b KO大鼠，系統(tǒng)敲除大鼠的Atp11b基因

03 評估Atp11b KO大鼠的內皮細胞是否存在功能障礙

04 通過MRI觀察Atp11b KO大鼠腦部的影像學變化

05 通過多項行為學測試分析Atp11b KO大鼠的行為特征變化

研究結果
1.構建ATP11B缺失的腦小血管病大鼠模型
腦小血管病在影像學上表現為腔隙綜合征、腦白質病變以及微出血等多種腦組織損傷。白質變化與血管疾病之間的關聯可能在于血腦屏障的內皮細胞（EC）。研究人員之前在自發(fā)性高血壓大鼠模型中的相關研究數據表明磷脂翻轉酶ATP11B的缺失可能與內皮細胞功能障礙之間存在關聯。

在這項研究中，研究人員從ATP11B著手開展深入分析，通過檢測發(fā)現，內皮細胞、神經膠質細胞和神經元均表達ATP11B，但均以異質性方式表達。膠體金免疫電鏡的觀察結果也證實，ATP11B蛋白在內皮細胞中的表達呈現明顯異質性，在同一血管的同一橫切面中的表達也呈現異質性。

為了研究在血壓正常的情況該疾病的病理學，作者與賽業(yè)生物合作。賽業(yè)生物利用CRISPR-Cas9技術系統(tǒng)敲除了Atp11b基因中5號外顯子至8號外顯子之間的序列，導致ATP11B蛋白無表達，成功構建ATP11B缺失的Atp11b KO基因編輯大鼠模型（圖1）。與野生型對照大鼠相比，Atp11b KO大鼠無明顯的健康問題，并且血壓正常。接下來，作者進一步研究了在正常血壓且ATP11B缺失的情況下，幼年大鼠和成年大鼠是否仍會出現內皮細胞功能障礙。
 

圖1 Atp11b KO基因編輯大鼠的構建策略及不同對照組的血壓數據

2.Atp11b KO大鼠表現出與SVD相似的變化
內皮細胞功能障礙可通過幾種分子特征來定義，包括內皮型一氧化氮合成酶eNOS的喪失、緊密接連跨膜蛋白CLDN5的減少以及內皮激活標志物ICAM-1的上調。研究人員發(fā)現，Atp11b KO幼年大鼠腦部的CLDN5⁺血管顯著減少，內皮細胞增殖增加。成年大鼠的CLDN5⁺血管的減少程度和ICAM-1的表達上調幅度更大。

同時，視網膜成像分析表明，幼年KO大鼠的視網膜動脈直徑減少，成年大鼠的動脈直徑和曲折度減少，但神經叢血管分支增加，這些與腦小血管病的特征相關。以上結果表明，KO大鼠的異常與高血壓無關。以上數據表明，盡管不存在高血壓，但Atp11b KO大鼠的內皮細胞仍表現出功能障礙的分子特征。

接下來，研究人員分析了ATP11B缺失是否影響了白質變化。通過分析KO大鼠血管周圍10µm環(huán)內髓鞘碎片與空泡的百分比，作者發(fā)現髓鞘組織的破壞增加，但不同血管之間存在差異，這可能取決于內皮細胞中ATP11B表達的異質性。這些結果支持了之前的假設：內皮細胞的變化驅動了血管周圍的白質變化。后續(xù)分析證實，Atp11b KO大鼠小血管周圍的白質損傷呈斑片狀，與其內皮功能障礙有關。

之后，作者繼續(xù)采用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）評估了大鼠的腦部特征，這也是人類腦小血管病的診斷方式。與野生型對照相比，所有KO大鼠在晚年都有腦室擴大。正如預期的那樣，腦室擴大與組織體積的減少有關，表明存在神經退行性病變，并且與腦小血管病中的腦萎縮和腦室擴大一致（圖2）。此外，KO大鼠也存在微出血的MR證據，與人類患者一致。
 

圖2 Atp11b KO大鼠表現出與SVD相似的MR

那么，這些影像和病理變化如何影響大鼠的行為？作者通過進一步的行為學實驗發(fā)現，與腦小血管病的患者相似，KO大鼠的步態(tài)和認知都存在問題，隨著年齡的增長記憶力也較差。此外，在高架十字迷宮中，KO大鼠的總體移動距離明顯更短，也反映出KO大鼠存在移動和認知上的問題。

研究結論
這項研究表明，Atp11b KO大鼠在沒有高血壓的情況下出現內皮細胞功能障礙、腦白質病變和影像學變化，以及與腦小血管病患者相似的行為特征。這些結果推翻了散發(fā)性腦小血管病依賴高血壓的傳統(tǒng)觀點，使人們的注意力重新集中在內皮細胞功能障礙上，這有望為腦小血管病及癡呆癥的治療帶來新策略。

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原文檢索：
Quick, S., Procter, T.V., Moss, J. et al. Loss of the heterogeneous expression of flippase ATP11B leads to cerebral small vessel disease in a normotensive rat model. Acta Neuropathol 144, 283–303 (2022).