血腦屏障結(jié)構(gòu)的細(xì)胞學(xué)與分子學(xué)機(jī)制的研究現(xiàn)狀

周虎傳　張玉波　劉　磊

中國人民解放軍第324醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科　重慶　400020

血腦屏障結(jié)構(gòu)的細(xì)胞學(xué)與分子學(xué)機(jī)制的研究現(xiàn)狀

周虎傳張玉波劉磊

中國人民解放軍第324醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科重慶400020

【關(guān)鍵詞】血腦屏障；緊密鏈接；內(nèi)皮細(xì)胞；星形膠質(zhì)細(xì)胞

血腦屏障在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境穩(wěn)定，保障中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮正常功能起重要作用，但血腦屏障經(jīng)常受到血液中各種有害理化因素的刺激、破壞，血腦屏障怎樣對(duì)抗這些有害刺激，保持血腦屏障正常的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)功能，其分子機(jī)制尚處于初步研究階段。本文就血腦屏障的結(jié)構(gòu)與功能維持的細(xì)胞學(xué)和分子學(xué)機(jī)制的研究現(xiàn)狀作一概述。

1血腦屏障的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞及緊密鏈接

腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞組成血腦屏障的第一道屏障，主要由扁平的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接構(gòu)成。內(nèi)皮細(xì)胞血管腔面有少量的細(xì)胞膜穴和大量的內(nèi)皮線粒體。腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞或周細(xì)胞間只有一層基底膜，而腦微血管前小動(dòng)脈和腦微血管后小靜脈內(nèi)皮細(xì)胞有自己的基底膜，與星形膠質(zhì)細(xì)胞的基底膜之間形成血管間隙。

緊密鏈接是指細(xì)胞間的鏈接區(qū)或同一細(xì)胞不同部分的鏈接區(qū)，緊密鏈接使細(xì)胞與細(xì)胞間的縫隙閉塞，緊密鏈接在保護(hù)腦微環(huán)境穩(wěn)定，防止血液有害物質(zhì)進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)起著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞間緊密鏈接主要由緊密鏈接相關(guān)蛋白ZO-1、ZO-2、ZO-3、cingulin、claudins等維持，還有免疫球蛋白超家族成員鏈接黏附分子和內(nèi)皮選擇性黏附分子也是緊密鏈接的成分之一，參與了屏障功能的調(diào)節(jié)與維持[1-2]。

2血腦屏障的星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞是存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)數(shù)量最多的一類細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞伸出足突包裹在腦微血管表面，構(gòu)成血腦屏障的第二道屏障。星形膠質(zhì)細(xì)胞在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞外離子穩(wěn)定、酸堿平衡、神經(jīng)遞質(zhì)的攝取與處理、向神經(jīng)元提供營養(yǎng)物質(zhì)、血管與神經(jīng)元之間的信號(hào)傳導(dǎo)過程中起重要作用[3]。因此，最近文獻(xiàn)報(bào)道強(qiáng)調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞足突是腦代謝的關(guān)鍵性檢查點(diǎn)[4]。研究報(bào)道，星形膠質(zhì)細(xì)胞在維持腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的屏障特性和控制腦血流方面起決定性的作用[5]。哺乳動(dòng)物星形膠質(zhì)細(xì)胞最重要的形態(tài)學(xué)特征是其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)域呈極性分布。星形膠質(zhì)細(xì)胞膜內(nèi)含有大量的方形整列，這些方形整列由細(xì)胞膜內(nèi)的水通道蛋白AQP4組成，主要分布在星形膠質(zhì)細(xì)胞膜的基底膜端，而靠近神經(jīng)元或神經(jīng)纖維側(cè)的星形膠質(zhì)細(xì)胞膜內(nèi)的方形整列數(shù)量明顯減少。星形膠質(zhì)細(xì)胞這種極性特點(diǎn)似乎與血腦屏障的發(fā)育成熟有關(guān)。已有研究報(bào)道水通道蛋白AQP4對(duì)維持血腦屏障的完整性具有重要作用；但這個(gè)結(jié)論是不明確的，目前有研究結(jié)果與之矛盾[6]。水通道蛋白介導(dǎo)水在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間、血管與腦室間的轉(zhuǎn)運(yùn)，且這種轉(zhuǎn)運(yùn)過程受到滲透性和靜水壓力梯度的嚴(yán)格控制[7]。有趣的是，內(nèi)向整流鉀通道和肌營養(yǎng)不良蛋白聚糖復(fù)合物在細(xì)胞膜上的分布與AQP4一致。肌營養(yǎng)不良蛋白是連接細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架的骨架蛋白。在肌營養(yǎng)不良蛋白缺失的大鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校琋ico等[8]觀察到腦血管通透性增加、一些緊密連接成分丟失、水通道蛋白表達(dá)量下降。

