缺血性卒中血腦屏障通透性細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展

程興華，張蓓

(1.西安醫(yī)學(xué)院研究生，陜西 西安 710000；2.西安醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，陜西 西安 710000)

1 介紹

中風(fēng)是世界范圍內(nèi)第二大死亡原因[1]，預(yù)計(jì)隨著人口年齡的增長，中風(fēng)的患病率會越來越高。目前，重組組織纖溶酶原激活劑(rtPA)是唯一被食品和藥物管理局批準(zhǔn)的治療缺血性中風(fēng)的藥物。但是由于其治療時間窗狹窄(4.5 小時)，以及不可預(yù)估的嚴(yán)重并發(fā)癥，只有一部分的中風(fēng)患者能夠從中受益。因此明確腦卒中損傷機(jī)制，尋找新的治療方法顯得尤為重要。腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞包括血腦屏障，血腦屏障與周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元突起、血管周圍小膠質(zhì)細(xì)胞和基底板一起構(gòu)成神經(jīng)血管單元(NVU)[2]。血腦屏障作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的守門者，在調(diào)節(jié)細(xì)胞旁通透性、離子平衡、營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和腦血流動力學(xué)等方面發(fā)揮著重要的生理作用[2]。缺血性中風(fēng)后的神經(jīng)炎癥反復(fù)被證明會破壞血腦屏障。這篇文章旨在提供缺血性中風(fēng)中血腦屏障破壞的細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制的最新綜述，為缺血性腦卒中療法的發(fā)展目標(biāo)提供理論依據(jù)。

2 細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制

2.1 內(nèi)皮細(xì)胞

血腦屏障的內(nèi)皮細(xì)胞與外周內(nèi)皮細(xì)胞在形態(tài)上不同。大腦內(nèi)皮細(xì)胞缺乏窗孔，胞核活性極低，由緊密連接蛋白連接，并有大量與高代謝活性相關(guān)的線粒體[3]。相鄰內(nèi)皮細(xì)胞之間的緊密連接是由跨膜蛋白o(hù)ccludin、claudins 和連接粘附分子-1 以及其他輔助胞質(zhì)蛋白ZO-1、cingulin、AF6 和7H6 形成的。這些蛋白復(fù)合物在內(nèi)皮間的定位對于血腦屏障的形成和血腦屏障的低細(xì)胞旁通透性至關(guān)重要[2]。在大腦內(nèi)皮細(xì)胞中有大量表達(dá)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它們是大腦攝取葡萄糖、激素、必需氨基酸和輔助因子所必需的。外源生物從中樞神經(jīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)主要是通過內(nèi)皮ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如p -糖蛋白和多藥耐藥蛋白家族介導(dǎo)的。

2.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中最豐富的膠質(zhì)細(xì)胞，也能分泌可溶性因子VEGF、TGF -β,glial-derived 神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)，和基本的纖維母細(xì)胞生長因子(bFGF)。與這些發(fā)現(xiàn)相一致的是，星形膠質(zhì)細(xì)胞和大腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)顯著增加跨內(nèi)皮細(xì)胞電阻(TEER)，并減少了通過內(nèi)皮單層的滲透性示蹤劑[4]。此外，一項(xiàng)體內(nèi)研究表明，代謝毒素S(+)3-氯丙二醇的處理可導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞的損失，進(jìn)而導(dǎo)致微血管損傷[5]。與野生型小鼠相比，具有膠質(zhì)纖維酸性蛋白(一種星形細(xì)胞特異性纖維蛋白)遺傳缺陷的小鼠，在聯(lián)合永久性大腦中動脈閉塞模型(MCAO)后48 小時和短暫性頸動脈閉塞15 分鐘后皮質(zhì)梗死體積顯著增大[12]。大多數(shù)已發(fā)表的研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞與血腦屏障性質(zhì)的改善或維持呈正相關(guān)。然而，最近的研究已經(jīng)確定了反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞和血腦屏障功能障礙之間的聯(lián)系[6]。在炎癥性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，包括多發(fā)性硬化癥，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放血管生成因子VEGF，它通過VEGF- R2在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)皮中發(fā)出信號[7]。隨之而來的是內(nèi)皮細(xì)胞claudin-5 和occludin 表達(dá)減少、血腦屏障破裂和體內(nèi)外免疫細(xì)胞浸潤[8,6,7]。在一項(xiàng)進(jìn)一步的研究中，eNOS 被確定為小鼠中星形細(xì)胞來源的VEGF 介導(dǎo)的血腦屏障破壞的下游效應(yīng)因子[8]。總的來說，這些發(fā)現(xiàn)表明，在病理生理?xiàng)l件下，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞一樣，在調(diào)節(jié)血腦屏障完整性方面可能是一把雙刃劍。

