脊髓损伤后血脊髓屏障病变机制研究进展

刘明明，程 建综述，马 勇，黄桂成审校

◇综 述◇

脊髓损伤后血脊髓屏障病变机制研究进展

刘明明1，2*，程 建3*综述，马 勇1，黄桂成1审校

脊髓损伤常会遗留神经系统后遗症，甚至导致患者瘫痪，其病理过程包括原发性损伤和继发性损伤。继发性损伤是引起脊髓病变的主要原因，往往导致脊髓无法恢复正常功能，而继发性损伤与血脊髓屏障形态与功能的异常变化密切相关。通过回顾近些年关于血脊髓屏障的基础试验研究，对脊髓损伤后血脊髓屏障的病理变化及发病机制进行综述。

脊髓损伤；血脊髓屏障；继发性损伤；病理生理学

脊髓损伤是临床常见病，受伤者以中青年居多，最常见原因为交通事故，随着社会的快速发展，其发病率正逐年增高。而脊髓损伤常会导致患者终生瘫痪，给患者带来巨大痛苦。目前临床上对于脊髓损伤的治疗仍是一个难题，因此，对脊髓损伤的病理变化及修复过程的研究成为各国学者研究的热点。脊髓损伤包括原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤是指机械暴力直接作用于脊髓所造成的局部组织的破坏，包括损伤区的神经细胞、轴突及血管等；继发性损伤发生于原发性损伤后，各种有害因子进入脊髓实质，造成脊髓组织的水肿、缺血低氧，脊髓进一步损害，形成数倍于原发性损伤的坏死区。对继发性损伤的防治是治疗脊髓损伤的重要环节。研究［1］表明，在脊髓损伤后会引起微血管变化，继而影响血脊髓屏障（blood spinal cord barrier，BSCB）的形态和功能，BSCB的改变是导致脊髓继发性损伤的重要病理生理基础之一，继发性损伤与BSCB的病理变化密切相关［2］。该文就BSCB的生理功能及脊髓损伤后的病理变化进行综述。

1 BSCB的生理功能

BSCB是中枢神经系统特有的屏障结构，与血脑屏障类似，其主要由内皮细胞、星形胶质细胞、血管周围的小胶质细胞以及基膜组成。BSCB位于毛细血管水平，由特化的内皮细胞构成，其形态学基础是相邻的内皮细胞紧密连接。内皮细胞腔面富含多糖-蛋白质复合物，此带负电荷的复合物，排斥同样带负电荷的血浆蛋白，能有效地阻止血浆蛋白等大分子的运动，限制和调节髓外分子进入中枢神经系统［3］，有利于中枢神经系统微环境的稳定。BSCB功能受多因素调节，包括血管内皮细胞因子、炎性介质、局部化学因素、神经调节因素等［4］。

2 脊髓损伤后BSCB的病理变化

脊髓损伤后BSCB的破坏主要与血管的机械损伤相关［5］：脊髓损伤后血管周围基底膜结构发生改变，内皮细胞间隙增宽，血管壁连接松散，这种改变可促进炎症因子等进入脊髓实质［6］，进而诱导炎症反应扩大，使脊髓暴露于炎症细胞的毒性作用中，还有如跨毛细血管内皮小泡运输增加等。早在1978年，Griffiths et al［7］就指出BSCB的改变与脊髓水肿的形成、神经细胞的损害密切相关。BSCB的开放有其特点［8］：分布于内皮细胞腔面的多糖-蛋白质复合物所带的负电荷短暂消失，血浆蛋白无选择性的溢入脊髓。对于循环中的不同因子，脊髓损伤后BSCB开放时程长短不等，并且不局限于损伤部位，而是沿着脊髓纵轴的损伤区向头尾侧延伸［9］。

Evans蓝在生理情况下不能透过BSCB，只有在BSCB破坏后才可渗漏到脊髓组织当中。因此通过测定脊髓损伤后脊髓组织中Evans蓝的含量，可间接反映BSCB的完整性及变化过程。

