1 正常颅内动脉
颅内动脉由内膜、中膜和外膜三层组成。内膜为面向血管腔并与血流直接接触的最内层，由单层内皮细胞和内皮下 ECM 组成；糖蛋白、蛋白多糖和弹性蛋白沉积到 ECM 中，形成将内膜与中膜分开的内弹性层(IEL)。中膜主要由平滑肌细胞组成，其 ECM 主要包含Ⅲ型胶原蛋白。外膜为最外层，由Ⅰ型胶原纤维、弹性蛋白、神经纤维和成纤维细胞构成。值得注意的是，颅内动脉中不存在将动脉中膜与外膜分开的外弹性层(EEL)，这可能使颅内动脉更容易受到血流动力学压力的影响[6]。VSMC 是血管中膜中的一种重要细胞类型，在维持脑血管系统的完整性方面发挥着重要作用。与颅外动脉相比，颅内动脉的中膜是构成动脉壁的最主要部分，而外膜弹性纤维较为稀疏，因而更易发生动脉瘤[7]。动脉壁中对机械拉伸的抵抗几乎完全由内弹性层与胶原纤维承担[8]。内弹性层可在血压升高时扩张，而胶原纤维几乎无延展性，仅靠曲张程度维持血管张力[9]，当动脉瘤发生时，内弹性层丧失，外膜胶原纤维则主要承担了血流压力，并致使胶原纤维曲张程度降低，血管弹性降低，且容易破裂[10]。
2 血流动力学改变
血流壁剪切应力(WSS)可引起内皮细胞破坏和功能障碍。随后，血管炎症可引发一系列生化反应，导致 VSMC 凋亡和迁移，使脑血管壁弹性进一步减弱，从而更加无法适应血流动力改变[11]。动脉瘤壁上胶原纤维重塑为根据血流和内皮细胞层感受到的 WSS 而定向发生的。异常的 WSS 可致内皮细胞损伤，并通过单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)将巨噬细胞募集至高 WSS 部位。巨噬细胞的浸润可使 MMP-2、MMP-9 表达水平升高，破坏 IEL，并促进胶原蛋白重塑和 VSMC 增殖[12]，而对 IA的生长来说，胶原蛋白重塑和 VSMC增殖是必不可少的。一旦失去弹性层，这种胶原蛋白的重塑决定了动脉瘤壁的强度，也决定了动脉瘤破裂的可能性。随着炎性细胞浸润、多种细胞因子和炎性因子释放，血管壁逐渐退化，最终使 IA 进展并破裂。
3 细胞学改变
3.1 内皮细胞 内皮细胞可通过血管壁和血流之间的屏障功能防止管腔血栓形成。IA 的一个早期特征是内皮细胞的功能障碍和退化[13]。血管壁损伤会刺激内皮祖细胞(EPC)[14]的释放。与健康对照组相比，有血管疾病风险的患者其循环 EPC 减少，内皮细胞衰老增加，血管壁的修复能力降低[15]。Wang 等[16]发现，内皮细胞出现大量凋亡时，内皮型一氧化氮合酶(eN OS)的表达可减少或缺失，进而降低一氧化氮(NO)的生物利用度，而 NO 是维持血管张力、调节血压稳定的重要物质。然而，此时 VSMC 产生大量诱导型一氧化氮合酶(iNOS)，生成大量的 NO 自由基，进一步损伤血管壁。有动物实验证实，iN OS 基因敲除小鼠的 VSMC 的凋亡降低，IA 的发生率降低，提示 iN OS 是动脉瘤发生发展的重要因素[17]。内皮细胞分泌的 MCP-1 是动脉瘤形成的另一个重要步骤。NF-κB 可通过与 MCP-1 基因上的两个位点结合，上调内皮细胞中 MCP-1 的表达，后者表达升高可致血管壁的巨噬细胞和单核细胞浸润，而浸润的巨噬细胞可进一步分泌 MCP-1，使其产生自我放大回路，进一步导致 VSMC 和 ECM 的降解，促进动脉瘤的发展[18]。在 MCP-1 基因敲除小鼠中，MMP 的表达水平及动脉瘤形成的发生率明显降低[19]。