血腦屏障與進(jìn)展性缺血性卒中相關(guān)性的研究進(jìn)展

張燁平 綜述 秦濤，劉安祥，張駿審校

1.遵義醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院老年病科，貴州 遵義 563000；2.遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，貴州 遵義 563000

目前進(jìn)展性缺血性卒中(progressive ischemic stroke，PIS)在國(guó)內(nèi)外均暫無(wú)統(tǒng)一定義及診斷標(biāo)準(zhǔn)，其通常是指發(fā)生卒中后經(jīng)過(guò)積極臨床治療后，癥狀在7 d內(nèi)仍進(jìn)行性加重的缺血性卒中(ischemic stroke，IS)，其危險(xiǎn)因素多、發(fā)病機(jī)制復(fù)雜、致殘率及致死率高。但目前關(guān)于PIS的機(jī)制上尚不清楚，近年來(lái)的研究顯示IS發(fā)生后會(huì)破壞血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)結(jié)構(gòu)及功能，而B(niǎo)BB損害將進(jìn)一步使IS病情惡化，繼而發(fā)展為PIS。因此，進(jìn)一步了解BBB與PIS的相關(guān)性，對(duì)改善患者預(yù)后非常重要。本文將對(duì)BBB與PIS相關(guān)機(jī)制的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，為PIS的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 BBB

BBB是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和血液之間的生理及功能的屏障，為腦組織提供必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并有效地控制廢物從大腦中排出[1]。它表達(dá)多種離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和通道，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)離子濃度，控制腦組織中水和電解質(zhì)平衡，從而在腦實(shí)質(zhì)中產(chǎn)生細(xì)胞外環(huán)境，為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)功能提供最佳的介質(zhì)[2]。腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(brain microvascular endothelial cell，BMECs)、星形膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞等是BBB的重要組成細(xì)胞[3]，它們?cè)诒Ｗo(hù)BBB完整性以及維持BBB正常生理功能中發(fā)揮著重要作用。BBB的破壞是IS的病理特征之一[4]。當(dāng)IS發(fā)生后，上述BBB的重要組成細(xì)胞會(huì)被激活，并通過(guò)分泌炎性因子從而引發(fā)炎癥損傷等機(jī)制，直接或間接地破壞BBB的完整性[2]，從而導(dǎo)致BBB功能障礙，并發(fā)展成血管源性水腫，以及IS損傷的進(jìn)一步加重[5]。

2 PIS

PIS尚無(wú)明確的定義及診斷標(biāo)準(zhǔn)，一般是指卒中發(fā)病后經(jīng)臨床積極治療，病情仍呈進(jìn)行性加重，表現(xiàn)為原有神經(jīng)功能缺損的加重或出現(xiàn)同一血管供血區(qū)受損的新癥狀與發(fā)病7 d內(nèi)繼續(xù)惡化的IS[6]。PIS的診斷標(biāo)準(zhǔn)主要采用2004年歐洲進(jìn)展性卒中工作組(European Progressing Stroke Study Group，EPSS)提出的斯堪地那維亞評(píng)分(Scandinavian Stroke Scale，SSS)，即意識(shí)水平、上下肢活動(dòng)、眼球運(yùn)動(dòng)中任意一項(xiàng)評(píng)分≥2分或語(yǔ)言評(píng)分≥3分，在此診斷標(biāo)準(zhǔn)下若神經(jīng)功能惡化發(fā)生在發(fā)病3 d內(nèi)的患者被定義為早發(fā)進(jìn)展性卒中，發(fā)病在3～7 d者則為晚發(fā)進(jìn)展性卒中[7]。PIS的發(fā)病率占卒中患者的12%～42%，國(guó)內(nèi)PIS的發(fā)病率約為30%，國(guó)外為9.8%～43%[8]。PIS的發(fā)病機(jī)制未明確，可能與多病因及多病理改變共同作用有關(guān)：(1)血流動(dòng)力機(jī)制，包括：血栓進(jìn)展、腦灌注壓降低、側(cè)支循環(huán)建立障礙、血液流變學(xué)異常[9]；(2)腦部機(jī)制：局部有毒物質(zhì)堆積(興奮性氨基酸毒性作用、氧自由基生成過(guò)多和清除能力下降、酸中毒、炎癥損傷和微循環(huán)障礙等)、腦組織水腫、再灌注損傷、遲發(fā)性腦損傷等[10]；(3)其他系統(tǒng)機(jī)制：如患者的心肺功能、感染情況、血壓變化及水電解質(zhì)紊亂等影響患者腦組織代謝，進(jìn)一步加重神經(jīng)功能損傷。而B(niǎo)BB的破壞也會(huì)導(dǎo)致上述幾種病理改變，故BBB的破壞可能促進(jìn)了PIS的發(fā)生。

