脊髓損傷后血脊髓屏障病變機(jī)制研究進(jìn)展

劉明明，程 建綜述，馬 勇，黃桂成審校

◇綜 述◇

脊髓損傷后血脊髓屏障病變機(jī)制研究進(jìn)展

劉明明1，2*，程 建3*綜述，馬 勇1，黃桂成1審校

脊髓損傷常會遺留神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥，甚至導(dǎo)致患者癱瘓，其病理過程包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。繼發(fā)性損傷是引起脊髓病變的主要原因，往往導(dǎo)致脊髓無法恢復(fù)正常功能，而繼發(fā)性損傷與血脊髓屏障形態(tài)與功能的異常變化密切相關(guān)。通過回顧近些年關(guān)于血脊髓屏障的基礎(chǔ)試驗研究，對脊髓損傷后血脊髓屏障的病理變化及發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

脊髓損傷；血脊髓屏障；繼發(fā)性損傷；病理生理學(xué)

脊髓損傷是臨床常見病，受傷者以中青年居多，最常見原因為交通事故，隨著社會的快速發(fā)展，其發(fā)病率正逐年增高。而脊髓損傷常會導(dǎo)致患者終生癱瘓，給患者帶來巨大痛苦。目前臨床上對于脊髓損傷的治療仍是一個難題，因此，對脊髓損傷的病理變化及修復(fù)過程的研究成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)。脊髓損傷包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。原發(fā)性損傷是指機(jī)械暴力直接作用于脊髓所造成的局部組織的破壞，包括損傷區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞、軸突及血管等；繼發(fā)性損傷發(fā)生于原發(fā)性損傷后，各種有害因子進(jìn)入脊髓實質(zhì)，造成脊髓組織的水腫、缺血低氧，脊髓進(jìn)一步損害，形成數(shù)倍于原發(fā)性損傷的壞死區(qū)。對繼發(fā)性損傷的防治是治療脊髓損傷的重要環(huán)節(jié)。研究［1］表明，在脊髓損傷后會引起微血管變化，繼而影響血脊髓屏障（blood spinal cord barrier，BSCB）的形態(tài)和功能，BSCB的改變是導(dǎo)致脊髓繼發(fā)性損傷的重要病理生理基礎(chǔ)之一，繼發(fā)性損傷與BSCB的病理變化密切相關(guān)［2］。該文就BSCB的生理功能及脊髓損傷后的病理變化進(jìn)行綜述。

1 BSCB的生理功能

BSCB是中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的屏障結(jié)構(gòu)，與血腦屏障類似，其主要由內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管周圍的小膠質(zhì)細(xì)胞以及基膜組成。BSCB位于毛細(xì)血管水平，由特化的內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，其形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)是相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接。內(nèi)皮細(xì)胞腔面富含多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物，此帶負(fù)電荷的復(fù)合物，排斥同樣帶負(fù)電荷的血漿蛋白，能有效地阻止血漿蛋白等大分子的運(yùn)動，限制和調(diào)節(jié)髓外分子進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)［3］，有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的穩(wěn)定。BSCB功能受多因素調(diào)節(jié)，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞因子、炎性介質(zhì)、局部化學(xué)因素、神經(jīng)調(diào)節(jié)因素等［4］。

2 脊髓損傷后BSCB的病理變化

脊髓損傷后BSCB的破壞主要與血管的機(jī)械損傷相關(guān)［5］：脊髓損傷后血管周圍基底膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬，血管壁連接松散，這種改變可促進(jìn)炎癥因子等進(jìn)入脊髓實質(zhì)［6］，進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)擴(kuò)大，使脊髓暴露于炎癥細(xì)胞的毒性作用中，還有如跨毛細(xì)血管內(nèi)皮小泡運(yùn)輸增加等。早在1978年，Griffiths et al［7］就指出BSCB的改變與脊髓水腫的形成、神經(jīng)細(xì)胞的損害密切相關(guān)。BSCB的開放有其特點(diǎn)［8］：分布于內(nèi)皮細(xì)胞腔面的多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物所帶的負(fù)電荷短暫消失，血漿蛋白無選擇性的溢入脊髓。對于循環(huán)中的不同因子，脊髓損傷后BSCB開放時程長短不等，并且不局限于損傷部位，而是沿著脊髓縱軸的損傷區(qū)向頭尾側(cè)延伸［9］。