有研究发现，IA 样本和 IA 患者血液中的肝细胞生长因子(HGF)浓度较高，而 HGF 可降低内皮细胞中血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)和 E-选择素的表达水平，产生防止血管炎症发生的效应[20]。Kim等[21]发现，Yes相关蛋白(YAP)可通过调节肌动蛋白及内皮细胞的代谢活性而在血管生成中发挥重要作用，若内皮特异性缺失 YAP/盘状同源区域结合基序(Taz)将导致内皮屏障完整性降低，进一步导致颅内出血。
3.2 VSMC VSMC 主要集中在血管壁中层，产生血管壁的主要成分 ECM。VSMC 存在几种不同的表型，最常见的是收缩型，这是一种高度特化的收缩细胞，其主要功能是维持正常血管形态。在动脉瘤形成过程中，TNF-α 在 VSMC 的表型调节中起关键作用。TNF-α 可抑制 VSMC 的收缩表型，诱导促炎基因及基质重塑基因(如 MMP、VCAM-1、MCP-1 和 IL-1β)的表达增加[22]。TNF-α 对 VSMC 表型调节与 Kruppel 样因子4(KLF4)的表达增加有关，抑制 KLF4 可减少炎症基因的表达[23]。一系列研究结果表明，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)的家族成员 PPARγ 及 PPARβ/δ 主要调节血管细胞增殖和血管炎症[24-26]。Shimada 等[24]发现，VSMC中PPARγ功能受到抑制后，TNF-α、MCP-1、趋化因子C-X-C配体1(chemokine C-X-C ligand 1，CXCL1)、MMP-3 和 MMP-9 的基因表达可增强，使脑动脉瘤的发生率和破裂率增高。在病理状态下，受炎症反应因子(如 NF-κB、TNF-α、IL-1β 和氧自由基)的影响，VSMC 可分泌 MMP 来参与 ECM 的重塑；而在正常的状态下，MMP 的表达有限，并以无活性的酶原形式存在。总体来说，动脉瘤壁 VSMC 的表型调控与动脉瘤壁的重塑和动脉瘤破裂的机制密切相关。
有研究证实，在脑动脉瘤的形成过程中存在 VSMC 的凋亡[27]。血管平滑肌细胞凋亡的两个主要原因是血流动力学改变和炎症刺激。体外实验结果表明，机械应力增加可诱导培养基内 VSMC 的凋亡[28]。循环张力增加可上调 p53 蛋白的表达并增强其转录活性，从而导致 VSMC 凋亡增加。同时，机械应力也会增加钙蛋白酶活性，进而降解 p53 来抵消过度的 VSMC 凋亡，而当抑制钙蛋白酶活性后，p53 的表达增强，则可导致 VSMC 的凋亡率进一步增高[28]。炎性细胞因子如 IL-1β、IFN-γ 和 iNOS，也有助于 VSMC 凋亡。Moriwaki 等[29]发现，在 IA 形成的早期阶段，动物模型的血管介质中即可检测到 IL-1β。与野生型小鼠相比，IL-1β-/-小鼠的凋亡细胞数量明显减少，caspase-1 表达增加。同样，Sadamasa 等[17]发现，与 iNOS-/-组相比，iNOS+/+组中 VSMC 的凋亡数量增多，IA 也明显增大。也有研究认为，导致 VSMC 凋亡的炎症反应也可通过氧化应激启动[30]。
