創傷性腦損傷與血腦屏障關系的研究進展

許澤艷，楊志賢，廖承德，丁瑩瑩

(昆明醫科大學第三附屬醫院，昆明650118)

創傷性腦損傷(TBI)是一種由于外傷而導致腦部損傷的疾病，多見于兒童和青少年[1]，可致患者直接死亡或有幸長期存活卻伴隨不同程度的嚴重并發癥。每年全球TBI發生率超過294/10萬人[2]。腦組織與血腦屏障(BBB)聯系密切，TBI發生后會造成BBB破壞，從而引起腦水腫、神經炎癥及神經細胞死亡等繼發性病理生理反應。不僅如此，有研究報道TBI后BBB的開放可持續數年且與神經退行性疾病(如外傷性癲癇、帕金森病等)的發生有關[3,4]。BBB破壞是TBI后重要的病理生理變化之一，其既是TBI發生后導致的后果，亦是進一步加重TBI損傷的重要原因之一。因此，促進BBB修復有可能預防TBI的二次損傷和改善神經功能恢復。現就TBI與BBB關系的研究進展綜述如下。

1 TBI與BBB

1.1 TBI后BBB微環境變化 BBB是位于血漿與腦細胞間的屏障結構，主要由腦微血管內皮細胞、星形膠質細胞、周圍小膠質細胞、周細胞和基膜等構成。BBB能精準調控腦微血管與腦組織間物質交換和分子轉運，對維持中樞神經系統內微環境穩態及保護腦組織免受血液中有害物質侵害有重要的作用。

TBI后BBB的破壞已被研究證實。BBB的微環境在TBI發生后改變，如緊密連接蛋白的下調和移位、周細胞的遷移及星形膠質細胞足突的降解等，這些病理生理機制使BBB的功能受到破壞，分子交換機制出現障礙，外周炎癥細胞(如中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞等)遷移進入腦實質，血源性物質如白蛋白、纖維蛋白原、凝血酶、免疫球蛋白和谷氨酸等物質同樣滲透入腦實質。此外，部分調節因子(如水通道蛋白、基質金屬蛋白酶等)亦可通過影響血管內皮細胞的轉運系統和酶系統的作用，參與BBB功能的破壞從而介導腦水腫形成[5]。以上這些病理變化導致腦水腫并引發神經炎癥、神經細胞死亡等反應，隨后導致繼發性腦損傷。有研究觀察到TBI后BBB的開放呈雙相性變化[6]，但亦有研究未監測到BBB的二次開放，此可能與BBB損傷的程度不同或腦損傷后的自我應答機制有關。

1.2 腦水腫 近年來研究表明，TBI后腦水腫的產生和發展與BBB破壞有直接聯系。BBB破壞早期，除了機械性損傷外，血管中花生四烯酸、緩激肽、組胺等各種血管源性物質通過胞飲作用或破壞血管緊密連接的方式，使BBB結構及功能進一步失調；血管內蛋白質和水等物質向血管外滲漏，外周免疫細胞遷移進入腦組織等，大量液體蓄積血管外細胞外間隙，造成血管源性水腫。此外，部分與BBB功能緊密相關的蛋白異常亦會影響腦水腫的發生發展。由星形膠質細胞產生的水通道蛋白4(AQP4)是控制水分子進出腦組織的主要膜蛋白，當BBB破壞后會出現AQP4表達異常，從而介導腦水腫發生[7]。由內皮細胞、周細胞、神經膠質細胞表達的基質金屬蛋白酶( MMPs)會破壞BBB的緊密連接和基膜，從而進一步加重腦水腫。Wei等[8]發現腦水腫的出現晚于BBB的開放，兩者存在不同步現象；另外，BBB破壞可能是TBI后細胞毒性水腫的驅動因素。因此，TBI后BBB破壞與腦水腫的發生發展有密切聯系。

腦水腫的形成是TBI高致殘率和病死率的重要原因，臨床一半以上的重度TBI患者死于腦水腫[9]。由于有顱骨的限制，腦水腫導致的腦體積增大使得顱內壓升高，壓迫腦血管，使得腦組織氧供減少，引起額外的缺血缺氧性損傷；臨床表現為腦水腫、顱內壓增高和腦灌注壓下降，嚴重威脅患者的生命安全。

1.3 神經炎癥 一直以來，BBB被認為是隔離腦組織與免疫系統間的屏障結構，但目前學者逐漸認識到BBB在被破壞后具有介導神經炎癥的作用[10]。TBI后BBB的開放往往與神經炎癥同時存在，動物實驗證明傷后BBB的開放將使外周白細胞滲入損傷部位并發揮作用，TBI后數小時內炎癥機制啟動，并持續數周甚至數年[11]。白細胞遷移進入腦組織后，會釋放促炎癥細胞因子、細胞毒性蛋白酶等物質，激活周圍的小膠質細胞和星形膠質細胞[12]。活化的小膠質細胞具有類似巨噬細胞的吞噬作用，其進一步釋放趨化因子、黏附分子等物質，招募更多的同種類型細胞，使得BBB通透性進一步增加。此外，活化的小膠質細胞還可激活和上調基質金屬蛋白酶的表達，降解血管壁基膜，增加BBB通透性，促進腦水腫的發生。

