腦出血后血-腦屏障通透性增高機制與藥物治療的研究進展

涂克濤 陳志穎

1）九江學院，江西 九江 332000 2）九江學院附屬醫(yī)院，江西 九江 332000

自發(fā)性腦出血（intracerebral hemorrhage,ICH）是指原發(fā)性非外傷性腦實質(zhì)內(nèi)出血，并且是腦實質(zhì)內(nèi)小血管出血以及隨后血腫形成和擴張的結(jié)果。盡管自發(fā)性ICH 在腦卒中病例中所占比例不到20%，但仍是所有卒中類型中病死率最高的，同時具有高發(fā)病率、高致殘率。血-腦屏障（blood brain barrier,BBB）結(jié)構(gòu)和功能的完整性在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中起核心作用，而BBB 破壞是ICH 后引起腦損傷的關(guān)鍵機制之一，這與預(yù)后不良密切相關(guān)。BBB 通透性的增加導致ICH 后血管源性腦水腫，之后滲出物的質(zhì)量效應(yīng)導致延遲神經(jīng)系統(tǒng)惡化。目前，許多因素與BBB 破壞有關(guān)，包括凝血酶、炎癥因子、血紅蛋白降解產(chǎn)物和基質(zhì)金屬蛋白酶等。根據(jù)腦出血的當前研究和治療現(xiàn)狀，本文闡述了ICH 后BBB 通透性增高的相關(guān)機制，以期為尋找治療靶點提供新的研究方向，并為ICH患者提供前瞻性選擇。

1 血-腦屏障（BBB）的結(jié)構(gòu)及功能

BBB 是血液與腦實質(zhì)物質(zhì)交換的動態(tài)平臺，其主要功能是維持腦穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)流入和流出運輸，以及保護腦實質(zhì)免受傷害［1］，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)不可或缺的功能守門人。BBB 的核心解剖成分是神經(jīng)血管單元，是由內(nèi)皮細胞、周細胞和星形膠質(zhì)細胞緊密的功能聯(lián)系組成的細胞集合；內(nèi)皮細胞被周細胞或平滑肌細胞包圍，此外星形膠質(zhì)細胞的延伸足突包圍了血管，并介導了神經(jīng)血管的溝通。這些不同類型的細胞之間的相互作用在神經(jīng)血管單元調(diào)節(jié)BBB滲透性。研究發(fā)現(xiàn)許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病會導致BBB連續(xù)性的中斷［2-3］，各種神經(jīng)細胞、組織間液、腦內(nèi)壓等維持正常代謝平衡都需要完整BBB 的存在，否則很容易出現(xiàn)各種神經(jīng)細胞的病理變化及腦損傷。

2 自發(fā)性腦出血（Intracerebral hemorrhage，ICH）后導致BBB通透性升高

在每次發(fā)生腦出血和隨后的腦損傷中，凝血酶原分解為凝血酶是止血和血栓形成的關(guān)鍵步驟，但是大量激活的凝血酶卻顯著損害BBB 的完整性［4］；炎癥的激活在BBB 損害起著關(guān)鍵的作用，包括小膠質(zhì)細胞的激活、各種炎癥介質(zhì)的上調(diào)及破壞緊密連接蛋白導致BBB 通透性增高等；水通道蛋白促進BBB 通透性的增加及腦水腫的形成；紅細胞釋放的血紅蛋白和血紅蛋白來源的血紅素以及鐵的毒性導致腦出血后神經(jīng)元及白質(zhì)損傷、BBB 破壞和功能下降［5-6］；基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）促進腦損傷后的炎癥級聯(lián)反應(yīng)。針對上述BBB通透性增高機制，進行了大量的研究。

2.1 血紅蛋白血紅蛋白釋放后可導致腦損傷，隨之降解產(chǎn)生血紅素等毒性物質(zhì)可誘導炎性損傷，同時伴有腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）依賴［7］，致使BBB破壞。此外，鐵沉積和鐵介導的羥基自由基是所有氧自由基中反應(yīng)性最強的，可以激活MMPs及隨后的誘導分解緊密連接，并導致氧化應(yīng)激［8］，從而導致BBB 的通透性的增高。血紅蛋白誘導的神經(jīng)毒性被認為在腦出血的病理生理學中有重要作用，增加血紅蛋白的清除和/或減輕其毒性在治療上尤為重要。

2.2 凝血酶腦出血時，凝血酶對BBB 的作用主要由蛋白酶激活受體家族介導［9］，尤其是蛋白酶激活受體-1（PAR-1）亞型，并誘導閉鎖小帶（ZO-1）和VE-鈣黏蛋白表達的降低，從而使BBB通透性增加；在ICH期間，凝血酶也可通過PAR-1 增加腦內(nèi)皮細胞內(nèi)鈣離子，誘導肌動蛋白應(yīng)力纖維形成，破壞連接這些細胞的緊密連接［10］，進而增加BBB 通透性。然而目前我們對凝血酶在大腦中的確切來源和確切功能知之甚少。因此進一步研究血管外凝血酶及其受體作為治療策略是有必要的，特別是在腦出血中。