3.3 巨噬细胞 巨噬细胞介导的免疫反应可促进 IA 的发展。循环单核细胞在炎症期间可浸润血管，并发展为巨噬细胞，从而调节免疫反应[31]。巨噬细胞通常极化为 M1 或 M2 表型，M1 和 M2 型细胞功能不同，其中 M1 型为促炎细胞，而 M2 型则参与炎症消退和组织修复[32]。M1 型巨噬细胞通过释放 MMP，尤其是MMP-2 和 MMP-9，在血管重塑中发挥关键作用[33]。由于血流量增加，对内皮的机械应力增加，导致内皮细胞紧密连接减弱，M1 型巨噬细胞在 MCP-1 的作用下可迁移至血管壁[34]。浸润的 M1 型巨噬细胞可释放促炎细胞因子如 TNF-α、IL-1 和 IL-6 以进一步募集巨噬细胞，放大炎症反应[35]。除细胞因子外，M1 型巨噬细胞还释放 MMP、降解 ECM，并可一定程度上重塑血管[36]。在脑动脉平滑肌细胞 PPARγ(-/-)的小鼠中观察到单核/巨噬细胞标志物 CD68 表达水平升高，同时 CXCL1、MCP-1、TNF-α 表达上调，使小鼠动脉瘤形成和破裂的发生率明显增高[37]。通过抑制巨噬细胞在 IA 血管壁中的募集和积累，可明显降低动物模型中 IA 的发生率和大小[38]。有研究发现，在 MCP-1 敲除小鼠中的巨噬细胞募集减少，炎症反应明显减轻，且 MMP-2 和 MMP-9 的表达水平也明显降低[36]。以上研究均证实，巨噬细胞在 IA 的发生发展中发挥了重要作用。
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3.4 淋巴细胞 已有研究发现，在 IA 患者的瘤壁和外周血病变中存在淋巴细胞，提示此类型的细胞可能参与了 IA 的发病机制，但目前尚不清楚淋巴细胞是否直接参与了 IA 的进展及破裂。为此，Sawyer 等[39]研究了淋巴细胞缺失型小鼠与野生型小鼠 IA 动物模型，结果显示淋巴细胞缺失组小鼠中 IA 的形成、破裂较野生型小鼠明显减少，且淋巴细胞缺失型IA小鼠IL-6、MMP-2、MMP-9和平滑肌肌球蛋白重链(SM-MHC)较野生型 IA 小鼠明显降低，但两组间巨噬细胞的浸润无明显差异，推测淋巴细胞可通过降解 ECM 和重塑血管而参与动脉瘤的形成。此外，对 IA 患者外周血的研究发现，CD4+ T 细胞的比例异常，并伴有不平衡特征，如 Th-1、Th-17 及 Th-2 和 Treg 活性的表达紊乱，而 CD4+ T 细胞亚群的不平衡可能通过正反馈环路加重 IA 的炎症状态[40]。但 Miyata 等[41]发现，虽然在 IA 血管壁上可检测到 T 细胞存在，但其并未能影响动脉壁的退行性改变、巨噬细胞浸润及 IA 的形成和进展。
目前，人类 T 细胞是否参与 IA 形成仍未得到具体验证，有研究在破裂的 IA 中发现存在 TNF-α 而缺乏IL-10，提示 Th-1 细胞或细胞毒性 T 细胞(Tc)反应占主要地位[42]。由 Th-1、Tc 和活化的巨噬细胞产生的 γ-干扰素(IFN-γ)可抑制 SMC 增殖和胶原蛋白重塑，并与 IL-1β 和 TNF-α 共同诱导几种白细胞黏附分子的表达[43]。同时，Jayaraman 等[44]发现了无活性且被抑制的 Th-2。Th-1 产生的细胞因子可抑制 Th-2，反之，Th-2也可抑制 Th-1；Th-1 与 Th-2 之间的平衡状态可影响 IA 的进展或破裂[45]。此外，在 IA 患者中可检测到自然杀伤 T 细胞(NK)，NK 产生的 IL-4 和 IFN-γ 可介导 CD4+ T 细胞反应，使其向 Th-1 或 Th-2 方向发展[46]。关于不同类型 T 细胞在 IA 进展、破裂过程中所起的作用，目前仍在进一步研究中。