邵为等［10］在大鼠脊髓损伤模型中发现Evans蓝含量在术后3 h时即出现升高，术后72 h Evans蓝外渗达到高峰，表明脊髓损伤后3 h BSCB的完整性即遭到破坏，其后72 h BSCB的破坏达到高峰。王子田等［11］也通过动物实验证实，脊髓损伤后8 h损伤面积明显扩大，伤后72 h面积达顶峰，1周后面积回缩。认为BSCB在伤后72 h开放达高峰，一周后逐渐恢复正常。赵宇等［12］也认为脊髓损伤后BSCB的开放是暂时的，通过实验研究证实，BSCB在脊髓损伤72 h内开放，1周后BSCB由于功能重建而关闭，由此推断，脊髓损伤后72 h可能为硬膜外给药的有效治疗时间窗。葛冠群等［13］通过在大鼠脊髓撞击伤模型中静脉注射兔免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）外源性示踪剂和鼠IgG内源性示踪剂，用免疫荧光双标显示两种示踪剂在脊髓中的分布，发现损伤刚发生时血液漏出物集中在原发损伤区，24 h BSCB损伤范围明显的扩大，至72 h损伤范围达到最大。用不同的实验方法证实了BSCB损伤的过程。

但也有学者对于BSCB的病理变化过程有不同的认识。Figley et al［5］在大鼠脊髓损伤模型中发现，脊髓组织中Evans蓝含量在脊髓损伤后24 h最高，认为损伤后24 h BSCB的破坏达到高峰，一直维持到脊髓损伤后5 d；且通过实验发现，微血管数量和功能在损伤后24 h显著降低，损伤后10 d内源性血管再生轻微增加。李建峰等［14］在脊髓空洞症模型中发现脊髓组织中Evans蓝含量在术后第3天开始增高，第7天达到高峰，持续到第14天，说明第7天BSCB的破坏达到高峰，而且，通过实验［14-15］证实，这个变化过程与脊髓水肿程度的变化趋势一致。王航辉等［16］也通过实验发现，大鼠脊髓损伤模型中Evans蓝含量在受伤后即开始增高，第7天达到高峰，与脊髓组织含水量呈现相同的变化趋势。

3 BSCB病变的相关因子

脊髓损伤后在损伤区可出现各种生物化学物质，导致BSCB结构与功能的异常，除与血管的直接机械损伤有关，多种因子同时参与了BSCB通透性的改变，主要包括细胞因子及血管活性肽。

李建峰等［14］通过免疫组织化学、RT-PCR技术检测脊髓损伤组织中血管内皮生长因子（vascular endothelial grouth factor，VEGF）的蛋白及mRNA含量，结果显示术后第1天表达即有明显升高，第3天、第7天、第14天呈强阳性表达，第7天达高峰；而且，通过数据分析得出，VEGF表达与脊髓含水量和Evans蓝含量之间也存在明显的正相关性，提示VEGF高表达在BSCB功能和结构的破坏过程中起着重要影响。VEGF调节BSCB的作用机制可能通过以下几方面：抑制内皮细胞连接蛋白的表达，破坏紧密连接的结构和功能，使细胞间连接开放［17-18］；VEGF可以促进肌动蛋白收缩纤维的重组，使细胞收缩变圆，细胞间隙增宽；可以增加内皮细胞开窗，导致非开窗内皮细胞的开窗形成［19］。

肖建如等［20］通过建立颈髓损伤模型，发现颈髓损伤后伤区及邻近颈髓组织血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）含量成倍增加，加速微血管内血小板活化，促使血栓形成，导致局部缺血、低氧，引起血管内皮细胞损害，血管通透性增加。此外，PAF还可直接刺激微血管收缩，促使伤区及邻近脊髓血流量减少，局部区域缺血、低氧，这些都会导致BSCB的破坏。另一项研究［21］显示，PAF可能是通过增加白细胞黏附分子（endothelial leukocyte adhesion molecule，ELAM）-1 mRNA和细胞间黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1 mRNA在血管内皮细胞的表达而起作用的。ICAM-1与ELAM-1可以介导白细胞的活化及其与血管壁的黏附，导致血管内皮细胞的黏附性增加并保持于高黏附状态，引起血管滞留大量中性粒细胞，血管壁通透性增高，BSBC破坏。在颈髓损伤模型中，通过使用PAF受体拮抗剂，可以改善脊髓损伤后神经功能的恢复，有效抑制继发损伤的产生［22］。邵为等［10］也发现，造模后6 h脊髓组织中ICAM-1表达明显增多，24 h达到高峰。其认为脊髓损伤后ICAM-1表达上调，引起BSCB的破坏，一方面是由于损伤区域聚集白细胞、堵塞微循环通道；另一方面活化的白细胞可能会释放氧自由基及蛋白水解酶等有害物质，引起局部血管病变，导致血管通透性增加，进一步破坏BSCB。

