血腦屏障與惡性腫瘤腦轉移

杜 琴，雷開鍵

(1.川北醫學院，四川南充 637000;2.宜賓市第二人民醫院，四川宜賓 644000)

1 血腦屏障的結構

血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)是機體最重要的內部屏障之一，由腦毛細血管內皮細胞、基膜和膠質細胞足突共同組成［1］。血腦屏障的結構基礎:毛細血管內皮細胞之間的緊密連接(tight junctions，TJ);毛細血管基膜;毛細血管基膜外有星形膠質細胞終足圍繞形成的膠質膜［2］。BBB是維持腦內環境穩定的一種重要結構，它允許腦組織所需要的營養物質通過而又可有效阻擋有害物質侵入。腦微血管在結構上與其他組織器官的毛細血管相比有明顯不同點:缺少一般毛細血管所具有的孔或者這些孔少而小，內皮細胞彼此重疊覆蓋而且連接緊密能有效阻止大分子物質從內皮細胞連接處通過;內皮細胞被一層連續不斷的基底膜包圍著;基底膜之外有大量星形膠質細胞的血管周足、終足把腦毛細血管約85%的表面包被形成了腦毛細血管的多層膜性結構，即腦組織的防護性屏障［3］。TJ是構成 BBB的基礎結構。研究［4］表明TJ是保持BBB完整性的重要因素，很多中樞神經系統疾病相關的破壞與TJ結構功能改變密切相關。緊密連接蛋白由跨膜蛋白、胞質附著蛋白和細胞骨架蛋白共同組成。跨膜蛋白又包括咬合蛋白(occlusal protein，OP)、閉合小環蛋白(zona occludens，ZO)和連接黏附分子(junctional adhesivemolecule，JAM)三種完整的膜蛋白;胞質附著蛋白有三種，即閉合小環蛋白ZO1、ZO2和ZO3;而纖維狀肌動蛋白Faction是一種重要的細胞骨架蛋白［5－6］。閉合小環蛋白-1(zona occludens1，ZO1)作為構成血腦屏障緊密連接的主要蛋白成分之一，其表達水平的高低與血腦屏障的開放、關閉密切相關，ZO1的正常表達關系到細胞間緊密連接結構的穩定和細胞功能的完整性。

2 物質通過BBB的方式

脂溶性小分子藥物可以通過被動擴散通過BBB入腦。由于BBB是一類脂質膜，腦毛細血管內皮細胞的“有效”孔徑為1.4～1.8 nm。凡小分子藥物其直徑小于1.8 nm者均可能通過BBB，而影響這些可以透過BBB的小分子藥物是否通過BBB的主要因素是pH值、其脂肪/水的分布系數及電離常數。大多數堿性的脂溶性藥物很容易進入腦內，具有這類特性的藥物有:強效鎮痛劑、苯噻嗪類、三環抗抑郁劑以及一些抗膽堿和抗組織胺類藥物。另外，許多揮發性麻醉藥如，環丙烷和氧化亞氮以及靜脈麻醉藥硫噴妥鈉等均可非常迅速地進入腦內。β受體阻斷劑普萘洛爾在腦內的濃度也較高，而季銨類化合物和胍乙啶在生理的pH值下，具有較高的解離度，而未解離藥物的脂/水分布系數又很低，故不易透過 BBB［7］。

蛋白質、大分子藥物以及各種染料，由于腦毛細血管內皮的屏障功能而不易透過BBB。但中樞神經系統的毛細血管并非全部都有“緊密接合”的內皮細胞層，少數區域的接合疏松，呈網絡樣。其特點為血竇多，竇外無膠質突，僅有嗜銀網狀纖維包裹，毛細血管內皮有小孔，基膜不連續并與鄰近膠質突分開，有較大的通透性，稱之為“腦的特殊區”。它包括腦極后區、下丘腦正中隆起、松果體、后聯合下器官、垂體后葉、脈絡叢等。在這些特殊區域可允許某些大分子化合物如激素和一些毒物少量進入，這可能具有它特殊的生物學意義［7］。

