血脑屏障2013.11

Blood-brainbarrier&Clinicalproblems神经生物学教研室魏晓燕2020/6/6主要内容一、什么是血脑屏障三、血脑屏障相关临床疾病四、药物通过血脑屏障的解决方法二、血脑屏障实验室研究与临床检查方法BRAIN占全身重量的2-3%占全身耗能的20-30%物质交换非常丰富Followingquestions毒素药物H2OATPHowtoprotect?BRAINCSFBLOODBCB一、什么是血脑屏障血脑屏障(blood-brainbarrier,BBB)：在血液和脑之间，选择性地阻止某些物质由血进入脑的屏障。1.血脑屏障的发现PaulEhrlich(1854–1915)1885EdwinGoldmann(1862-1913)1913LinaStern(1878-1968)1921MaxH.Lewandowsky(1876-1916)“Bluthirn-schranke”1900“Hematoence-phalicbarrier”电子显微镜的出现，使人们真正看到血脑屏障的结构。分子生物学的发展使人们更深入地认识了血脑屏障。endfoot2.血脑屏障的组成102.血脑屏障的组成Braincapillaryendothelialcells&TightjunctionsBasementmembranePericytesEnd-feetofastrocytes中枢和外周毛细血管的差别外周CNS内皮细胞有窗孔、多小泡无窗孔、缺乏小泡内皮细胞连接有间隙紧密连接周细胞很少有基膜无有胶质细胞无星形胶质细胞终足内皮细胞含有的酶类无含单胺类降解酶及多种分解酶内皮细胞是否能收缩含收缩蛋白，对组织胺类药物反应为收缩血管不含收缩蛋白，能保持血管通透性的相对稳定BBBMaintainhomeostasisStrictselectivepermeabilityEnsurematerialexchangeSeparateCNSandblood/immunesystem3.血脑屏障的功能134.决定血脑屏障通透性的因素•物质的脂溶性•物质的亲水性•与血浆蛋白的结合程度•载体转运系统•发育的影响……周细胞基膜内皮细胞dabc星形胶质细胞终足4星形胶质细胞终足e5.血脑屏障各组分详解血管腔面紧密连接脑实质面血管内皮细胞(Endothelialcell)内皮细胞膜上的转运体系紧密连接(Tightjunction)跨膜蛋白(claudins,occludin)锚定蛋白(ZO-1)骨架蛋白(actinfilament)分隔组成BBB的诸细胞锚定内皮细胞functionCollagen-V,Laminin等基质蛋白厚20-200nm的连续膜结构structure基膜(Basementmembrane)•属于血管平滑肌细胞系•与内皮细胞共用基膜•与内皮细胞之间存在特化连接包裹脑微小/毛细血管30%-70%周细胞周细胞(Pericyte)周细胞的功能周细胞的缩血管作用调节水分子进出脑组织调节电解质代谢调节小血管通透性星形胶质细胞终足(Astrocyteend-foot)水通道蛋白(Aquaporin,AQP)-4AQP4/RECA/Hoechst6.血脑屏障的完整概念（位置、组成、功能）在血液和脑之间，选择性地阻止某些物质由血进入脑的屏障。由中枢神经系统的毛细血管内皮细胞及其紧密连接、周细胞、基膜和星形胶质细胞终足组成。分隔了血液及外周的免疫系统，保障中枢神经系统的内环境稳定，同时能够维持血液和脑组织间正常物质交换。二、血脑屏障实验室研究与临床检测方法示踪原理：伊文氏蓝（EvansBlue）静脉注射入血，可透过被破坏的血脑屏障，迅速与脑组织中的白蛋白结合，使脑组织染色。1.动物实验Electronmicroscopy体外实验——联合细胞培养2.建立血脑屏障开放模型血压渗透压炎症外伤辐射32脊髓挤压伤内源性IgGYao,etal,2012,ECAM高渗溶液伊文氏蓝-白蛋白复合物Jiangetal.,2012,Neuroscienceletters一过性高血压（静脉注射肾上腺素）内源性IgG免疫电镜结果Kuang,etal.,2004,IntJNeurosci.(1)CSF分析(2)影像学检查3.临床检查方法35Clinicalproblems?三、血脑屏障相关临床疾病1.血液成分进入CNS血浆蛋白免疫细胞脑实质受损病毒、细菌等a.血浆蛋白的神经毒性作用反复开放血脑屏障---癫痫发作，病灶内发现白蛋白沉积BBB的破坏时程与皮层活动异常一致将血浆蛋白直接注射到海马，导致行为、脑电的癫痫改变b.免疫细胞进入CNST细胞进入脑实质——SeminImmunopathol(2010)TcellsinthebloodvesselsTcellsthroughBBB多发性硬化(Multiplesclerosis)多发性硬化(Multiplesclerosis)炎症期退变期“…ratherthanbeingadiseaseoftheimmunesystem,MSisadiseaseoftheblood-brainbarrier.”