血脑屏障的结构与功能研究进展
王顺蓉,张 英综述,李著华审校(泸州医学院病理生理教研室,泸州 646000)
哺乳动物中枢神经系统为了有效地执行其功能,需要一个超稳定的内环境,这一内环境稳定性的维持,依赖于血脑屏障(Blood Brain barrier,BBB)。
BBB是由无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基膜、周细胞、星形胶质细胞足突和极狭小的细胞外隙共同组成的一个细胞复合体,是存在于脑和脊髓内的毛细血管与神经组织之间的一个动态的调节界面。
研究认为这个界面不单纯是被动保护性屏障,还能选择性地将脑内有害或过剩物质泵出脑外,保持脑的内环境稳定。
BBB中的脑毛细血管内皮细胞(Brain Microvascular Endothilial Cells, BMECs)具有与机体其它部位的毛细血管内皮细胞不同的特殊结构与功能。
目前已证实:BBB的屏障作用的主要由覆盖在脑毛细血管腔面的BMECs及其细胞间紧密连接完成。
星形胶质细胞仅参与诱导和维持BBB的特性。
1 血脑屏障的屏障功能 血脑屏障功能由机械性作用、载体、受体介导的运送系统及酶等共同参与构成。
1.1 机械的屏障功能 BMECs之间几乎没有间隙,近管腔面为紧密连接(环绕成带),胞内吞饮小泡数目极少、细胞内收缩蛋白少,细胞不易皱缩及高阻抗(限制离子通过)的存在,形成BBB的机械屏障;内皮细胞之间有紧密连接使内皮层形成一个完整的屏障界面,胶质细胞产生的可溶性分子促进紧密连接的形成,从而限制BBB的通透性;内皮细胞外存在带负电的基底膜,主要对内皮细胞起支撑作用,防止由于静脉压改变导致的毛细血管变形。
特殊的结构使脑微血管内皮细胞更具上皮细胞的特点,使血液中的溶质只能由内皮细胞的特异性转运系统进入脑,而不能像机体其它部位那样,可以经由内皮细胞裂隙,细胞内孔道或吞饮作用通过血管,但脑的毛细血管并非全部为“紧密结合”的内皮细胞层,少数区域结合疏松,呈网络状。
其特点为血窦多,窦外无胶质突,仅有嗜银网状纤维包裹,毛细血管内皮有小孔,基膜不连续并与邻近胶质突分开,有较大的通透性。
含有这种特点的毛细血管的脑区称之为“脑的特殊区”。
它包括延脑极后区、下丘脑正中隆起、松果体、后联合下器官垂体后叶、脉络丛等。
在这些特殊区域可允许某些大分子化合物,如激素和一些毒物少量进入,具有着特殊的生物学意义。
例如,在血中毒物浓度增高时,可影响延脑极后区附近的呕吐中枢和催吐化学感受区,在必要时可以呕吐的方式排出毒物。
星形胶质细胞伸出它们的终足牢固地围绕着脑微血管内皮细胞,在脑实质细胞中,其与脑微血管内皮细胞的关系最为密切。
正常情况下,这种足突不参与BBB的屏障功能的执行,不过对于诱导和维持BBB许多特性具有重要作用。
星形细胞参与BBB完整性的诱导维持,主要是通过分泌活性物、基因的转录和蛋白质的合成、内皮细胞内cAMP浓度增高的协同作用而参与的,其次还必须有微血管周围的基质辅助参与,其中IV 型胶原尤为重要。
此外,星形细胞还介导脑内皮细胞表达一种特别定位于脑内皮细胞的γ2谷氨转肽酶,介导相邻内皮细胞间形成紧密连接复合体。
因此,星形胶质细胞与脑毛细血管间存在复杂的联系。
最近有离体实验研究认为,内皮细胞和星形胶质细胞间的钙离子波介导细胞间的双向的钙信号转导。
有学者用成年鼠和未成年鼠研究发现,脑毛细血管周围的星形胶质细胞上免疫反应性营养不良素的表达和BBB的发育是一致的,由此认为免疫反应性营养不良素有促成BBB形成的作用。
1.2 载体、受体的屏障功能 载体介导的转达运系统(CM T)包括有机阴离子转运体、P2gp、多药耐药蛋白1～7、核苷转运体和大分子氨基酸转运体。
受体介导的转运系统(RM T)包括转铁蛋白1.2受体和清道夫受体SB2AI和SB2BI。
1.2.1 有机阴离子转运体(OAT) OAT(organic anion trans2 porter)有三种异构体,OAT1、OAT2、OAT3。
逆转录—聚合酶链反应分析显示,脑毛细血管内皮细胞上仅有适度的OAT3表达,并由蛋白印迹法确认。