電解度之所以影響藥物被動擴散，是由于腦毛細血管內皮細胞間的緊密接合而含有帶負電荷的膠質。血管比腦的電位較高，因而對離子的擴散具有一定的阻擋作用。根據同性電荷相斥、異性電荷相吸的原理，帶正電荷的堿性藥物或電中性的藥物比帶負電荷藥物易透過BBB。在生理pH值時，呈弱陰性的磺胺類藥如 SD就比呈陰性的 SM2，SM'2，SIZ，SMZ 等易于通過 BBB［7］。

3 改變BBB的相關因素

在人和實驗動物中，BBB的損害在多種病理狀態下都會出現，包括腦水腫、高血壓、抽搐發作、腦震蕩、組織缺氧缺血、炎癥、腫瘤等。通透性的增加是一個綜合的作用，包括緊密連接復合體的改變、細胞囊泡運輸的增加、雙結合通道的形成以及載體系統及離子泵等新陳代謝依賴過程的衰竭［8］。雖然這些病理狀態可增加BBB的通透性，但它們可以造成腦屏障功能永久性的損害，而不一定僅局限于腦內指定的區域。血腦屏障的通透除了病理性開放之外，還存在著生理性開放及與生理性開放等同的開放。能使BBB開放的高滲物質有:甘露醇、果糖、阿拉伯糖、尿素、甘油、乳酰胺等。Rapoport等［9］發現，BBB的開放及藥物轉運的增加主要取決于高滲溶液的濃度、注射時間和速度，并且這種開放是有時間性和可逆性的，但若高滲溶液濃度過高，就會損害大腦［10］。

血管活性物質對BBB也有一定的影響。Cross等［11］將組胺經顱內動脈注射后，發現同位素標記的蔗糖從腦血管向腦的轉運率明顯增加，且增加呈劑量依賴性，在2 h內可逆。Sanovich等［12］研究表明，一種緩激肽酶激動劑RMP-7可以短暫的可逆的開放BBB，停止用藥數分鐘，BBB的屏障功能恢復正常，且開放程度與劑量相關，RMP-7在較低濃度(＜17 nmol/L)即能開放。增加水溶性物質(如右旋糖酐)的通透性，而不增加脂溶性物質的通透性。此外，在病理狀態下，白三烯X4能開放BBB，但只能讓小分子通過，這提示BBB的開放是經ZO1分開所致。有報道［8］稱在實驗動物的中樞神經系統注入濃度為20%～30%的二甲亞砜后，BBB的通透性可發生永久或暫時的開放，這種影響也許是一種非特異性的損害或和癲癇樣發作所引起的，經頸內動脈注入脫氫膽酸鹽可見BBB對Evans藍、熒光素鈉、99 mTc二亞乙基三胺五乙酸的開放具有可逆性，有效時間能保持3 d以上，其中一些動物有癲癇發作，但沒有形態學的證據來確定這些膽鹽的毒性作用及作用部位。有研究證明，NO可調節微血管的通透性，可影響BBB通透性。現已發現3種一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase，NOS)分別為 eNOS、nNOS和iNOS，其中iNOS生理狀態下無表達，缺血、水腫、外傷、炎癥刺激因子及TNFα、IL-1Bβ等可誘導iNOS的表達。iNOS主要介導病理性損傷過程，是導致遲發性神經損傷［13］和促使微血管通透性增加，誘發腦缺血、腦水腫的主要因素［12］。國外研究［14－17］發現，將緩激肽β2受體激動劑與卡鉑聯合作用于腦組織可選擇性開放血腫瘤屏障，并在臨床II期試驗中得到了證實。秦麗娟等［18］研究發現IL-1β可能介導了緩激肽開放血腦屏障的作用，可能是由于緩激肽誘導細胞內熱休克因子1的表達增加，增加的內熱休克因子1促進神經膠質瘤細胞釋放IL-1β所致。劉強等［19］發現，蛋白轉導域(protein trans-duction domain，PDT)可在體內特異性介導大分子蛋白通過BBB，并在全腦組織細胞中分布，為肽類或蛋白類大分子藥物通過BBB進入腦內提供途徑。有研究［20］表明，多形性神經膠質細胞瘤的周圍和腦轉移瘤的血腦屏障比星形細胞瘤和正常腦更易受損，滲透性開放血腦屏障可以促進藥物進入腫瘤及其周圍組織，增加其治療的有效性。關于BBB的可逆性改變研究很多，只有皮質醇類被證明具有持續的保護血腦屏障的功能，并能逆轉實驗誘導產生的BBB的改變。