2.3 炎性因子腦出血后，炎癥最初由M1小膠質(zhì)細胞驅(qū)動，分泌細胞因子［如白介素-1β（IL-1β）和腫瘤壞死因子-α）］參與細胞外基質(zhì)、細胞完整性和BBB的破壞。在早期，小膠質(zhì)細胞扮演顱內(nèi)吞噬細胞的角色，通過清除血細胞和其他小分子來保護腦組織［11］；而在中晚期，小膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為炎性細胞并釋放含有pyrin 結(jié)構(gòu)域-3（NLRP3）的炎性小體［12］，分泌大量促炎因子破壞血管內(nèi)皮，而且促炎因子的直接吞噬作用和間接作用會通過血腫周圍BBB通透性的增加促進了水腫的形成，這加劇了腫塊效應(yīng)，通過繼發(fā)性缺血增加細胞死亡過程［13］，并進一步對周圍腦組織產(chǎn)生炎癥損傷。因目前對于BBB 通透性升高機制探索不夠透徹，故很難做到對炎癥級聯(lián)反應(yīng)的合適描述。

2.4 基質(zhì)金屬蛋白酶腦出血后，自由基如活性氧等小分子可以觸發(fā)MMPs的激活，導致BBB的破壞［6］；而MMPs的激活（主要是MMP-3和MMP-9）負責神經(jīng)血管基質(zhì)的降解，通過過度的蛋白水解活性導致血管壁損傷，促進BBB通透性增加，進而導致水腫和白細胞向腦實質(zhì)外滲［14］。最新研究發(fā)現(xiàn)腦出血后MMP-2/MMP-9 表達增加，通過異常裂解營養(yǎng)不良聚糖增加使其表達減少，促進基底細胞膜成分降解和加劇BBB的破壞［15］，并且在發(fā)病早期MMP-2與IL-6、TNF-α以及腦水腫體積呈正相關(guān)［16］。值得注意的是，到目前為止，我們對不同的MMPs在腦出血后繼發(fā)性腦損傷和恢復(fù)的病理生理學中所扮演的時間特異性作用還沒有明確的認識。

2.5 水通道蛋白腦出血后可能伴有抗利尿激素激活［17］，使水通道蛋白介導穿過BBB的水通量增加，并增加毛細血管通透性，從而形成血管源性腦水腫。既往研究表明［18］，水通道蛋白4（Aquaporin-4）的過表達可能是BBB 破壞的主要因素。盡管在BBB 中，星形膠質(zhì)細胞利用AQP-4 來維持顱內(nèi)液體穩(wěn)態(tài)，但KOIKE等［19］為水通道蛋白在大腦中介導的水轉(zhuǎn)運機制提供了一種新的見解：AQP-11的缺失導致水轉(zhuǎn)運減少而下調(diào)AQP-4 在BBB 中的表達。因此，我們認為腦出血后AQP-11 的上調(diào)與BBB 通透性增加和水腫形成有關(guān)。然而，AQP-11在BBB功能和水腫形成中的確切作用需要進一步闡明。

2.6 緊密連接蛋白腦血管內(nèi)皮細胞對BBB 功能至關(guān)重要，其通過內(nèi)皮細胞和特定轉(zhuǎn)運體之間的緊密連接和低水平的胞吞噬［20-21］限制分子從血液進入腦組織。緊密連接蛋白被認為是維持BBB通透性最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)。MANAENKO等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠腦出血后24 h 和72 h 可檢測到VE-鈣黏蛋白降解，在腦出血后72 h 可檢測到claudin-3 和occludin 降解。同時ICH 后激活內(nèi)皮細胞，誘導肌動蛋白細胞骨架的重排，肌動蛋白束的收縮導致內(nèi)皮細胞之間形成細胞間隙，從而使BBB 的通透性升高。緊密連接蛋白是BBB 的直接成分，各種原因?qū)е碌木o密連接蛋白損害，均可以造成BBB 的損害。盡管有許多研究表明腦出血后緊密連接蛋白丟失，但其丟失的發(fā)生時間和持續(xù)時間尚未確定，仍需進一步探索。

3 調(diào)控BBB通透性的藥物

ICH 后BBB 完整性破壞和通透性升高是ICH 后病理生理改變的重要環(huán)節(jié)，腦出血后腦實質(zhì)損傷的嚴重性與復(fù)雜性越來越受到重視，通過降低BBB 的通透性，可以減少腦組織受循環(huán)血液中有害物質(zhì)的損害。因此，我們總結(jié)了針對不同病理機制調(diào)控BBB通透性的藥物。