Evans藍(lán)在生理情況下不能透過BSCB，只有在BSCB破壞后才可滲漏到脊髓組織當(dāng)中。因此通過測定脊髓損傷后脊髓組織中Evans藍(lán)的含量，可間接反映BSCB的完整性及變化過程。

邵為等［10］在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)Evans藍(lán)含量在術(shù)后3 h時即出現(xiàn)升高，術(shù)后72 h Evans藍(lán)外滲達(dá)到高峰，表明脊髓損傷后3 h BSCB的完整性即遭到破壞，其后72 h BSCB的破壞達(dá)到高峰。王子田等［11］也通過動物實驗證實，脊髓損傷后8 h損傷面積明顯擴(kuò)大，傷后72 h面積達(dá)頂峰，1周后面積回縮。認(rèn)為BSCB在傷后72 h開放達(dá)高峰，一周后逐漸恢復(fù)正常。趙宇等［12］也認(rèn)為脊髓損傷后BSCB的開放是暫時的，通過實驗研究證實，BSCB在脊髓損傷72 h內(nèi)開放，1周后BSCB由于功能重建而關(guān)閉，由此推斷，脊髓損傷后72 h可能為硬膜外給藥的有效治療時間窗。葛冠群等［13］通過在大鼠脊髓撞擊傷模型中靜脈注射兔免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）外源性示蹤劑和鼠IgG內(nèi)源性示蹤劑，用免疫熒光雙標(biāo)顯示兩種示蹤劑在脊髓中的分布，發(fā)現(xiàn)損傷剛發(fā)生時血液漏出物集中在原發(fā)損傷區(qū)，24 h BSCB損傷范圍明顯的擴(kuò)大，至72 h損傷范圍達(dá)到最大。用不同的實驗方法證實了BSCB損傷的過程。

但也有學(xué)者對于BSCB的病理變化過程有不同的認(rèn)識。Figley et al［5］在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，脊髓組織中Evans藍(lán)含量在脊髓損傷后24 h最高，認(rèn)為損傷后24 h BSCB的破壞達(dá)到高峰，一直維持到脊髓損傷后5 d；且通過實驗發(fā)現(xiàn)，微血管數(shù)量和功能在損傷后24 h顯著降低，損傷后10 d內(nèi)源性血管再生輕微增加。李建峰等［14］在脊髓空洞癥模型中發(fā)現(xiàn)脊髓組織中Evans藍(lán)含量在術(shù)后第3天開始增高，第7天達(dá)到高峰，持續(xù)到第14天，說明第7天BSCB的破壞達(dá)到高峰，而且，通過實驗［14-15］證實，這個變化過程與脊髓水腫程度的變化趨勢一致。王航輝等［16］也通過實驗發(fā)現(xiàn)，大鼠脊髓損傷模型中Evans藍(lán)含量在受傷后即開始增高，第7天達(dá)到高峰，與脊髓組織含水量呈現(xiàn)相同的變化趨勢。

3 BSCB病變的相關(guān)因子

脊髓損傷后在損傷區(qū)可出現(xiàn)各種生物化學(xué)物質(zhì)，導(dǎo)致BSCB結(jié)構(gòu)與功能的異常，除與血管的直接機(jī)械損傷有關(guān)，多種因子同時參與了BSCB通透性的改變，主要包括細(xì)胞因子及血管活性肽。