3.5 肥大细胞 肥大细胞是重要的促炎细胞，通过释放前列腺素(PGs)和白三烯参与各种血管疾病。Ollikainen 等[47]研究了 36 个动脉瘤标本，所有动脉瘤均表现为管腔内皮受损，并在其中 9 个标本中发现了肥大细胞。肥大细胞的存在与较多的 CD3+ T 淋巴细胞和 CD68+巨噬细胞浸润有关。因此，肥大细胞可能与其他炎性细胞共同参与了 IA 血管壁的炎症反应调节，且肥大细胞在破裂的动脉瘤中较未破裂的动脉瘤中数量更多[32]。Furukawa 等[48]在缺乏成熟肥大细胞的小鼠体内使用肥大细胞的激活剂和稳定剂，结果显示，肥大细胞可促进动脉瘤破裂，但在动脉瘤的形成过程中未发挥任何重要作用。同样，Ishibashi 等[49]在手术诱导的大鼠 IA 模型中发现，在手术当天，肥大细胞可使大脑动脉内的巨噬细胞浸润减少、炎症减轻，但并不影响动脉瘤的形成，与 Furukawa 等[48]的发现一致，即肥大细胞对动脉瘤的形成无明显影响。
3.6 中性粒细胞 有研究发现，未破裂的 IA 更多地与重塑过程相关，而破裂的 IA 则与炎症和免疫反应关系更加密切[52]。中性粒细胞在炎症反应的维持和加剧中起关键作用，可促进 IA 血管壁的退行性改变。体外实验发现，中性粒细胞可产生大量的促炎因子如 TNF-α 和 PGE2，以此提供炎症微环境，而中性粒细胞产生的趋化因子 CXCL-1 可继续招募炎性细胞，形成正反馈通路，进一步加剧炎症反应[53]。Kushamae 等[54]通过 IA 动物模型发现中性粒细胞对 IA 的破裂具有重要作用。在炎症微环境中聚集的中性粒细胞可产生破坏性蛋白酶如 MMP-9，直接加速血管壁的退行性改变，促进病变部位的破裂。此外，对临床患者的长期观察研究发现，炎症反应参与了 IA 的形成、破裂过程，而使用具有抗炎作用的药物(如他汀类和非甾体抗炎药)可减少因 IA 破裂导致的蛛网膜下腔出血(SAH)的风险[55]。
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4 相关信号通路
4.1 前列腺素 E2(PGE2)-前列腺素 E2 受体 2 亚型(EP2)-NF-κB 信号通路 PGE2-EP2-NF-κB 信号通路是 IA形成发展过程中最重要的信号通路。内皮损伤后，花生四烯酸(AA)通过胞质磷脂酶 A2α(CPLA2α)自核膜内的磷脂中释放出来；环氧合酶(COX)-1 和(或)COX-2 将 AA 氧化成前列腺素，然后酶促还原为前列腺素H2(PGH2)[56]。PGH2 相对不稳定，因此再由微粒体前列腺素 E 合酶-1(mPGES-1)或胞质前列腺素 E 合酶(cPGES)通过 PGH2 异构化合成 PGE2[57]，随后 PGE2 通过自由扩散，或通过多耐药相关蛋白 4(MRP4)从细胞内转运至细胞膜，与 EP2 结合，并与巨噬细胞释放的 TNF-α 共同激活 NF-κB。NF-κB 激活后，可上调MCP-1 的表达，并参与 VSMC 的细胞凋亡过程[58]。TNF-α 激活 NF-κB 时也会激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，后者可使细胞外信号调节激酶(ERK)磷酸化并转移至细胞核。NF-κB 及 ERK 可增加各种促炎基因如 COX-2、CC 趋化因子配体 2(CCL-2)、MMP、i NOS 的转录[59]。