3.1 米諾環(huán)素米諾環(huán)素相對容易地穿過BBB，通過減少腦內(nèi)鐵超載，降低小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)及抑制MMPs［23-24］，從而提供神經(jīng)保護和保護BBB。近來研究發(fā)現(xiàn)在ICH 模型和培養(yǎng)的大鼠小膠質(zhì)細胞中，米諾環(huán)素降低了分泌型蛋白Dickkopf-1的表達，并增強了Wnt1-β-連環(huán)蛋白活性，表明Dickkopf-1 是其用于降低BBB 水腫的靶點之一［25］。LI等［26］研究也證實了這一觀點，即Dickkopf-1缺乏可減少腦水腫和BBB破壞。多項臨床試驗［27-29］顯示米諾環(huán)素是一種有前景的神經(jīng)保護劑，但其有效性和安全性還需要進一步試驗。

3.2 辛伐他汀辛伐他汀具有抗炎及抗氧化應(yīng)激作用［30］。近來研究顯示辛伐他汀在體內(nèi)和體外均能增加過氧化物酶體增殖劑活化受體（PPAR-γ）激活，促進M2小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞極化，增強小膠質(zhì)細胞誘導的紅細胞吞噬功能，進而增加血腫清除能力，維持BBB的完整性［31］。臨床試驗表明辛伐他汀治療可使炎癥因子IL-4、IL-6、IL-8 和IL-10 水平下降并改善腦水腫［32］，可能通過這一機制降低BBB 的通透性。盡管他汀類藥物治療是否能改善腦出血的預(yù)后還存在爭議，然而越來越多的臨床證據(jù)［33-34］表明腦出血后使用他汀類藥物是安全的，具有良好的應(yīng)用前景。

3.3 格列本脲格列本脲可以減少腦水腫，并具有抗氧化作用［35］。動物實驗表明，格列本脲能完整地保護BBB［36-37］，減少體外蛋白誘導的促炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，并改善實驗性ICH后的神經(jīng)結(jié)果。FULIN等［38］研究發(fā)現(xiàn)格列本脲通過減少了血紅素誘導的內(nèi)皮細胞死亡及IL-1β、IL-18、IL-6 和TNF-α的產(chǎn)生，顯著降低了NLRP3 炎癥小體的上調(diào)以及caspase-1 的表達，這樣有助于維持BBB完整性和減少腦出血損傷。格列本脲在腦出血的臨床治療中尚未得到驗證，但其仍具有保護腦出血后BBB的潛力。

3.4 去鐵胺去鐵胺主要是穿過BBB 并螯合鐵離子，與鐵和含鐵血黃素形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而降低神經(jīng)組織中的鐵積累［39-40］，并降低小膠質(zhì)細胞CD163的表達和入侵凝塊內(nèi)巨噬細胞的表達，其通過這一機制發(fā)揮多種神經(jīng)保護功能。而動物實驗［41］表明，去鐵胺保護BBB可能是其抗炎機制的一部分。臨床試驗表明去鐵胺可能是治療腦出血水腫的有效方法［42-44］。由于去鐵胺治療仍是一種新的、有潛力的腦出血治療方法，且許多研究仍處于早期階段，因此符合納入條件的臨床試驗較少。

3.5 考尼伐坦考尼伐坦是一種抗利尿激素受體拮抗劑，而抗利尿激素通過調(diào)節(jié)毛細血管的通透性來維持腦內(nèi)水分含量。其通過V1a和V2受體聯(lián)合阻斷作用：同時調(diào)節(jié)腦血管張力及升高血漿鈉水平和滲透壓，進而減輕腦水腫，改善腦區(qū)的血流量，并下調(diào)MMP-9 以及增加ZO-1 和occludin 的表達［45］，防止繼發(fā)性腦損傷和BBB 破壞［46］。最近的一項I 期臨床試驗［47］證實了考尼伐坦治療腦水腫的安全性。目前迫切需要開展抗利尿激素受體拮抗劑的Ⅱ期臨床試驗，進一步探討其對腦出血患者的療效。

3.6 其他相關(guān)研究另外一些關(guān)于腦出血后針對保護BBB的藥物治療的研究正在進行中，如丙戊酸鈉［48］、熱休克蛋白-8［49］、黑皮質(zhì)素-1受體激動劑［50］、重組人胰島素樣生長因子-1［51］以及P2X7 核苷酸受體激動劑［52］等，可通過保護內(nèi)皮緊密連接蛋白或增加其表達，或減輕神經(jīng)炎癥以及腦水腫，進而保護血腦屏障的完整性，但均需要進一步探索其安全性和有效性。

4 總結(jié)與展望

目前腦出血藥物治療的臨床研究主要針對腦出血損傷機制而研發(fā)新型藥物，多種內(nèi)源性機制可減輕BBB 通透性相關(guān)病理，但單用這些療法的效果差強人意。隨著研究的逐漸深入，仍有導致BBB 通透性增高的其他機制需要進一步去探索，如微小RNA 與腦水腫的形成機制以及腦出血后由氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥和自噬等引起的線粒體功能障礙的病理機制，這有助于對機制的深入理解，以期尋找更新更有效的治療靶點，且BBB 保護劑到臨床上的應(yīng)用還仍需進一步努力，將藥物轉(zhuǎn)化為人體研究進行臨床評估，同時增加藥物的療效與安全性成為必然的選擇。