李建峰等［14］通過免疫組織化學(xué)、RT-PCR技術(shù)檢測脊髓損傷組織中血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial grouth factor，VEGF）的蛋白及mRNA含量，結(jié)果顯示術(shù)后第1天表達(dá)即有明顯升高，第3天、第7天、第14天呈強(qiáng)陽性表達(dá)，第7天達(dá)高峰；而且，通過數(shù)據(jù)分析得出，VEGF表達(dá)與脊髓含水量和Evans藍(lán)含量之間也存在明顯的正相關(guān)性，提示VEGF高表達(dá)在BSCB功能和結(jié)構(gòu)的破壞過程中起著重要影響。VEGF調(diào)節(jié)BSCB的作用機(jī)制可能通過以下幾方面：抑制內(nèi)皮細(xì)胞連接蛋白的表達(dá)，破壞緊密連接的結(jié)構(gòu)和功能，使細(xì)胞間連接開放［17-18］；VEGF可以促進(jìn)肌動蛋白收縮纖維的重組，使細(xì)胞收縮變圓，細(xì)胞間隙增寬；可以增加內(nèi)皮細(xì)胞開窗，導(dǎo)致非開窗內(nèi)皮細(xì)胞的開窗形成［19］。

肖建如等［20］通過建立頸髓損傷模型，發(fā)現(xiàn)頸髓損傷后傷區(qū)及鄰近頸髓組織血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）含量成倍增加，加速微血管內(nèi)血小板活化，促使血栓形成，導(dǎo)致局部缺血、低氧，引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損害，血管通透性增加。此外，PAF還可直接刺激微血管收縮，促使傷區(qū)及鄰近脊髓血流量減少，局部區(qū)域缺血、低氧，這些都會導(dǎo)致BSCB的破壞。另一項研究［21］顯示，PAF可能是通過增加白細(xì)胞黏附分子（endothelial leukocyte adhesion molecule，ELAM）-1 mRNA和細(xì)胞間黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1 mRNA在血管內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)而起作用的。ICAM-1與ELAM-1可以介導(dǎo)白細(xì)胞的活化及其與血管壁的黏附，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附性增加并保持于高黏附狀態(tài)，引起血管滯留大量中性粒細(xì)胞，血管壁通透性增高，BSBC破壞。在頸髓損傷模型中，通過使用PAF受體拮抗劑，可以改善脊髓損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)，有效抑制繼發(fā)損傷的產(chǎn)生［22］。邵為等［10］也發(fā)現(xiàn)，造模后6 h脊髓組織中ICAM-1表達(dá)明顯增多，24 h達(dá)到高峰。其認(rèn)為脊髓損傷后ICAM-1表達(dá)上調(diào)，引起B(yǎng)SCB的破壞，一方面是由于損傷區(qū)域聚集白細(xì)胞、堵塞微循環(huán)通道；另一方面活化的白細(xì)胞可能會釋放氧自由基及蛋白水解酶等有害物質(zhì)，引起局部血管病變，導(dǎo)致血管通透性增加，進(jìn)一步破壞BSCB。

邵擎東等［23］在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后組織中內(nèi)皮素-1 mRNA、內(nèi)皮素受體-A mRNA表達(dá)均明顯增加，其變化趨勢與傷后脊髓組織Evans藍(lán)含量及脊髓組織含水量的變化規(guī)律基本一致，表明內(nèi)皮素及其受體表達(dá)的升高與BSCB損傷的病理過程密切相關(guān)。焦靜等［24］也通過實驗證實，內(nèi)皮素-1 mRNA于脊髓損傷后6～72 h表達(dá)明顯升高。Mckenzin et al［9］認(rèn)為，血管內(nèi)皮素可直接作用于脊髓微血管，調(diào)節(jié)微血管結(jié)構(gòu)，血管內(nèi)皮素對BSCB的破壞有調(diào)控作用。脊髓損傷后神經(jīng)組織存在缺血、低氧，而低氧能促使血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)皮素及其受體的基因表達(dá)，從而刺激內(nèi)皮素及其受體的合成［25］，而內(nèi)皮素的生物效應(yīng)又會加劇微血管的收縮，引起組織的進(jìn)一步缺血、低氧，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損害加重及BSCB的破壞。

既往研究［9］證實，血管內(nèi)皮素的免疫表達(dá)與IgG免疫標(biāo)記具有相關(guān)性，李禾等［26］在實驗大鼠脊髓損傷后4 h，損傷段脊髓即發(fā)現(xiàn)IgG、C3c免疫陽性標(biāo)記，并隨損傷時間延長，損傷區(qū)域免疫陽性標(biāo)記明顯增加并向周邊擴(kuò)散。進(jìn)一步證實IgG參與了脊髓損傷后BSCB的破壞。IgG、C3c和許多其他細(xì)胞因子的滲入?yún)⑴c了脊髓損傷后BSCB的破壞，引起神經(jīng)細(xì)胞的繼發(fā)性損傷。