2.3 周細(xì)胞

周細(xì)胞是血腦屏障的關(guān)鍵細(xì)胞成分之一，對血腦屏障的維持至關(guān)重要[9]。在實(shí)驗(yàn)和人類中風(fēng)中，腦缺血后毛細(xì)血管周細(xì)胞迅速丟失[10]。與這一發(fā)現(xiàn)相一致的是，最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在中風(fēng)時，周細(xì)胞丟失或收縮會導(dǎo)致腦血流量增加和隨后的血腦屏障破壞[11]。Armulik 等人[12]使用功能性周細(xì)胞缺失的小鼠，發(fā)現(xiàn)周細(xì)胞的缺失增加了體內(nèi)血腦屏障的通透性。值得注意的是，最近的一項(xiàng)研究表明，Notch 信號通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中調(diào)節(jié)了周細(xì)胞對腦血管的覆蓋。Notch3 突變斑馬魚有腦出血和血腦屏障功能缺陷，這與大腦周細(xì)胞缺陷特別相關(guān)[13]。此外，還發(fā)現(xiàn)周細(xì)胞是血腦屏障形成和TJs 發(fā)育過程中分子組成所必需的。周細(xì)胞數(shù)目與血腦屏障緊密度呈正相關(guān)[14]。幾項(xiàng)體外共培養(yǎng)研究表明，與單獨(dú)培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞相比，周細(xì)胞的存在顯著增加了內(nèi)皮屏障的電阻，降低了通透性。進(jìn)一步的研究表明周細(xì)胞對血腦屏障性質(zhì)的改善與大鼠大腦內(nèi)皮細(xì)胞TJs 水平的提高有關(guān)[15]。大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)有力地表明，周細(xì)胞在生理和病理?xiàng)l件下，包括缺血性腦卒中損傷中，在維持血腦屏障完整性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中常駐的免疫活性巨噬細(xì)胞，具有吞噬能力，能夠破壞入侵的病原體，清除損傷后的細(xì)胞碎片和凋亡細(xì)胞，清除中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的毒素和異物。損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活并遷移到損傷區(qū)域，在那里它們可以釋放促炎細(xì)胞因子，如IL-1 的抑制因子、TNF- TNF-和IL-6，以及其他潛在的細(xì)胞毒性分子，包括NO、ROS 和前列腺素[16]。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)的體外血腦屏障模型中，脂多糖激活的小膠質(zhì)細(xì)胞通過氮氧化物產(chǎn)生ROS，可誘導(dǎo)血腦屏障損傷[17]。同樣，在小鼠原代內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞體外血腦屏障共培養(yǎng)系統(tǒng)中，體外氧糖剝奪(OGD)可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。在共培養(yǎng)物中加入原代小膠質(zhì)細(xì)胞幾乎使OGD 后的細(xì)胞死亡增加了一倍，而這種增加被小膠質(zhì)細(xì)胞激活抑制劑二甲胺四環(huán)素顯著阻止。這些發(fā)現(xiàn)表明，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活可以通過維持血腦屏障的完整性保護(hù)大腦免受缺血性腦卒中損傷。雖然小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和增殖是損傷后常見的事件，但其激活的作用仍有爭議。小膠質(zhì)細(xì)胞可能通過釋放生長因子，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)和胰島素樣生長因子I (IGF-I)，以及產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子如TGF- TGF- 1 來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[18]。一項(xiàng)體外研究表明，用脂多糖(LPS)刺激牛腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞(BBCECs)可顯著增加內(nèi)皮細(xì)胞單層的細(xì)胞旁通透性。然而，當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)時，LPS 并沒有增加內(nèi)皮細(xì)胞的通透性，這表明小膠質(zhì)細(xì)胞可能在內(nèi)皮細(xì)胞對LPS 的反應(yīng)中對血腦屏障的破壞起到保護(hù)作用[19]。因此，需要進(jìn)一步的研究來了解小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)炎癥條件下調(diào)節(jié)血腦屏障的確切作用。