OAT3是位于毛细血管近腔面的重要载体,其功能是将脑内神经递质代谢产物、硫酸吲哚酚及药物运出到血液循环,维持脑内环境的稳定,该作用可被尿毒症毒素抑制,由此在尿毒症发生时可出现中枢神经系统功能紊乱。
1.2.2 P蛋白(P2gp) P2gp是一个跨膜糖蛋白,首先发现于肿瘤细胞,它参与了肿瘤细胞的多药耐药,近年发现P2gp也在正常组织表达,尤其在BBB内皮细胞膜腔面高水平表达,是许多结构不相关的异生物的脂溶性化合物的一个能量依赖性的主动外排泵。
P2gp作用的一个特点是对底物的特异性低,缺乏选择性,广谱的底物亲和力使P2gp能够有效保护脑,拮抗一系列疏水性化合物(毒性物质)对脑的损害,体内外大量研究已证明此作用。
另一个特点是两个底物生产性与P2gp结合,抑制了P2 gp对底物的外排作用,故P2gp底物同时也是它的抑制剂。
有关P2gp在多重耐药性方面的作用已研究多年了,然而,对这个蛋白正常生理作用的研究才刚刚开始。
用基因缺失鼠研究表明,P2gp是血脑屏障的重要组成部分,能防止很多药物进入中枢神经系统。
如用钾盐镁矾诱导的癫痫发作鼠的脑内皮细胞呈现P2gp短暂的过度表达,致抗癫痫药对BBB的通透性低,不能有效作用。
而缺失这个蛋白可提高脑内属于P2gp底物的药物浓度,或给予有效的逆转剂阻断或抑制P2gp可产生相似的结果,并已开始应用到临床,有效地治疗中枢神经系统的疾病(如癫痫、肿瘤等)。
然而,目前的逆转剂不能有效地抑制BBB上的P2gp(与基因缺失鼠研究结果相比),且在增加脑内药物浓度的同时,增加了许多药物的神经毒性。
鼠实验还发现P2gp对底物具有保和性,饱和后,底物在脑内呈非线性增加,同时也增加神经毒性的危险。
目前认为要排除药物的毒性,可能需要在联合应用P2gp抑制时,使用机体已能适应的药物剂量。
另有研究认为P2gp参与了脑炎症时淋巴细胞诱导的脑内皮细胞死亡和屏障功能障碍,但机制不清。
1.2.3 转铁蛋白受体(Tf R) Tf R存在于一些细胞表面,参与转运机体不可缺少的金属离子铁到细胞内。
很多研究表明在脑毛细血管内皮细胞管腔面存在Tf R。
转铁蛋白(Tf)存在于血浆和细胞外液,其与铁结合后与内皮细胞上的Tf R专一性结合将脑外的铁转送入脑。
脑对铁的摄取的可能机制是:血清Tf运送铁至BBB,然后与BBB内皮细胞上的Tf R结合,通过Tf R介
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导的内吞作用形成内吞小体,把铁送入内皮细胞,Tf2Tf R复合物再回到细胞表面,Tf与Tf R解离后又回到血液循环中。
积存在内皮细胞中的铁离开内皮细胞进入脑组织,其机制尚不清楚。
有人推测铁是以二价铁的形式穿过内皮细胞基膜进入脑组织的,但此点还需研究证实。
Tf R介导脑内皮细胞铁的吸收具有饱和性,维持脑内铁的平衡。
Tf R具有位点专一,靶导向的特点,由此可利用Tf R的单克隆抗体作为向脑转送生物大分子的载体,通过受体介导的内吞使药物穿过BBB,此是迄今为止最有效的生理学方法。
Tf R单克隆抗体与内皮细胞上的Tf R 结合,通过受体介导的内吞,抗体被送入细胞,接在单抗上的药物(包括蛋白质等生物大分子)也被送入细胞内。
用这一递送体系已将神经生长因子穿过BBB送入脑内。
基于在Tf R介导下,Tf可进入细胞内的原理,有人成功地用“转铁蛋白—多聚阳离子”共轭物转移DNA到细胞内。
同样,也可用此系统转移核苷酸到脑内以进行基因治疗,此为开辟脑病的基因治疗带来很大希望。
1.3 酶的屏障功能 定位于BBB部位的酶的起到维持脑内神经传递及内环境的稳定作用。
这些酶包括单胺氧化酶A和B (MAOA、MAOB)、儿茶酚0—甲基转移酶、芳香胺酸脱羧酶、r2谷胱苷肽转肽酶(r2GGTP)等,它们参与了中枢系统内神经递质的降解。
如:内皮细胞胞浆中的芳香氨酸脱羧酶和单胺氧化酶系统使正常血循环中的单胺类神经递质及其前体不能通过BBB。
由此,脑毛细血管内皮细胞独特的酶系统的存在是脑内神经递质稳定的必要条件。