3 BBB損傷與PIS

當(dāng)IS發(fā)生后，BBB結(jié)構(gòu)和功能受到破壞。而在這一過(guò)程中，BBB主要組成結(jié)構(gòu)(BMECs、周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞等)也參與了BBB相關(guān)損傷機(jī)制及病理改變，并可能直接或間接參與了血流動(dòng)力機(jī)制、腦部機(jī)制或其他系統(tǒng)機(jī)制，從而導(dǎo)致IS進(jìn)一步惡化，發(fā)展為PIS。

3.1 周細(xì)胞 周細(xì)胞由中胚層的神經(jīng)周圍血管叢和外胚層的神經(jīng)脊細(xì)胞而來(lái)，進(jìn)一步發(fā)育成中樞和外周的血管網(wǎng)絡(luò)。周細(xì)胞于體內(nèi)幾乎所有的微血管上，然而它們?cè)谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜中的密度最高，這與它在微循環(huán)血流的精細(xì)調(diào)節(jié)和BBB的維持中的作用有關(guān)[11]。在大腦中，周細(xì)胞、BMECs、星形膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)元構(gòu)成了神經(jīng)血管單元[12]。神經(jīng)血管單元內(nèi)的周細(xì)胞能夠調(diào)節(jié)許多神經(jīng)血管功能，這些功能包括BBB結(jié)構(gòu)的發(fā)展和維持，血管穩(wěn)定性和血管生成，以及毛細(xì)血管水平的血流調(diào)節(jié)[13]。周細(xì)胞通過(guò)與神經(jīng)血管單元的內(nèi)皮細(xì)胞和其他細(xì)胞的直接接觸或通過(guò)自分泌和旁分泌信號(hào)通路發(fā)揮其生理功能[14]。周細(xì)胞既表達(dá)肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白、結(jié)蛋白等收縮蛋白，也表達(dá)兒茶酚胺、內(nèi)皮素-1、血管加壓素和血管緊張素Ⅱ等血管活性分子的受體，從而具有調(diào)節(jié)血管直徑和血流的潛力[15]。在IS發(fā)生初期，周細(xì)胞可以變得非?；钴S。它們?cè)诖竽X中動(dòng)脈阻塞后的短暫腦缺血后收縮毛細(xì)血管。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧亞硝酸鹽的形成可能是IS時(shí)周細(xì)胞收縮毛細(xì)血管的基礎(chǔ)，從而導(dǎo)致大腦能量供應(yīng)的減少和神經(jīng)損傷的加劇[16]。同時(shí)在發(fā)生IS損傷后，周細(xì)胞強(qiáng)烈遷移到壞死組織周圍的梗死區(qū)域[17-18]。之后出現(xiàn)收縮僵硬，導(dǎo)致毛細(xì)血管節(jié)段性變窄、血細(xì)胞滯留以及周細(xì)胞死亡[17-18]。而周細(xì)胞死亡及BBB破壞會(huì)導(dǎo)致持續(xù)性收縮[16，18]造成毛細(xì)血管血流量的長(zhǎng)期減少，這兩者都會(huì)導(dǎo)致IS后持續(xù)的神經(jīng)元損傷。因此，在短暫的局灶性缺血初期，周細(xì)胞的收縮可能是減少腦血流和增加神經(jīng)元損傷的重要因素。周細(xì)胞覆蓋是血管通透性的一個(gè)決定性因素，每個(gè)內(nèi)皮細(xì)胞的周細(xì)胞數(shù)和被周細(xì)胞覆蓋的血管壁表面積決定了毛細(xì)血管的相對(duì)通透性[19-20]。周細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，抑制跨內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)輸和免疫細(xì)胞外滲進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，從而維持BBB低血管通透性[21-22]。當(dāng)IS發(fā)生后，周細(xì)胞功能障礙和缺陷會(huì)導(dǎo)致BBB通透性增加[23]，引起缺血區(qū)腦水腫和微循環(huán)的損害。并且在梗死周圍區(qū)域，周細(xì)胞在缺血后從微血管遷移。這種遷移可能通過(guò)為梗死周圍血管生成提供指導(dǎo)起到保護(hù)作用，但也可能是有害的，因?yàn)樗赡芡ㄟ^(guò)破壞周細(xì)胞和緊密連接的相互作用而增加微血管的通透性[24]。周細(xì)胞覆蓋的缺失導(dǎo)致血管不穩(wěn)定，引起B(yǎng)BB通透性增加，進(jìn)一步可發(fā)展成腦水腫，加重IS損傷。