2.4 白細(xì)胞

白細(xì)胞已被證明在腦卒中后神經(jīng)炎癥和繼發(fā)性神經(jīng)血管損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用[20]。缺血發(fā)生后4-6 小時內(nèi)，循環(huán)白細(xì)胞粘附于血管壁，穿過血腦屏障進(jìn)入大腦，隨后釋放促炎介質(zhì)，導(dǎo)致梗死核心周圍半暗帶的繼發(fā)性損傷。中性粒細(xì)胞是最早浸潤缺血性腦的白細(xì)胞亞型。這些免疫細(xì)胞通過釋放額外的炎癥因子，如ROS、MMP-9 和中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶，加重了損傷，這些炎癥因子是缺血性卒中血腦屏障破壞的顯著效應(yīng)因子[21]。在永久性MCAO 模型中，中性粒細(xì)胞在損傷發(fā)生后12小時達(dá)到峰值[21]。其他研究表明，在短暫性缺血模型中，當(dāng)中性粒細(xì)胞浸潤被阻斷時，梗死體積顯著減少[22,23]。淋巴細(xì)胞引起先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，參與缺血腦卒中的病理生理學(xué)。缺血性中風(fēng)患者(239 人)和實(shí)驗(yàn)動物(150 人)的血液中調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Tregs)的數(shù)量在幾天后急劇增加。在永久性中風(fēng)模型中，外周Tregs 的激活被認(rèn)為是通過減少缺血后炎癥起到了腦保護(hù)作用[24]。血液中缺乏Tregs 的小鼠中風(fēng)對大腦的損害比那些有功能Tregs 的小鼠更嚴(yán)重。本研究還表明，Tregs 產(chǎn)生的IL-10 通過抑制促炎細(xì)胞因子TNF- TNF 和IFN[24]是腦保護(hù)作用的關(guān)鍵調(diào)制器。最近的研究表明，在小鼠進(jìn)行60 分鐘MCAO后，全身給予外源性Tregs 至24 小時，可顯著減少腦梗死，并恢復(fù)神經(jīng)功能。Tregs 介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)與血腦屏障破壞減弱和腦炎癥減少有關(guān)[25]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，過繼轉(zhuǎn)移Tregs 的保護(hù)作用包括抑制中性粒細(xì)胞來源的MMP-9 的生成，從而改善缺血腦損傷后的血腦屏障破壞[25]。然而，最近一項(xiàng)有爭議的研究表明，Tregs 可能在腦缺血早期加重腦損傷[26]。在此研究中，在30分鐘MCAO 前24 小時，Tregs 被轉(zhuǎn)移到缺乏功能T 細(xì)胞的野生型或Rag1 敲除小鼠。24 小時后，采用Tregs 使Rag1 敲除和正常小鼠的梗死體積更大[26]。總的來說，Tregs 在缺血性中風(fēng)中的反常作用可能部分是由所使用的中風(fēng)模型的技術(shù)差異所解釋的(即短暫性MCAO 與永久性MCAO、缺血持續(xù)時間和Tregs消耗方法)。因此，需要更多的研究來證實(shí)Tregs 在缺血性卒中中的作用。自然殺傷(NK)細(xì)胞的浸潤，一種細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞，已被發(fā)現(xiàn)在人類和嚙齒類動物缺血性中風(fēng)后顯著增加[27]。趨化因子CXCL10(又稱IP-10)在NK 細(xì)胞外滲進(jìn)入缺血腦中起關(guān)鍵作用。在體外血腦屏障模型中，CXCL10 與特異性抗體的阻斷降低了NK 細(xì)胞誘導(dǎo)的血腦屏障損傷[27]。B 細(xì)胞在缺血性卒中結(jié)果中的作用仍不清楚。最近的一項(xiàng)研究表明，在B 細(xì)胞缺乏的小鼠中，在妊娠期注射B 細(xì)胞可以顯著地限制卒中后梗塞的大小[28]。與B 細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)性中風(fēng)中的神經(jīng)保護(hù)作用相一致，Ren 等[29]在2011 年證實(shí)了B 細(xì)胞缺陷(MT)小鼠的梗死體積更大、死亡率更高和更嚴(yán)重的功能缺損。轉(zhuǎn)染高度純化野生B 細(xì)胞后，MT 敲除小鼠卒中損傷減少。進(jìn)一步的證據(jù)表明IL-10 分泌B 細(xì)胞可以抑制缺血性中風(fēng)引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥和損傷[11]。然而，這些結(jié)果在某種程度上與先前的報告相沖突，有研究報告顯示[30]，在實(shí)驗(yàn)性中風(fēng)后，B 細(xì)胞和T 細(xì)胞都缺乏的小鼠的皮質(zhì)和梗死總量顯著減少，這表明這兩種免疫細(xì)胞可能在缺血性中風(fēng)中發(fā)揮不利作用。總之，還需要更多的研究來檢查淋巴細(xì)胞和B 細(xì)胞在卒中中的功能，以及這些免疫反應(yīng)如何調(diào)節(jié)缺血損傷后血腦屏障的通透性。

3 結(jié)語

本文就腦缺血后血腦屏障通透性的細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制作一綜述。在缺血性腦卒中中，神經(jīng)損傷、腦水腫和出血性轉(zhuǎn)化與血腦屏障破裂密切相關(guān)。我們還需要做更多的工作來廣泛研究腦卒中后早期和晚期血腦屏障功能中的作用，以及闡明卒中后大腦和細(xì)胞調(diào)節(jié)之間的相互作用是如何從損傷過渡到修復(fù)反應(yīng)的。更好地了解血腦屏障在這些階段的獨(dú)特特征，將為確定對缺血性腦損傷的適當(dāng)治療措施提供更多的見解和機(jī)會。