4 腫瘤細胞進入顱內的可能機制

顱腦是惡性腫瘤遠處轉移的常見部位，惡性腫瘤患者顱內轉移的概率可達25%以上，且預后極差［21］。原發腫瘤進入顱內有兩條途徑:直接浸潤和遠隔轉移，前者較后者少見。遠隔轉移主要是血行轉移，腫瘤細胞或其栓子經動脈轉運至腦，這是主要途徑。對于肺癌或胃癌等腦轉移概率相對較高的這一類，Batson［22］提出椎靜脈的途徑。椎靜脈與胸、腹、腰、骶等處靜脈吻合，吻合處無靜脈瓣。在患者咳嗽或用力時，使胸、腹腔內壓增高，瘤細胞栓子可由吻合支進入椎靜脈系統，從而引起逆行性轉移。中樞神經系統雖無淋巴管，但卻有淋巴途徑的轉移說:①經椎間孔內血管周圍組織的淋巴管;②經脊、腦神經內、外衣的淋巴管;③經過已有經頸淋巴結轉移癌的淋巴管。通過這些淋巴管的上升性或逆行性轉移到達硬腦脊膜，然后直接侵襲腦或脊髓實質。但是靜脈性和淋巴性轉移途徑都是推測，尚缺乏確鑿的證據。

5 肺癌細胞和卵巢癌細胞進入BBB難易程度不同的機制推測

5.1 肺癌腦轉移

有學者報道［23］小細胞肺癌腦轉移可能與原發腫瘤的大小、細胞類型和胸腔內淋巴結分期有關，而與年齡、性別、中心型或周圍型無關。腺癌、未分化癌和鱗癌腦轉移發生率分別為43%、41%和13%。肺腺癌腦轉移發生率與腫瘤大小有關:原發腫瘤2 cm時約有14%發生腦轉移，6 cm時為72%。

5.2 卵巢癌腦轉移

卵巢癌是女性死亡率最高的生殖系統惡性腫瘤。國內外報道卵巢癌轉移到腦的很少，尤其是卵巢上皮細胞癌(epithelial ovarian cancer，EOC)。有報道［24－27］稱卵巢癌轉移發生率為 0.29% ～0.8%，并指出1968年以前未見卵巢癌的腦轉移的病例。80年代后另兩組報道［26，28］卵巢癌的腦轉移發生率為2% ～11.6%，目前臨床卵巢癌腦轉移也相對較少。

腦轉移的高危因素:①腦轉移與卵巢癌FIGO分期和組織學分級有關，Ⅲ和Ⅳ期患者發生腦轉移的危險性高;低分化癌比高、中分化癌更易出現腦轉移;②漿液性癌是腦轉移多見的組織學類型;③初次手術后殘余癌灶＜2 cm的腦轉移發生率高于殘余癌灶＞2 cm者;④化療不足4個療程的患者，腦轉移發生率比超過4個療程者高;⑤惡性腹水、腹膜種植、腹部大塊轉移灶、初次手術時后腹膜淋巴結轉移也是腦轉移的主要危險因素［28－29］。