2 TBI、BBB與神經退行性疾病

2.1 阿爾茨海默病(AD) AD是一種以認知功能損害為特征的神經退行性病變，臨床數據早已證實TBI會增加AD發生的風險，尤其是中至重度TBI[13]。主要依據：β-淀粉樣蛋白(Aβ)在腦內的聚集是AD的主要病理過程，且Aβ跨BBB轉運異常被認為是AD發病的中心環節，而BBB通透性增加恰好會提高Aβ在腦內的聚集。近年通過對BBB上Aβ轉運體的研究發現，晚期糖化產物受體(RAGE)和低密度脂蛋白受體相關蛋白1(LRP1)顯示出很強的轉運能力。RAGE / LRP1受體轉運系統及以BBB為核心組分的神經血管單元系統的功能異常或衰退被認為可能上調了腦內Aβ水平，導致中樞微環境失衡，從而更易誘發AD[14]。盡管如此，BBB通透性增加在AD病理中的具體作用機制尚不完全清楚，但這些研究至少表明BBB通透性的改變在神經退行性疾病中起重要的媒介作用。

2.2 外傷性癲癇(PTE) 癲癇是中樞神經系統中過多的神經元異常同步放電導致的發作性疾病，其中50%以上由腦損傷引起，TBI后發生過1次癲癇的患者2年內發生第2次的幾率高達86%，長期緩解率為25%～40%。癲癇發生的頻率和嚴重性與BBB破壞程度呈正相關[15]。目前認為，BBB破壞在外傷性癲癇發生病理機制中起重要作用。用DCE-MRI連續檢測癲癇發生后第1天到第6周患者情況，發現多處腦區存在BBB滲漏的情況，并在顯微鏡下通過熒光素的滲漏實驗得到證實。癲癇發作間期，滲漏程度雖有減輕，但仍會持續數周至數月[16]。

BBB破壞后血清白蛋白外溢到血管外聚集，直接作用于腦組織可能是PTE發生的重要因素[17]。滲出后的血清白蛋白與星形膠質細胞上的轉化生長因子β受體( TGF-βR)相結合，將會激活TGFB信號通路，從而引起膠質細胞激活和增生。BBB開放程度越大，血清白蛋白外滲越多，膠質細胞增生就越明顯，而激活的星形膠質細胞神經興奮性增高，最終可引發癲癇發作。由此可見，BBB的破壞在PTE發生發展過程中扮演重要角色。

3 介導BBB通透性變化的分子機制

3.1 VEGF調控 VEGF是一種對促進血管內皮細胞分裂增值的生長因子，有研究證明VEGF亦可在神經系統疾病中介導BBB的破壞，在腦組織缺氧的情況下，VEGF可通過直接作用于BBB的緊密連接結構的方式增加血管的通透性[18]。Jiang等[19]研究發現，外源性的VEGF可引起大鼠BBB通透性增加。此外，Gao等[20]研究發現血管內皮細胞生長抑制因子(VEGI)在TBI時通過部分抑制TLR4/NF-κB信號通路發揮減輕炎癥損傷和穩定BBB的作用。臨床上常規應用于腦損傷急性腦水腫治療的糖皮質激素亦可通過調節VEGF表達來穩定BBB，從而達到減輕腦水腫的目的。間充質干細胞療法在腦損傷的治療中，亦可通過調控VEGF表達從而發揮穩定BBB的作用[21]。

3.2 AQP4表達異常 AQP4是星形膠質細胞足突表達的一種疏水性蛋白，主要調控腦內細胞內外的水平衡。BBB破壞后AQP4表達異常，將引起過多的水分進入腦組織和細胞內多余水分的清除障礙，進而發生腦水腫。Liang等[22]研究發現，在TBI急性期，AQP4的缺失可減少細胞死亡和水分的蓄積，同時星形膠質細胞腫脹減輕、病灶體積會有所縮小。此外，Yao等[23]研究發現腦損傷后AQP4(-/-)小鼠的水腫程度較輕，預后好于AQP4(+/+)小鼠。由此看出BBB破壞后引起的AQP4表達異常在TBI后腦水腫的發生發展過程中發揮重要作用，控制AQP4的表達將有可能影響TBI的遠期預后。

3.3 MMPs介導 MMPs是一組鋅原子依賴性內肽酶，由內皮細胞、周細胞等表達，能選擇性作用于多種細胞外基質成分，其中MMPs2和MMPs9與BBB的通透性變化密切相關。腦損傷后MMPs表達量增加，引起BBB通透性增加，從而介導腦水腫和神經炎癥的發生。Lee等[24]研究發現，MMPs9抑制劑在重度腦損傷大鼠模型中顯著降低了損傷病灶體積，且改善了預后。Wiggins-Dohlvik等[25]研究發現TNF-α能增加血管單層通透性、破壞BBB緊密連接、誘導纖維肌動蛋白應力纖維形成和活化MMPs和Caspase-3。但當MMPs被抑制后，TNF-α所致的改變將會減輕，說明MMPs在介導BBB破壞及TBI其他病理生理過程扮演重要角色。

綜上所述，TBI的發展是一個連續漸進的過程，其中BBB的破壞始終貫穿于這一過程中并影響疾病的遠期預后。減輕腦損傷后BBB的損傷,有效控制這一病理生理過程,對于腦損傷的治療及預后有重要意義。