3.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞 星形膠質(zhì)細(xì)胞占大腦膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的20%～40%，是具有腦區(qū)特異性的高度異質(zhì)性細(xì)胞群[25]。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)廣泛的縫隙連接耦合，形成星形細(xì)胞合胞體，起支持和分隔神經(jīng)細(xì)胞的作用，并參與BBB的形成[26]。正常生理情況下星形細(xì)胞功能包括：突觸的形成或消除[27]、突觸可塑性[28]、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子釋放、吸收和循環(huán)神經(jīng)遞質(zhì)、維持BBB、調(diào)控腦血流量[29]、清除和維持離子和細(xì)胞外神經(jīng)遞質(zhì)[30]、葡萄糖代謝和底物傳遞給神經(jīng)元等功能[31]。星形膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)發(fā)病機(jī)制和病理?xiàng)l件中也有重要作用，因?yàn)樗鼈儏⑴c先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，是大腦先天免疫系統(tǒng)的主要組成部分[32]。IS發(fā)生后，損傷部位的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞立即通過(guò)釋放損傷相關(guān)分子模式分子(DAMPs)等產(chǎn)物激活星形膠質(zhì)細(xì)胞[32]。星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)和功能特征在病理?xiàng)l件下發(fā)生改變，這一過(guò)程被稱為“反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞病”，包括它們的增殖、中間絲蛋白、細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)以及免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)[33]。反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌炎癥因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF-A)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)、趨化因子和細(xì)胞因子,這些因素直接或間接加重BBB的破壞，并從外周血中吸收白細(xì)胞，這會(huì)導(dǎo)致繼發(fā)性腦組織損傷[34]。在IS過(guò)程中，MMP-2和MMP-9水平升高，主要與BBB完整性的破壞有關(guān)[35]。雖然小膠質(zhì)細(xì)胞和中性粒細(xì)胞是MMPs的主要來(lái)源，但也有報(bào)道稱星形膠質(zhì)細(xì)胞在病理?xiàng)l件下表達(dá)MMPs[36]。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞是趨化因子單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)和趨化因子C-X-C motif配體1(CXCL-1)的來(lái)源[37]。MCP-1不僅影響星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)，在缺血后小膠質(zhì)細(xì)胞活化中也扮演關(guān)鍵的角色[38]。另一方面，作為一種中性粒細(xì)胞趨化劑，CXCL-1水平的降低會(huì)影響腦缺血后中性粒細(xì)胞的募集[39]。因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞參與IS后炎癥環(huán)境的復(fù)雜形成和BBB破壞的機(jī)制，并推動(dòng)IS進(jìn)一步發(fā)展。星形膠質(zhì)細(xì)胞可釋放谷氨酸，并主動(dòng)調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性、突觸傳遞和可塑性[40]。而在IS后，星形膠質(zhì)細(xì)胞的損傷會(huì)導(dǎo)致BBB完整性的破壞，從而影響腦組織的能量供應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞離子梯度和膜電位去極化的丟失[41-42]。這誘導(dǎo)谷氨酸和其他神經(jīng)遞質(zhì)從突觸前末端釋放到細(xì)胞外空間。能量消耗進(jìn)一步導(dǎo)致星狀細(xì)胞和神經(jīng)元谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能障礙，不能清除釋放到突觸間隙的谷氨酸，使大量谷氨酸聚集在突觸間隙，過(guò)度刺激谷氨酸受體(尤其是NMDARs)導(dǎo)致Ca2+的內(nèi)流和胞內(nèi)超載[42]，繼而激活下游磷脂酶和蛋白酶，降解細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)，最終導(dǎo)致急性神經(jīng)元死亡[43]。此外，大量谷氨酸也會(huì)引發(fā)分子事件，導(dǎo)致神經(jīng)元的延遲死亡和腦損傷[44]。