卵巢癌的腦轉移發生的可能機制:①血腦屏障受到干擾、抑制甚至破壞。由于血腦屏障的存在，腫瘤細胞一般難以逾越，因此臨床上腦轉移發生率較低，一旦血腦屏障在某些因素影響下遭到破壞，發生腦轉移的幾率會大大增加。腫瘤進展和浸潤以及長期大劑量的化療藥物不良反應均可使血腦屏障受到一定的破壞;②很多化療藥物尤其是大分子、水溶性藥物難以逾越血腦屏障進入腦組織，不能有效防止腦轉移的發生;③晚期卵巢癌患者大量癌細胞進入血液循環，阻塞血管、淋巴管、胸導管等，伴隨胸、腹水的增多，腹內壓增高，腫瘤細胞可能經腹膜后椎靜脈系統逆流進入脊髓轉移至腦組織;癌細胞可經Virchow-Robin 外周血管入腦組織［30－31］。

5.3 肺癌與卵巢癌腦轉移比較

肺癌細胞和卵巢癌細胞兩者發生腦轉移的比率差異很大，具體的機制及差異目前還不是很清楚，我們推測原因有:①與肺癌細胞和卵巢癌細胞的侵襲能力、在血管內皮的貼壁生長能力有關;②與血腦屏障本身的結構和功能相關(如:表面電荷)，這也是目前研究的熱點;③機體的解剖關系不同，肺臟的豐富血供及特殊的功能促進其腦轉移，而卵巢癌容易腹腔種植，這是否與腹膜屏障的存在而固定了原發灶。但這些僅僅是推測，有待進一步的實驗去證實。

6 展望

目前惡性腫瘤腦轉移的機制都屬于推論階段，尚未有定論，而且每個原發灶的轉移機制是否相同也尚待研究探索，血腦屏障無疑也是最直接相關的。綜上所述，目前的研究進展仍然處于推測階段，對臨床治療的指導甚少。惡性腫瘤腦轉移機制是血腦屏障本身的原因還是惡性腫瘤的不同，還是兩者之間的相互作用，有待我們做進一步的探索。

［1］ 成令忠.組織學與胚胎學［M］.第4版，北京:人民衛生出版社，1996.101－105

［2］ 吳旭東，曹小定.血腦屏障與腦缺血［J］.國外腦血管病雜志，2000，8(5):272 －275

［3］ 桑 潔，劉 萍，趙寶全.血腦屏障分子組成研究進展［J］.國際藥學研究雜志，2011，38(3):201 －205

［4］ Mitic LL，Anderson JM.Molecular architercture of tight junction［J］.Annu Rev Physiol，1998，60:121 －142

［5］ 潘曉玉，王 波.緊密連接蛋白cladudins與腫瘤的研究進展［J］.國際病理科學與臨床雜志，2006，26(2):113－115

［6］ 茅 銳，王振華.缺血再灌注對血腦屏障緊密連接蛋白的影響［J］.國際病理科學與臨床雜志，2010，30(3):235－242

［7］ 趙志剛，龔凌志.血腦屏障及藥物通過血腦屏障方法研究進展［J］.中國藥學雜志，2000，35(4):227－230

［8］ 雷 霆.腦腫瘤學［M］.北京:中國醫藥科技出版社，2005.147－149

［9］ Rapoport SI，FredericksWR，Ohno K，etal.Quantitative aspects of reversible osmotic opening of the blood-brain barrier［J］.Am Jphysiol，1980，238(5):R421－431

［10］ Neuwelt EA，Barnett PA，Hellstrom I，et al.Delivery ofmelanoma-associated immunogloulin monoclonal antibody and Fab fragtragments to normal brain utilizing osmotic blood-brain barrier disruption［J］.Cancer Res，1988，48(7):4725

［11］ Gross PM，Teasdale GM，Graham DI，et al.Intra-arterial histamine increase blood-brain transport in rats［J］.Am J physiol，1982，243(2):H307－317

［12］ Sanovich E，Bartus RT，Friden PM，et al.Pathway across bloodbain barrier opened by the bradykinin agonist RMP-7［J］.Brain Res，1995，705(1－2):125－135

