血脑屏障课件

1、Blood-brain barrier& Clinical problems血脑屏障及相关临床问题神经生物学教研室 魏晓燕2022/9/30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%Following questions毒素药物有害物质H2O气体葡萄糖ATP氨基酸How to protect?BRAINCSFBLOODBBBCBBBCB 一、什么是血脑屏障血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)：在血液和脑之间，选择性地阻止某些物质由血进入脑

2、的屏障。 1. 血脑屏障的发现Paul Ehrlich (18541915) 1885Edwin Goldmann(1862-1913)1913Lina Stern (1878-1968)1921Max H. Lewandowsky(1876 - 1916 )“Bluthirn-schranke”1900“Hematoence-phalic barrier”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。end foot2.血脑屏障的组成102.血脑屏障的组成Brain capillary endothelial cells & Tight jun

3、ctionsBasement membranePericytesEnd -feet of astrocytes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BBBMaintain homeostasisStrict selective permeabilityEnsure material exchangeSeparate CNS and blood /i

4、mmune system3.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(Endothelial cell)内皮细胞膜上的转运体系紧密连接(Tight junction) 跨膜蛋白 (claudins, occludin) 锚定蛋白 (ZO-1) 骨架蛋白 (actin filament)分隔组成BBB的诸细胞锚定内皮细胞functionCollagen-V, Laminin等基质蛋白 厚20-200 nm

5、的连续膜结构structure基膜(Basement membrane)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(Astrocyte end-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

6、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（Evans Blue）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 Electron microscopy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, et al, 2012, ECAM高渗溶液伊文氏蓝-白蛋白复合物Jiang et al., 2012,Neuroscience letters一过性高血压（静脉注射肾上腺素）内源性IgG免疫

7、电镜结果Kuang, et al.,2004, Int J Neurosci.(1) CSF分析(2) 影像学检查3. 临床检查方法35Clinical problems?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 Semin Immunopathol (2010) T cells in the blood vesselsT cells throu

8、gh BBB多发性硬化 (Multiple sclerosis)多发性硬化 (Multiple sclerosis)炎症期退变期“rather than being a disease of the immune system, MS is a disease of the blood-brain barrier .”艾滋病痴呆综合征 (AIDS Dementia Complex, 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。Colored positron emission tomography (PET) scan. Top: AIDS patient

9、 suffering from dementia.Bottom: a normal brain. HIV脑病 (HIV Encephalopathy)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。Trojan horse hypothesis瘦素抵抗引起的肥胖症 (Leptin-resistant induced Obesity)2.转运系统异常“In this sense，obesity is a disease of the BBB” William A Banks:The Blood-Brain Barrier as a Cause o

10、f Obesity Current Pharmaceutical Design, Volume 14,Number 16, June 2008 , pp. 1606-1614(9) 阿尔兹海默氏病 (Alzheimers disease)进行性认知障碍，以神经毒性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。Amyloid peptide () 发挥中心作用内向流 BBB对的清除 BBB对 清除减弱是 寡聚体形成的主要原因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

11、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 (Neurovascular Unit)神经血管单元 (Neurovascular Unit，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。NVU in Alzheimers Disease5.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Nearly all large-molecu

12、le pharmaceutics & 98% of small molecules DO NOT cross the BBBbrain diseases account for 30% of the total burden of all diseases.Of the 7000 drugs ( Comprehensive Medicinal Chemistry database) 5% treat the CNS ( limited to depression, insomnia and schizophrenia)四、药物通过血脑屏障的解决方法To cross the blood-brai

13、n barrier !How?(2) Change the drugs?(1) Change the route?策略(3) Change the barrier?59鞘内给药（1）Change the route 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）Change the drugs纳米颗粒 10-100nm脂质体（球状小囊）药物改造enzymeL-type amino acid transporter 1 (LAT 1)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）Change the barrier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