艾滋病痴呆综合征(AIDSDementiaComplex,ADC)HIV感染晚期最常见的重要并发症。发病机理不明，多认为是HIV自身导致。Coloredpositronemissiontomography(PET)scan.Top:AIDSpatientsufferingfromdementia.Bottom:anormalbrain.HIV脑病(HIVEncephalopathy)问题：病毒如何进入脑组织？组织学改变为白质变灰，伴有星型胶质细胞增生性反应，见于周围血管分布区域。Trojanhorsehypothesis瘦素抵抗引起的肥胖症(Leptin-resistantinducedObesity)2.转运系统异常“…Inthissense，obesityisadiseaseoftheBBB”WilliamABanks:TheBlood-BrainBarrierasaCauseofObesityCurrentPharmaceuticalDesign,Volume14,Number16,June2008,pp.1606-1614(9)阿尔兹海默氏病(Alzheimer’sdisease)进行性认知障碍，以神经毒性Аβ在血管和脑实质中的聚集、神经元损害以及神经缠结为病理特征。Amyloidpeptideβ(Аβ)发挥中心作用Аβ内向流BBB对Аβ的清除3.其它血脑屏障开放的情况51核黄疸(kernicterus)血中胆红素增高，通过新生儿未发育健全的血脑屏障进入中枢神经系统，在大脑基底节、视丘下核、苍白球等部位引起病变。主要表现为重度黄疸肌张力过低或过高，嗜睡、拒奶、强直、角弓反张、惊厥等。4.神经血管单元(NeurovascularUnit)神经血管单元(NeurovascularUnit，NVU):组成血脑屏障的各成分与邻近的神经细胞共同组成的功能单位，主要以旁分泌的方式在生理和病理条件下相互影响、相互作用。包括神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、血管内皮细胞、血管周细胞、基底膜以及细胞外基质。NVUinAlzheimer'sDisease5.其它血脑屏障相关疾病狂犬病帕金森病精神分裂症慢性病理性疼痛中枢神经系统创伤肌萎缩脊髓侧索硬化症……Nearlyalllarge-moleculepharmaceutics&98%ofsmallmoleculesDONOTcrosstheBBB…braindiseasesaccountfor~30%ofthetotalburdenofalldiseases.Ofthe7000drugs(ComprehensiveMedicinalChemistrydatabase)5%treattheCNS(limitedtodepression,insomniaandschizophrenia)四、药物通过血脑屏障的解决方法Tocrosstheblood-brainbarrier!(2)Changethedrugs?(1)Changetheroute?策略(3)Changethebarrier?59鞘内给药（1）Changetheroute利用转运系统•转运蛋白、claudin-5•蛋白质转导结构域(PTD)•单域抗体Fc5（血管内皮细胞内源性受体介导）（2）Changethedrugs•纳米颗粒10-100nm•脂质体（球状小囊）药物改造enzymeL-typeaminoacidtransporter1(LAT1)L-DOPADopamineBBBBLOODBRAIN•改变渗透压（甘露醇）•改变紧密连接(RMP-7)•超声微泡•光化学、光动力•电磁场•放疗•中医药（开窍药如冰片）（3）Changethebarrier小结1.血脑屏障的基本结构和相应的功能；位置、五大组成部分、四大功能2.常见血脑屏障的研究方法和临床检测方法；在体、离体、BBB开放模型的制备、两种常用检测方法3.血脑屏障在疾病发生发展中的作用；血液成分或免疫细胞侵害脑实质、转运系统异常、发育不全4.神经血管单元概念及其意义；细胞组成、相互作用方式、在疾病发生发展和修复中的作用5.促进中枢神经系统药物通过血脑屏障的策略。改变给药途径、改变药物、改变屏障思考题•血脑屏障的解剖构成如何？•中枢神经系统中神经元和毛细血管之间的关系如何？•神经血管单元的概念和意义？•葡萄糖、氧、电解质、激素、蛋白等如何通过血脑屏障？•如何促进一种药物通过血脑屏障？ThankYou!DepartmentofNeurobiologymail:[e-mail]-cellscrossingtheblood-barrierintothebrain