水通道蛋白-4（aquapotin，AQP-4）是一類對水有特異通透性的膜蛋白，主要分布于腦與脊髓組織的膠質(zhì)細(xì)胞膜，尤其在星形膠質(zhì)細(xì)胞足突上有豐富的特異性表達(dá)，AQP-4的表達(dá)和組織水腫嚴(yán)重程度呈正相關(guān)性。研究［27］顯示，腦缺血時血腦屏障通透性及AQP-4表達(dá)均增加，且兩者之間具有很好的相關(guān)性，AQP-4參與了血腦屏障的損傷過程。因BSCB與血腦屏障有類似的結(jié)構(gòu)組成，推測AQP-4可能參與BSCB的損傷過程；實驗研究［28］也表明，脊髓損傷后AQP-4表達(dá)改變，導(dǎo)致運(yùn)動功能減退更加嚴(yán)重、膀胱功能障礙恢復(fù)緩慢，脊髓損傷癥狀加重。

現(xiàn)今脊髓疾病發(fā)病率逐年上升，脊髓損傷后病理變化機(jī)制及相關(guān)研究一直是醫(yī)學(xué)上的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。脊髓繼發(fā)性損傷自Allen首次提出以來，也越來越受到學(xué)者的重視。由于引起脊髓繼發(fā)性損傷的因素較多，包括缺血、炎癥、生物化學(xué)因子、興奮性毒性、再灌注損傷、BSCB的破壞等，其損傷機(jī)制復(fù)雜，各類學(xué)說較多，目前沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。BSCB作為存在于脊髓組織和血液之間的特有屏障，為神經(jīng)細(xì)胞行使正常生理功能提供了條件，對脊髓有重要保護(hù)作用，其在脊髓繼發(fā)性損傷的病理機(jī)制中起著重要作用，對脊髓水腫的變化及神經(jīng)再生和修復(fù)的過程起著調(diào)控作用。

BSCB的破壞主要與脊髓損傷后微血管的機(jī)械性損傷相關(guān)，BSCB結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞，通透性發(fā)生改變，使得微血管中的一些物質(zhì)（特別是有害物質(zhì)）從血液轉(zhuǎn)運(yùn)到脊髓微環(huán)境中，導(dǎo)致脊髓神經(jīng)細(xì)胞的損害。此外，VEGF、PAF、內(nèi)皮素-1、AQP-4等多種細(xì)胞因子也同時參與了BSCB通透性的改變，實驗［14，20，23，28］表明，這些細(xì)胞因子會加重脊髓組織水腫，導(dǎo)致局部缺血、低氧，引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損害，破壞BSCB結(jié)構(gòu)和功能。但關(guān)于脊髓損傷后BSCB的開放時程報道長短不等，其開放時間窗尚無定論，需進(jìn)一步研究，這對于在有效時間窗內(nèi)給予藥物治療非常重要。未來在治療脊髓損傷的過程中，針對BSCB的治療將會占主導(dǎo)地位。但是，BSCB的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常及功能障礙與很多因素相關(guān)，目前關(guān)于脊髓損傷后BSCB的病理變化機(jī)制尚未研究清楚，今后將是一個值得深入探討的問題。

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R 363.2；R-332

A

1000-1492（2015）12-1827-04

時間：2015-11-18 10：12：35

http：／／www.cnki.net／KCMS／detail／34.1065.R.20151118.1012.060.html

2015-06-15接收

江蘇省自然科學(xué)基金（編號：BK2011180）；徐州市科技局社會發(fā)展項目（編號：KC14SH030）

1南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，南京 210046

2南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬徐州市中醫(yī)院骨科，徐州 221000

3東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬徐州醫(yī)院骨科，徐州 221000

劉明明，男，主治醫(yī)師，博士研究生；

黃桂成，男，教授，博士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail：lanbing3399＠sina.com

*對本文具有同等貢獻(xiàn)