血脑屏障结构的细胞学与分子学机制的研究现状

周虎传　张玉波　刘　磊

中国人民解放军第324医院神经内科　重庆　400020

血脑屏障结构的细胞学与分子学机制的研究现状

周虎传张玉波刘磊

中国人民解放军第324医院神经内科重庆400020

【关键词】血脑屏障；紧密链接；内皮细胞；星形胶质细胞

血脑屏障在维持中枢神经系统微环境稳定，保障中枢神经系统发挥正常功能起重要作用，但血脑屏障经常受到血液中各种有害理化因素的刺激、破坏，血脑屏障怎样对抗这些有害刺激，保持血脑屏障正常的形态学结构和转运功能，其分子机制尚处于初步研究阶段。本文就血脑屏障的结构与功能维持的细胞学和分子学机制的研究现状作一概述。

1血脑屏障的脑微血管内皮细胞及紧密链接

脑微血管内皮细胞组成血脑屏障的第一道屏障，主要由扁平的脑微血管内皮细胞、内皮细胞间紧密连接构成。内皮细胞血管腔面有少量的细胞膜穴和大量的内皮线粒体。脑微血管内皮细胞与星形胶质细胞或周细胞间只有一层基底膜，而脑微血管前小动脉和脑微血管后小静脉内皮细胞有自己的基底膜，与星形胶质细胞的基底膜之间形成血管间隙。

紧密链接是指细胞间的链接区或同一细胞不同部分的链接区，紧密链接使细胞与细胞间的缝隙闭塞，紧密链接在保护脑微环境稳定，防止血液有害物质进入中枢神经系统起着重要作用。有研究发现内皮细胞间紧密链接主要由紧密链接相关蛋白ZO-1、ZO-2、ZO-3、cingulin、claudins等维持，还有免疫球蛋白超家族成员链接黏附分子和内皮选择性黏附分子也是紧密链接的成分之一，参与了屏障功能的调节与维持[1-2]。

2血脑屏障的星形胶质细胞

星形胶质细胞是存在于中枢神经系统数量最多的一类细胞。星形胶质细胞伸出足突包裹在脑微血管表面，构成血脑屏障的第二道屏障。星形胶质细胞在维持中枢神经系统细胞外离子稳定、酸碱平衡、神经递质的摄取与处理、向神经元提供营养物质、血管与神经元之间的信号传导过程中起重要作用[3]。因此，最近文献报道强调星形胶质细胞足突是脑代谢的关键性检查点[4]。研究报道，星形胶质细胞在维持脑微血管内皮细胞的屏障特性和控制脑血流方面起决定性的作用[5]。哺乳动物星形胶质细胞最重要的形态学特征是其细胞膜结构域呈极性分布。星形胶质细胞膜内含有大量的方形整列，这些方形整列由细胞膜内的水通道蛋白AQP4组成，主要分布在星形胶质细胞膜的基底膜端，而靠近神经元或神经纤维侧的星形胶质细胞膜内的方形整列数量明显减少。星形胶质细胞这种极性特点似乎与血脑屏障的发育成熟有关。已有研究报道水通道蛋白AQP4对维持血脑屏障的完整性具有重要作用；但这个结论是不明确的，目前有研究结果与之矛盾[6]。水通道蛋白介导水在细胞内、细胞间、血管与脑室间的转运，且这种转运过程受到渗透性和静水压力梯度的严格控制[7]。有趣的是，内向整流钾通道和肌营养不良蛋白聚糖复合物在细胞膜上的分布与AQP4一致。肌营养不良蛋白是连接细胞膜和细胞骨架的骨架蛋白。在肌营养不良蛋白缺失的大鼠实验模型中，Nico等[8]观察到脑血管通透性增加、一些紧密连接成分丢失、水通道蛋白表达量下降。

3血脑屏障的周细胞

周细胞是脑微血管的组成成分，且在不同的血管床中周细胞的密度不同。在电子显微镜下，周细胞很容易被识别出来，周细胞被一层基底膜完全包绕。通过免疫组织化学技术，周细胞能被抗平滑肌肌动蛋白抗体、抗肌间线蛋白抗体、抗高分子量黑色素瘤抗原抗体、抗血小板源性生长因子β受体抗体、抗氨基肽酶N抗体或G蛋白信号5调节子抗体标记。在中枢神经系统，特别是视网膜内，存在大量的周细胞。有大量研究报道周细胞在胚胎期血管生成过程中，在内皮细胞、星形胶质细胞调节脑或视网膜血流过程中，在血脑屏障、血视网膜屏障发育成熟过程中均起重要作用[9]。

