血腦屏障與惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移

杜 琴，雷開鍵

(1.川北醫(yī)學(xué)院，四川南充 637000;2.宜賓市第二人民醫(yī)院，四川宜賓 644000)

1 血腦屏障的結(jié)構(gòu)

血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)是機(jī)體最重要的內(nèi)部屏障之一，由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、基膜和膠質(zhì)細(xì)胞足突共同組成［1］。血腦屏障的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ):毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的緊密連接(tight junctions，TJ);毛細(xì)血管基膜;毛細(xì)血管基膜外有星形膠質(zhì)細(xì)胞終足圍繞形成的膠質(zhì)膜［2］。BBB是維持腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的一種重要結(jié)構(gòu)，它允許腦組織所需要的營養(yǎng)物質(zhì)通過而又可有效阻擋有害物質(zhì)侵入。腦微血管在結(jié)構(gòu)上與其他組織器官的毛細(xì)血管相比有明顯不同點:缺少一般毛細(xì)血管所具有的孔或者這些孔少而小，內(nèi)皮細(xì)胞彼此重疊覆蓋而且連接緊密能有效阻止大分子物質(zhì)從內(nèi)皮細(xì)胞連接處通過;內(nèi)皮細(xì)胞被一層連續(xù)不斷的基底膜包圍著;基底膜之外有大量星形膠質(zhì)細(xì)胞的血管周足、終足把腦毛細(xì)血管約85%的表面包被形成了腦毛細(xì)血管的多層膜性結(jié)構(gòu)，即腦組織的防護(hù)性屏障［3］。TJ是構(gòu)成 BBB的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。研究［4］表明TJ是保持BBB完整性的重要因素，很多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的破壞與TJ結(jié)構(gòu)功能改變密切相關(guān)。緊密連接蛋白由跨膜蛋白、胞質(zhì)附著蛋白和細(xì)胞骨架蛋白共同組成?？缒さ鞍子职ㄒШ系鞍?occlusal protein，OP)、閉合小環(huán)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(zhì)附著蛋白有三種，即閉合小環(huán)蛋白ZO1、ZO2和ZO3;而纖維狀肌動蛋白Faction是一種重要的細(xì)胞骨架蛋白［5－6］。閉合小環(huán)蛋白-1(zona occludens1，ZO1)作為構(gòu)成血腦屏障緊密連接的主要蛋白成分之一，其表達(dá)水平的高低與血腦屏障的開放、關(guān)閉密切相關(guān)，ZO1的正常表達(dá)關(guān)系到細(xì)胞間緊密連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和細(xì)胞功能的完整性。

2 物質(zhì)通過BBB的方式

脂溶性小分子藥物可以通過被動擴(kuò)散通過BBB入腦。由于BBB是一類脂質(zhì)膜，腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)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(shù)及電離常數(shù)。大多數(shù)堿性的脂溶性藥物很容易進(jìn)入腦內(nèi)，具有這類特性的藥物有:強(qiáng)效鎮(zhèn)痛劑、苯噻嗪類、三環(huán)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(fā)性麻醉藥如，環(huán)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(jìn)入腦內(nèi)。β受體阻斷劑普萘洛爾在腦內(nèi)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(shù)又很低，故不易透過 BBB［7］。

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

電解度之所以影響藥物被動擴(kuò)散，是由于腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密接合而含有帶負(fù)電荷的膠質(zhì)。血管比腦的電位較高，因而對離子的擴(kuò)散具有一定的阻擋作用。根據(jù)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(fù)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(guān)因素

在人和實驗動物中，BBB的損害在多種病理狀態(tài)下都會出現(xiàn)，包括腦水腫、高血壓、抽搐發(fā)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(fù)合體的改變、細(xì)胞囊泡運輸?shù)脑黾?、雙結(jié)合通道的形成以及載體系統(tǒng)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(tài)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(nèi)指定的區(qū)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(zhì)有:甘露醇、果糖、阿拉伯糖、尿素、甘油、乳酰胺等。Rapoport等［9］發(fā)現(xiàn)，BBB的開放及藥物轉(zhuǎn)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(zhì)對BBB也有一定的影響。Cross等［11］將組胺經(jīng)顱內(nèi)動脈注射后，發(fā)現(xiàn)同位素標(biāo)記的蔗糖從腦血管向腦的轉(zhuǎn)運率明顯增加，且增加呈劑量依賴性，在2 h內(nèi)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(shù)分鐘，BBB的屏障功能恢復(fù)正常，且開放程度與劑量相關(guān)，RMP-7在較低濃度(＜17 nmol/L)即能開放。增加水溶性物質(zhì)(如右旋糖酐)的通透性，而不增加脂溶性物質(zhì)的通透性。此外，在病理狀態(tài)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(jīng)ZO1分開所致。有報道［8］稱在實驗動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)注入濃度為20%～30%的二甲亞砜后，BBB的通透性可發(fā)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(fā)作所引起的，經(jīng)頸內(nèi)動脈注入脫氫膽酸鹽可見BBB對Evans藍(lán)、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(fā)作，但沒有形態(tài)學(xué)的證據(jù)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(diào)節(jié)微血管的通透性，可影響B(tài)BB通透性?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)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(tài)下無表達(dá)，缺血、水腫、外傷、炎癥刺激因子及TNFα、IL-1Bβ等可誘導(dǎo)iNOS的表達(dá)。iNOS主要介導(dǎo)病理性損傷過程，是導(dǎo)致遲發(fā)性神經(jīng)損傷［13］和促使微血管通透性增加，誘發(fā)腦缺血、腦水腫的主要因素［12］。國外研究［14－17］發(fā)現(xiàn)，將緩激肽β2受體激動劑與卡鉑聯(lián)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(fā)現(xiàn)IL-1β可能介導(dǎo)了緩激肽開放血腦屏障的作用，可能是由于緩激肽誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)熱休克因子1的表達(dá)增加，增加的內(nèi)熱休克因子1促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞釋放IL-1β所致。劉強(qiáng)等［19］發(fā)現(xiàn)，蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)域(protein trans-duction domain，PDT)可在體內(nèi)特異性介導(dǎo)大分子蛋白通過BBB，并在全腦組織細(xì)胞中分布，為肽類或蛋白類大分子藥物通過BBB進(jìn)入腦內(nèi)提供途徑。有研究［20］表明，多形性神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤的周圍和腦轉(zhuǎn)移瘤的血腦屏障比星形細(xì)胞瘤和正常腦更易受損，滲透性開放血腦屏障可以促進(jìn)藥物進(jìn)入腫瘤及其周圍組織，增加其治療的有效性。關(guān)于BBB的可逆性改變研究很多，只有皮質(zhì)醇類被證明具有持續(xù)的保護(hù)血腦屏障的功能，并能逆轉(zhuǎn)實驗誘導(dǎo)產(chǎn)生的BBB的改變。