邵擎东等［23］在大鼠脊髓损伤模型中发现，脊髓损伤后组织中内皮素-1 mRNA、内皮素受体-A mRNA表达均明显增加，其变化趋势与伤后脊髓组织Evans蓝含量及脊髓组织含水量的变化规律基本一致，表明内皮素及其受体表达的升高与BSCB损伤的病理过程密切相关。焦静等［24］也通过实验证实，内皮素-1 mRNA于脊髓损伤后6～72 h表达明显升高。Mckenzin et al［9］认为，血管内皮素可直接作用于脊髓微血管，调节微血管结构，血管内皮素对BSCB的破坏有调控作用。脊髓损伤后神经组织存在缺血、低氧，而低氧能促使血管内皮细胞内皮素及其受体的基因表达，从而刺激内皮素及其受体的合成［25］，而内皮素的生物效应又会加剧微血管的收缩，引起组织的进一步缺血、低氧，导致血管内皮细胞损害加重及BSCB的破坏。

既往研究［9］证实，血管内皮素的免疫表达与IgG免疫标记具有相关性，李禾等［26］在实验大鼠脊髓损伤后4 h，损伤段脊髓即发现IgG、C3c免疫阳性标记，并随损伤时间延长，损伤区域免疫阳性标记明显增加并向周边扩散。进一步证实IgG参与了脊髓损伤后BSCB的破坏。IgG、C3c和许多其他细胞因子的渗入参与了脊髓损伤后BSCB的破坏，引起神经细胞的继发性损伤。

水通道蛋白-4（aquapotin，AQP-4）是一类对水有特异通透性的膜蛋白，主要分布于脑与脊髓组织的胶质细胞膜，尤其在星形胶质细胞足突上有丰富的特异性表达，AQP-4的表达和组织水肿严重程度呈正相关性。研究［27］显示，脑缺血时血脑屏障通透性及AQP-4表达均增加，且两者之间具有很好的相关性，AQP-4参与了血脑屏障的损伤过程。因BSCB与血脑屏障有类似的结构组成，推测AQP-4可能参与BSCB的损伤过程；实验研究［28］也表明，脊髓损伤后AQP-4表达改变，导致运动功能减退更加严重、膀胱功能障碍恢复缓慢，脊髓损伤症状加重。

现今脊髓疾病发病率逐年上升，脊髓损伤后病理变化机制及相关研究一直是医学上的热点与难点。脊髓继发性损伤自Allen首次提出以来，也越来越受到学者的重视。由于引起脊髓继发性损伤的因素较多，包括缺血、炎症、生物化学因子、兴奋性毒性、再灌注损伤、BSCB的破坏等，其损伤机制复杂，各类学说较多，目前没有统一的认识。BSCB作为存在于脊髓组织和血液之间的特有屏障，为神经细胞行使正常生理功能提供了条件，对脊髓有重要保护作用，其在脊髓继发性损伤的病理机制中起着重要作用，对脊髓水肿的变化及神经再生和修复的过程起着调控作用。

BSCB的破坏主要与脊髓损伤后微血管的机械性损伤相关，BSCB结构的完整性遭到破坏，通透性发生改变，使得微血管中的一些物质（特别是有害物质）从血液转运到脊髓微环境中，导致脊髓神经细胞的损害。此外，VEGF、PAF、内皮素-1、AQP-4等多种细胞因子也同时参与了BSCB通透性的改变，实验［14，20，23，28］表明，这些细胞因子会加重脊髓组织水肿，导致局部缺血、低氧，引起血管内皮细胞损害，破坏BSCB结构和功能。但关于脊髓损伤后BSCB的开放时程报道长短不等，其开放时间窗尚无定论，需进一步研究，这对于在有效时间窗内给予药物治疗非常重要。未来在治疗脊髓损伤的过程中，针对BSCB的治疗将会占主导地位。但是，BSCB的形态结构异常及功能障碍与很多因素相关，目前关于脊髓损伤后BSCB的病理变化机制尚未研究清楚，今后将是一个值得深入探讨的问题。

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R 363.2；R-332

A

1000-1492（2015）12-1827-04

时间：2015-11-18 10：12：35

http：／／www.cnki.net／KCMS／detail／34.1065.R.20151118.1012.060.html

2015-06-15接收

江苏省自然科学基金（编号：BK2011180）；徐州市科技局社会发展项目（编号：KC14SH030）

1南京中医药大学第一临床医学院，南京 210046

2南京中医药大学附属徐州市中医院骨科，徐州 221000

3东南大学医学院附属徐州医院骨科，徐州 221000

刘明明，男，主治医师，博士研究生；

黄桂成，男，教授，博士生导师，责任作者，E-mail：lanbing3399＠sina.com

*对本文具有同等贡献