其中，COX-2 的表达增加可使 AA 转变为 PGE2 增加，并在 PGE2-EP2-NF-κB-COX-2 之间形成正反馈回路；CCL-2 刺激 CC 类趋化因子受体2(CCR-2)的表达，并与其结合，随后募集白细胞，并实现自我放大效应；iNOS 则被 L 精氨酸转化为 ROS，继而发生氧化应激，损坏血管内皮。有研究发现，当巨噬细胞特异性缺失或在 NF-κB 抑制蛋白(IκBα)突变体中，巨噬细胞浸润、NF-κB 活化均减少，最终可导致小鼠 IA 发生率明显降低[60]。
4.2 JAK/STAT3/NF-κB 信号通路 促炎因子，尤其是 IL-6 家族，可激活信号转导和转录激活因子3(STAT3)[61]，后者在炎症反应过程中发挥了关键作用[62]。STAT3 的失调可导致急慢性炎症和肿瘤的发生，并与哮喘、炎症性肠病、纤维化和恶病质有关[62]。有研究发现，STAT3 可通过诱导 CCL-5 的表达上调，促使 VSMC 表型转化，而当抑制半乳糖凝集素-3(gal-3)，从而降低 CCL-5 的表达、减少巨噬细胞浸润后，腹主动脉瘤的发生率也随之降低[63]。此外，STAT3 可诱导 VSMC 中的长链非编码 RNA 核富集丰度转录物1(NEAT1)表达上调，从而促进腹主动脉瘤的形成[64]。Jiang 等[65]发现，在 IA 组织中，STAT3 和炎性因子(包括 IL-1β、IL-6、TNF-α 和 MCP-1)的表达均上调，且 STAT3 与这些炎性因子表达水平呈正相关，且上述所有因子在破裂的颅内动脉瘤(RIA)组织中的表达水平高于未破裂颅内动脉瘤(UIA)和正常组织。该研究还发现，STAT3 过表达的 VSMC 中 MMP-2 和 MMP-9 的 mR NA 水平升高，而 MMP-2、MMP-9 可降解血管内皮 ECM，破坏血管内皮[65]。然而，另有研究认为，STAT3 可抑制抗原呈递细胞如树突细胞(DC)，当利用IL-10 激活 STAT3，后者可抑制 DC 介导的炎性因子(如 IL-6、TNF-α)的产生，从而抑制依赖 DC 的免疫及炎症反应[66]，这可能是细胞类型不同所致。Zhang 等[67]的进一步研究表明，除介导炎症反应外，过量表达STAT3 的 VSMC 中 SM-MHC 和平滑肌 α 肌动蛋白(SM-α-actin)的水平下降，可抑制 VSMC 的收缩能力，并促使 VSMC 向合成型发展。
5 总结与展望
IA 的发生发展涉及众多复杂的细胞及信号通路，而人们的认识主要来源于手术标本及动物实验。由于介入治疗 IA 手术的开展，开颅手术量逐渐减少，且 IA 的病理生理学变化易受临床治疗及破裂状态的影响，与 IA 相关的大部分研究进展主要来自于动物实验，但将在动物实验结果推断到人体时应慎重。目前，大部分免疫治疗方案[如阿司匹林[90]、ASP4058[91]、BP-1-102[92]、间充质干细胞[93]]仍处于动物实验阶段，未进入临床阶段。一般而言，成功的药物治疗可抑制炎症信号及炎性细胞浸润，然而，单一的免疫疗法可能无法完全有效地阻止 IA 的发生发展。因而，未来可通过针对性调节 IA 形成过程中所涉及的多条病理生理变化途径(如抑制促炎介质、中性粒细胞，调节巨噬细胞 M2 型极化及维持 Th17/Treg 平衡)来减轻炎症反应，延缓 IA 的发展，而这可能成为治疗 IA 的新兴研究方向。
参考文献（略）