3血腦屏障的周細(xì)胞

周細(xì)胞是腦微血管的組成成分，且在不同的血管床中周細(xì)胞的密度不同。在電子顯微鏡下，周細(xì)胞很容易被識(shí)別出來，周細(xì)胞被一層基底膜完全包繞。通過免疫組織化學(xué)技術(shù)，周細(xì)胞能被抗平滑肌肌動(dòng)蛋白抗體、抗肌間線蛋白抗體、抗高分子量黑色素瘤抗原抗體、抗血小板源性生長(zhǎng)因子β受體抗體、抗氨基肽酶N抗體或G蛋白信號(hào)5調(diào)節(jié)子抗體標(biāo)記。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，特別是視網(wǎng)膜內(nèi)，存在大量的周細(xì)胞。有大量研究報(bào)道周細(xì)胞在胚胎期血管生成過程中，在內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)腦或視網(wǎng)膜血流過程中，在血腦屏障、血視網(wǎng)膜屏障發(fā)育成熟過程中均起重要作用[9]。

4維持血腦屏障結(jié)構(gòu)和功能完整的分子機(jī)制

聚集蛋白(agrin)在維持血腦屏障結(jié)構(gòu)完整性起重要的作用。聚集蛋白是一種細(xì)胞外硫酸乙酰肝素蛋白多糖。最初發(fā)現(xiàn)聚集蛋白是募集乙酰膽堿受體到運(yùn)動(dòng)終板所必須的分子；后來發(fā)現(xiàn)其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)也發(fā)揮重要的作用，特別是在維持血腦屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性起重要作用[10]。目前已發(fā)現(xiàn)幾種聚集蛋白的剪接變異體。其中聚集蛋白A0B0被發(fā)現(xiàn)主要出現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞側(cè)的基底膜內(nèi)。當(dāng)將聚集蛋白A0B0放入原代培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)基內(nèi)，其不會(huì)影響AQP4的表達(dá)水平，也不會(huì)影響低滲實(shí)驗(yàn)中星形膠質(zhì)細(xì)胞的水通透能力。但A0B0能誘導(dǎo)增加已表達(dá)的AQP4插入星形膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞膜內(nèi)[11]。聚集蛋白維持血腦屏障的完整性的分子機(jī)制到目前為止不是很清楚。研究報(bào)道可能聚集蛋白通過間接調(diào)節(jié)AQP4在星形膠質(zhì)細(xì)胞膜上的分布保護(hù)血腦屏障。聚集蛋白與α-肌營養(yǎng)不良蛋白聚糖結(jié)合，而不是直接與AQP4蛋白結(jié)合。由于AQP4與α-肌營養(yǎng)不良蛋白聚糖的緊密聯(lián)系，聚集蛋白缺失后，出現(xiàn)AQP4的重新分布、方形整列的缺失、星形膠質(zhì)細(xì)胞失去極性。新出生的聚集蛋白敲除的大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞足突膜上存在AQP4蛋白，但不成極性分布，足突膜上沒有方形整列。因此，哺乳動(dòng)物的血腦屏障的形成與星形膠質(zhì)細(xì)胞足突膜的極性方形整列密切相關(guān)，其對(duì)維持血腦

屏障的完整性起重要的作用，而星形膠質(zhì)細(xì)胞足突膜的極性方形整列在某種程度上依賴于聚集蛋白[6]。聚集蛋白還可以通過維持血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞緊密鏈接分子成分的穩(wěn)定維持血腦屏障的完整性。在人類腦膠質(zhì)瘤內(nèi)，有4種微血管，4種微血管內(nèi)有不同數(shù)量的聚集蛋白、細(xì)胞黏合素(tenascin)、閉合蛋白(occludin)、緊密連接蛋白(claudins)。如果聚集蛋白完全缺失，細(xì)胞黏合素呈高表達(dá)，而緊密連接分子不表達(dá)。然而，到目前為止我們?nèi)匀徊恢朗欠袷蔷奂鞍字苯佑绊懥司o密連接的成分，還是聚集蛋白通過影響星形膠質(zhì)細(xì)胞的極性方形整列間接干擾了緊密連接分子的表達(dá)。

血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血管生成素(angiopoietins，Ang-1、Ang-2)、血小板衍化生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor B，PDGF-BB)、轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子(transforming growth factor b，TGF b)、Dll4/Notch1信號(hào)通路、Wnt蛋白信號(hào)通路(Wnt/b-catenin pathway)在血腦屏障的發(fā)育、形態(tài)及功能維持過程中起重要作用，但其具體機(jī)制目前仍然不清楚[12-14]。

自從100年前Paul Ehrlich 和Edwin Goldmann提出血腦屏障的概念，血腦屏障逐漸成為血管系統(tǒng)相當(dāng)重要的功能結(jié)構(gòu)，逐漸受到不同科學(xué)學(xué)科的重視。特別是對(duì)藥物通過血腦屏障治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究變得極其重要。隨著人口的老齡化，年齡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、腦卒中、腦腫瘤的發(fā)病率不斷增加，因此，迫切要求我們探索出治療這些疾病的新方法。而這些疾病與血腦屏障的結(jié)構(gòu)和功能破壞有關(guān)，血腦屏障的結(jié)構(gòu)和功能被破壞，無法維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的穩(wěn)定，不能抵御血液化學(xué)性有害物質(zhì)對(duì)神經(jīng)元的影響，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。因此，深刻認(rèn)識(shí)血腦屏障的細(xì)胞學(xué)結(jié)構(gòu)，理解血腦屏障發(fā)揮功能的分子機(jī)制，有利于我們尋求新的策略來治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

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(收稿 2015-06-12)

【中圖分類號(hào)】R329.2

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1673-5110(2016)11-0098-02