3.3 BMECs BMECs是一薄層介于循環(huán)血液和血管壁平滑肌中間的細(xì)胞，依賴化學(xué)、物理和機(jī)械刺激而發(fā)生相應(yīng)改變[45]。BMECs保證BBB的緊密性，并具有許多區(qū)別于其他血管內(nèi)皮細(xì)胞的獨(dú)特元素，如BMECs胞飲極少，甚至沒(méi)有；胞內(nèi)線粒體含量豐富；細(xì)胞膜表面的窗孔結(jié)構(gòu)較少；存在緊密連接[46]。BMECs中豐富的線粒體可以產(chǎn)生生物能量，驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)進(jìn)出大腦[2]。缺乏開(kāi)孔的BMECs可非特異性地阻止血源性親水分子和細(xì)胞通過(guò)血管壁進(jìn)入神經(jīng)組織[45]。BMECs之間的緊密連接是BBB的主要結(jié)構(gòu)和功能成分，在細(xì)胞外空間的封閉中起著至關(guān)重要的作用[47]。在生理?xiàng)l件下，BMECs維持BBB結(jié)構(gòu)和功能的完整性，但隨IS進(jìn)展而改變。受損的BMECs會(huì)引發(fā)一系列腦血管損傷，進(jìn)而加重BMECs損傷[48]。在IS的發(fā)展過(guò)程中，BMECs通過(guò)制造促炎狀態(tài)參與BBB的破壞，諸如CCL5和MCP-1等炎性細(xì)胞因子從腦微血管中釋放出來(lái)[49]。這些細(xì)胞因子通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)免疫系統(tǒng)的各個(gè)器官，在那里它們開(kāi)始激活免疫細(xì)胞，并觸發(fā)中性粒細(xì)胞的釋放[50]?；罨闹行粤＜?xì)胞遷移到損傷部位，在24 h內(nèi)達(dá)到峰值[51]，使局部微血管環(huán)境惡化，導(dǎo)致其他細(xì)胞因子的產(chǎn)生，最終從周圍招募單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞[52]。此外，BMECs的病理改變會(huì)激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致周細(xì)胞脫離，進(jìn)一步破壞BBB[20，53]。在卒中后最初的幾個(gè)小時(shí)和幾天，所有這些炎癥過(guò)程都集中在腦內(nèi)皮細(xì)胞上，這些細(xì)胞已經(jīng)被缺氧和再灌注損傷，開(kāi)始減弱和死亡，促進(jìn)了免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膠質(zhì)激活，推動(dòng)IS的進(jìn)展，加重缺血損傷[54]。BMECs緊密連接是調(diào)節(jié)細(xì)胞旁通透性主要的介質(zhì)，限制了溶質(zhì)、離子和水的脫細(xì)胞運(yùn)動(dòng)[45]。在缺血再灌注情況下，通過(guò)增加14C-蔗糖的腦積累可看出，緊密連接的中斷會(huì)破壞BBB的完整性[55]。此外，再灌注會(huì)增加BBB對(duì)海馬和皮層微血管中右旋糖酐(分子量在4～10 kDa之間)的泄漏，表明細(xì)胞旁對(duì)大小溶質(zhì)的通透性增強(qiáng)[55]。腦組織中14C-蔗糖和葡聚糖積累的變化與Occludin、Claudin-5、ZO-1等組成的緊密連接蛋白的修飾和表達(dá)有關(guān)[56]。特別值得注意的是，缺血再灌注破壞了二硫鍵合的Occludin寡聚物組裝，從而阻止單體Occludin形成對(duì)細(xì)胞旁擴(kuò)散的物理屏障[2]。這些緊密連接組織和BBB溶質(zhì)泄漏的變化也與再灌注后腦含水量的顯著增加有關(guān)。進(jìn)一步證明，在腦缺血的環(huán)境下，BBB的破壞會(huì)導(dǎo)致血管源性水腫，導(dǎo)致IS損害加重，進(jìn)一步發(fā)展為PIS。

4 結(jié)語(yǔ)

卒中是世界致死及致殘的主要疾病之一，其中PIS作為難治性腦血管疾病，較一般卒中有著更高的致殘率及死亡率，需引起警惕。本文通過(guò)BBB的完整性因IS受到破壞后，其主要組成細(xì)胞(周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、BMECs)的生理功能變化和病理變化，來(lái)闡述BBB與PIS發(fā)生的相關(guān)性。由此為PIS的預(yù)防、發(fā)生機(jī)制、診療及預(yù)后提供新的思路，也讓PIS的相關(guān)研究應(yīng)受到更多重視。防止IS發(fā)展對(duì)改善患者神經(jīng)功能恢復(fù)、PIS的預(yù)防以及減少PIS引起的病殘甚至死亡都具有重要意義。