脑内皮细胞膜表面的Na+2K+2 A TP酶活性是外周毛细血管内皮细胞膜上同类酶的500;同时脑血管内皮细胞内A TP酶活性明显高于其它部位的血管内皮细胞,且线粒体含量是其它部位血管内皮5或6倍,表明其代谢十分活跃,此是物质转运的基础。
2 影响血脑屏障功能的因素
2.1 高渗溶液 用高渗溶液(如高露醇)灌注颈动脉,可使血脑屏障开放,这一过程是可逆的;高渗溶液也可使脑肿瘤血脑屏障开放,由此提高肿瘤区域药物浓度。
通过大量的实验研究和临床证明,大多研究者都认为此方法对提高脑肿瘤的动脉介入化疗效果具有重要意义,且对应用中的副作用多持乐观态度。
由于脑肿瘤时的血脑屏障较正常血脑屏障开放持续的时间短,所以提示应掌握好给药时间。
2.2 高温 高温会使BBB的通透性增加,导致脑水肿、脑细胞损伤。
有人认为主要是通过NO上调有神经毒性的强啡呔的免疫活性而致,且用NOS(一氧代氮合酶)抑制剂可削弱强啡肽的免疫活性,从而减弱BBB的损害。
由于高温对BBB的作用,有人利用超声诱导轻度高温(USHT)可逆而无损伤性的增加了牛BBB上疏水性药物的通透性,包括P2gp底物的通透。
为药物通过BBB提供了一种可行的方法。
2.3 外伤 研究认为脑外伤致BBB通透性增加与a2TNF产生增加有关。
a2TNF激活鸟苷酸环化酶、蛋白酪氨酸激酶,由此使BBB通透性增加从而使中等大小(适度)分子通过增加;并且认为镁可能削弱外伤性脑损伤所致的BBB通透性的增加,其机制尚不清楚。
2.4 冷冻 脑冻伤时血管内皮生长因子A(V EGF2A)在脑血管内皮上的高度表达是导致BBB通透性增加的一个因素。
而同时表达增加的血管内皮细胞生长因子B(V EGF2B)在血脑屏障完整性的维持、脑冻伤后血管的生成中起着重要的作用。
2.5 肿瘤 不同性质的脑肿瘤引起血脑屏障功能不同改变。
星形胶质细胞瘤组织中的血管对葡萄糖转运增加,而一些脑转移瘤组织的血管则使葡萄糖转运减少。
同一肿瘤组织的不同区域,其血脑屏障改变程度亦不相同。
应用细胞化学和电子显微镜技术观察胶质细胞瘤时,血脑屏障的改变主要是紧密连接开放,由此使葡萄糖的通透性增加。
血脑屏障这种病理情况下的改变机制被认为与间质金属蛋白酶水解基膜的高分子蛋白有关。
2.6 年龄 年幼的BBB较年轻的BBB通透性高,而年老的BBB较年轻的BBB更易受损。
新生儿核黄疸在临床上早已备受关注。
早年发现台盼蓝由血液进入胎脑或新生儿脑受到的阻抗要比成年脑少。
同时对鼠、兔、猫和狗的研究结果也见到示踪剂渗入未成熟脑比成年脑容易。
新生儿黄疸病容易引起脑基底核的胆红素浸润,导致核黄疸,而成年人黄疸病很少发生此类病变,因而推测新生儿血脑屏障未发育成熟,是引起核黄疸的重要原因之一。
康仲涵等通过透射电镜观察发现胎儿和新生儿脑尾状核血脑屏障未成熟,主要表现为:内皮有孔,内皮基膜较薄,部分内皮无完整的基膜,胶质膜也不完整。
这些形态学特点决定了新生儿尾状核血脑屏障通透性比成人大,而且比大脑其它部分也大。
张燕宏等认为新生儿高胆红素血症(> 272umol/L)时,颅内动脉血流速度较正常新生儿显著增高,由此推测在某种病理情况下,如酸中毒促进尾状核中的血脑屏障更加开放,血流速度加快,胆红素以被动扩散方式经内皮孔或以胞饮作用越过毛细血管内皮增加;而后通过不完整的胶质膜缺口,引起新生儿核黄疸。
Erdincler等在脑冻伤鼠实验中发现:年老鼠BBB被破坏的程度、脑内水含量增多都较年轻鼠更为严重,且BBB损害也较年轻鼠容易。
(参考文献22篇略)
抗微生物药的合理应用
凌广略
(重庆市第二卫生学校,重庆402260)
抗菌药物是临床应用范围广、品种繁多的一大类药品。
自从1935年第一个磺胺药应用于临床和1941年青霉素问世后,抗菌药物迅速发展,目前用于临床的已有200余种,治愈并挽救了无数患者的生命。
然而,抗菌药物应用数十年来,一些问题逐
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四川生理科学杂志2005;27(2)。