4 腫瘤細(xì)胞進(jìn)入顱內(nèi)的可能機(jī)制

顱腦是惡性腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的常見部位，惡性腫瘤患者顱內(nèi)轉(zhuǎn)移的概率可達(dá)25%以上，且預(yù)后極差［21］。原發(fā)腫瘤進(jìn)入顱內(nèi)有兩條途徑:直接浸潤和遠(yuǎn)隔轉(zhuǎn)移，前者較后者少見。遠(yuǎn)隔轉(zhuǎn)移主要是血行轉(zhuǎn)移，腫瘤細(xì)胞或其栓子經(jīng)動脈轉(zhuǎn)運至腦，這是主要途徑。對于肺癌或胃癌等腦轉(zhuǎn)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(nèi)壓增高，瘤細(xì)胞栓子可由吻合支進(jìn)入椎靜脈系統(tǒng)，從而引起逆行性轉(zhuǎn)移。中樞神經(jīng)系統(tǒng)雖無淋巴管，但卻有淋巴途徑的轉(zhuǎn)移說:①經(jīng)椎間孔內(nèi)血管周圍組織的淋巴管;②經(jīng)脊、腦神經(jīng)內(nèi)、外衣的淋巴管;③經(jīng)過已有經(jīng)頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌的淋巴管。通過這些淋巴管的上升性或逆行性轉(zhuǎn)移到達(dá)硬腦脊膜，然后直接侵襲腦或脊髓實質(zhì)。但是靜脈性和淋巴性轉(zhuǎn)移途徑都是推測，尚缺乏確鑿的證據(jù)。

5 肺癌細(xì)胞和卵巢癌細(xì)胞進(jìn)入BBB難易程度不同的機(jī)制推測

5.1 肺癌腦轉(zhuǎn)移

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

5.2 卵巢癌腦轉(zhuǎn)移

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

腦轉(zhuǎn)移的高危因素:①腦轉(zhuǎn)移與卵巢癌FIGO分期和組織學(xué)分級有關(guān)，Ⅲ和Ⅳ期患者發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的危險性高;低分化癌比高、中分化癌更易出現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移;②漿液性癌是腦轉(zhuǎn)移多見的組織學(xué)類型;③初次手術(shù)后殘余癌灶＜2 cm的腦轉(zhuǎn)移發(fā)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(zhuǎn)移發(fā)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(zhuǎn)移灶、初次手術(shù)時后腹膜淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移也是腦轉(zhuǎn)移的主要危險因素［28－29］。

卵巢癌的腦轉(zhuǎn)移發(fā)生的可能機(jī)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(xì)胞一般難以逾越，因此臨床上腦轉(zhuǎn)移發(fā)生率較低，一旦血腦屏障在某些因素影響下遭到破壞，發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的幾率會大大增加。腫瘤進(jìn)展和浸潤以及長期大劑量的化療藥物不良反應(yīng)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(jìn)入腦組織，不能有效防止腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生;③晚期卵巢癌患者大量癌細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)，阻塞血管、淋巴管、胸導(dǎo)管等，伴隨胸、腹水的增多，腹內(nèi)壓增高，腫瘤細(xì)胞可能經(jīng)腹膜后椎靜脈系統(tǒng)逆流進(jìn)入脊髓轉(zhuǎn)移至腦組織;癌細(xì)胞可經(jīng)Virchow-Robin 外周血管入腦組織［30－31］。

5.3 肺癌與卵巢癌腦轉(zhuǎn)移比較

肺癌細(xì)胞和卵巢癌細(xì)胞兩者發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的比率差異很大，具體的機(jī)制及差異目前還不是很清楚，我們推測原因有:①與肺癌細(xì)胞和卵巢癌細(xì)胞的侵襲能力、在血管內(nèi)皮的貼壁生長能力有關(guān);②與血腦屏障本身的結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)(如:表面電荷)，這也是目前研究的熱點;③機(jī)體的解剖關(guān)系不同，肺臟的豐富血供及特殊的功能促進(jìn)其腦轉(zhuǎn)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(fā)灶。但這些僅僅是推測，有待進(jìn)一步的實驗去證實。

6 展望

目前惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移的機(jī)制都屬于推論階段，尚未有定論，而且每個原發(fā)灶的轉(zhuǎn)移機(jī)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(guān)的。綜上所述，目前的研究進(jìn)展仍然處于推測階段，對臨床治療的指導(dǎo)甚少。惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移機(jī)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(jìn)一步的探索。

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