4维持血脑屏障结构和功能完整的分子机制

聚集蛋白(agrin)在维持血脑屏障结构完整性起重要的作用。聚集蛋白是一种细胞外硫酸乙酰肝素蛋白多糖。最初发现聚集蛋白是募集乙酰胆碱受体到运动终板所必须的分子；后来发现其在中枢神经系统内也发挥重要的作用，特别是在维持血脑屏障结构和功能的完整性起重要作用[10]。目前已发现几种聚集蛋白的剪接变异体。其中聚集蛋白A0B0被发现主要出现在中枢神经系统毛细血管内皮细胞侧的基底膜内。当将聚集蛋白A0B0放入原代培养的星形胶质细胞的培养基内，其不会影响AQP4的表达水平，也不会影响低渗实验中星形胶质细胞的水通透能力。但A0B0能诱导增加已表达的AQP4插入星形胶质细胞的细胞膜内[11]。聚集蛋白维持血脑屏障的完整性的分子机制到目前为止不是很清楚。研究报道可能聚集蛋白通过间接调节AQP4在星形胶质细胞膜上的分布保护血脑屏障。聚集蛋白与α-肌营养不良蛋白聚糖结合，而不是直接与AQP4蛋白结合。由于AQP4与α-肌营养不良蛋白聚糖的紧密联系，聚集蛋白缺失后，出现AQP4的重新分布、方形整列的缺失、星形胶质细胞失去极性。新出生的聚集蛋白敲除的大鼠星形胶质细胞足突膜上存在AQP4蛋白，但不成极性分布，足突膜上没有方形整列。因此，哺乳动物的血脑屏障的形成与星形胶质细胞足突膜的极性方形整列密切相关，其对维持血脑

屏障的完整性起重要的作用，而星形胶质细胞足突膜的极性方形整列在某种程度上依赖于聚集蛋白[6]。聚集蛋白还可以通过维持血脑屏障内皮细胞紧密链接分子成分的稳定维持血脑屏障的完整性。在人类脑胶质瘤内，有4种微血管，4种微血管内有不同数量的聚集蛋白、细胞黏合素(tenascin)、闭合蛋白(occludin)、紧密连接蛋白(claudins)。如果聚集蛋白完全缺失，细胞黏合素呈高表达，而紧密连接分子不表达。然而，到目前为止我们仍然不知道是否是聚集蛋白直接影响了紧密连接的成分，还是聚集蛋白通过影响星形胶质细胞的极性方形整列间接干扰了紧密连接分子的表达。

血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血管生成素(angiopoietins，Ang-1、Ang-2)、血小板衍化生长因子(platelet derived growth factor B，PDGF-BB)、转移生长因子(transforming growth factor b，TGF b)、Dll4/Notch1信号通路、Wnt蛋白信号通路(Wnt/b-catenin pathway)在血脑屏障的发育、形态及功能维持过程中起重要作用，但其具体机制目前仍然不清楚[12-14]。

自从100年前Paul Ehrlich 和Edwin Goldmann提出血脑屏障的概念，血脑屏障逐渐成为血管系统相当重要的功能结构，逐渐受到不同科学学科的重视。特别是对药物通过血脑屏障治疗神经系统疾病的研究变得极其重要。随着人口的老龄化，年龄相关的神经系统疾病，如阿尔茨海默病、脑卒中、脑肿瘤的发病率不断增加，因此，迫切要求我们探索出治疗这些疾病的新方法。而这些疾病与血脑屏障的结构和功能破坏有关，血脑屏障的结构和功能被破坏，无法维持中枢神经系统微环境的稳定，不能抵御血液化学性有害物质对神经元的影响，导致疾病的发生。因此，深刻认识血脑屏障的细胞学结构，理解血脑屏障发挥功能的分子机制，有利于我们寻求新的策略来治疗神经系统疾病。

5参考文献

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(收稿 2015-06-12)

【中图分类号】R329.2

【文献标识码】A

【文章编号】1673-5110(2016)11-0098-02