［13］劉 輝，陳俊拋.NO、NOS與腦缺血損傷［J］.國外醫學·生理病理科學與臨床分冊，1999，19(2):121－123

［14］ Borlongan CV，Emerich DF.Facilitation of drug entry into the CNS via transient peremation of blood brain barrier:laboratory and preliminary clinical evidence from bradykinin receptor agonist，Cereport［J］.Brain Res Bull，2003，60(3):297 － 306

［15］ Uchida M，Chen Z，Liu Y，et al.Overexpression of bradykinin type2 receptors on glioma cells enhances bradykinin-mediated blood-brain tumor barrier permeability increase［J］.Neurol Res，2002，24(8):739－746

［16］ Easton A，Abbott NJ.Bradykinin increases permedbility by calcium and 5-lipoxygenase in the Ecr304/C6 cell culturemodel of the blood-brain barrier［J］.Brain Res，2002，953(1 －2):157 －169

［17］ Emerich DF，Dean RL，Osborn C，et al.The development of the bradykinin agonist labradimil asameans to increase the permeability of the blood-brain barrier:from concept to cinical evalucation［J］.Clin Pharmacokinet，2001，40(2):105 －123

［18］秦麗娟，谷艷婷，薛一雪援.緩激肽開放血瘤屏障過程中誘發快速耐受性的機制探討［J］.中國藥理學通報，2006，22(12):1466－1470

［19］劉 強，梁英民，鄭 瑾，等.PDT介導蛋白通過血腦屏障及其在腦組織中的分布［J］.中國現代醫學雜志，2003，13(5):33－35

［20］ Sato S，Kawase T，Harada S，et al.Effect of hyperosmotic solutions human brain tumour vasculature［J］.Acta Neurochir(Wien)，1998，140(11):1135 －1141

［21］ Dammench J，VollersHP，Heider KH，etal.Importance of different CD44v6 expression in human gastric intestinal and diffuse type cancers for metastatic lymphogenic spreading［J］.J Mol Med，1995，73(3):395 －401

［22］ Batson OV.The function of the vertebralveinsand their role in the spread ofmetastases［J］.Ann Surg，1940，112(1):138 －149

［23］ Mujoomdar A，Austin JH，Malhotra R，et al.Clinical predictors of metastasis disease to the brain from nonsma11 lung carcinoma［J］.Radiology，2007，242(3):882 －888

［24］ Mayer RJ，Berkow itz RS，Griffiths CT.Central nervous system involvement by Ovarian Carcinoma［J］.Cancer，1978，41(2):776－783

［25］ Larson DM，Copeland LJ，Moser RP，et al.Central nervous system metastases in epinthelial Ovarian carcinoma［J］.Obstet Gynecol，1986，68(6):746 －750

［26］ RossWM，Carmichael JA，Shelley W E.Advanced carcinoma of the Ovary with entral nervous system relapse［J］.Gynecol Oncol，1988，30(3):398－406

［27］ Hardy JR，Harvey VJ.Cerelotalmetastases in patientswith Ovarian cancer treated with chemotherapy［J］.Gynecol Oncol，1989，33(3):296－300

［28］ Kastritis E，Efstathiou E，Gika D，et al.Brain metastases as isolated site of relapse in patientswith epithelial ovarian cancer previously treated with platinum and paclitaxel-based chemotherapy［J］.Int JGynecol Cancer，2006，16(3):994 －999

［29］ Klos KJ，O'Neill BP.Brain metastases［J］.Neurologist，2004，10(1):31－46

［30］ Nieder C，Grosu AL，Astner S，et al.Integration of chemotherapyinto current treatment strat-egies for brainmetastases from solidtumors［J］.Radiat Oncol，2006，1(1):19

［31］ Kaminsky-Forrett MC，Weber B，Conroy T，et al.Brainmetastases from epithelial ovarian carcinoma［J］.Int JGynecol Cancer，2000，10(5):366 －371