血脑屏障在多发性硬化发病及治疗中的作用机制（全文）.docx

血脑屏障在多发性硬化发病及治疗中的作用机制(全文)摘要多发性硬化(MS)是一种特发性中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病，目前病因尚不明确。研究显示MS的发病过程与血脑屏障的损伤有关，治疗MS的药物对血脑屏障的功能也有一定的保护作用。因此，文中结合国内外研究进展，对血脑屏障损伤在MS发病中的作用机制及治疗MS的药物对血脑屏障的作用进行综述，阐述血脑屏障与MS的关系，并提出未来MS治疗可能的发展方向。多发性硬化(multiplesclerosis,MS)是一种特发性中枢神经系统(centralnervoussystemzCNS)炎性脱髓鞘疾病，目前病因尚不明确。其发病可能与遗传易患因素有关，如主要组织相容性复合体基因人类白细胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA)DRBl*1501等位基因、HLADQAl*0102等位基因或HLADQBl*0602等位基因突变占MS发病风险的50%左右,编码IL-2和IL-7受体的基因也与MS易患性相关1L病毒前驱感染如人类疱疹病毒-4型(又称EB病毒)、水痘-带状疱疹病毒、人内源性逆转录病毒、流感病毒C型、风疹病毒等可能与MS发病有关20性别因素、维生素D缺乏在MS发病中也有作用。近期研究发现脑血管病的危险因素如1型糖尿病、血脂异常、吸烟、动脉内膜增厚等引起的分水岭区域局灶性缺血缺氧亦可能是引发MS的原因30针对MS患者的病理学及影像学研究发现，血脑屏障破坏不仅是MS的始动环节，还参与了脱髓鞘、轴索损伤、神经元变性和独立于复发的疾病进展过程。笔者从GoogleSCholar、PUbMed和MedIine中采用"bloodbrainbarrierAND,'multipleSderoSisAND"pathogenesis"OR"pathology"以及“bloodbrainbarrierANDwmultiplesclerosisAND"Therapeutics"OR"Treatment”检索式进行文献检索，从血脑屏障的结构与功能、MS中血脑屏障损伤的机制以及MS治疗药物对血脑屏障功能的影响方面进行阐述，旨在分析血脑屏障与MS的关系，为进一步科学研究和未来治疗策略提供思路。一、血脑屏障的结构与功能血脑屏障是血管和脑之间一种选择性地阻止某些物质由血液进入大脑的屏障。脑是一个富含血管的器官，脑内血管全长约644km,毛细血管作为其中最小的血管占到85%左右，这使每个神经细胞都位于血管的15-20m之内。毛细血管的内皮细胞面积约12m2,是血脑屏障所在部位4,严格控制着血管内物质进出脑实质,对CNS的内环境稳态发挥重要作用。周细胞与内皮细胞共享基底膜，管腔夕M则的基底膜由星形胶质细胞的终足包绕，内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞和细胞外基质共同组成血脑屏障，它们与神经元、小胶质细胞一同构成神经血管单元(neurovascularunit,NVU工NVU不仅对血脑屏障形胡口功能完整性保持有重要意义，也是神经活动调节局部脑血流动力学变化的结构基础5L血脑屏障的内皮细胞结构对转运物质和维持通透性有重要作用。内皮细胞可通过单纯扩散、溶质载体转运体、ATP结合盒式转运体以及胞吞转运的方式转入营养物质并排出代谢废物。内皮细胞之间通过紧密连接如密封蛋白(claudins闭合蛋白(Occludins连接黏附分子(junctionadhesionmolecules)和闭锁小带(zonulaoccludins)进行连接,脑内毛细血管内皮细胞上表达的紧密连接蛋白水平远高于其他外周血管，因此保证了血脑屏障的低通透性6o周细胞因位于毛细血管和微血管基底膜周围而得名，对调控局部微血管血流量、调节血管生成与成熟以及维持血脑屏障功能发挥作用。其表达的血小板源性生长因子受体(platelet-derivedgrowthfactorreceptor,PDGFR)与内皮细胞分泌的血小板源性生长因子-B结合后，可将周细胞募集到血管中,促进血管新生和成熟。研究显示当PDGFR被阻断后，血脑屏障通透性显著增加7o星形胶质细胞对血脑屏障的内皮细胞起支持作用，并向神经组织提供营养、维持水电解质平衡以利于神经损伤修复。它产生的音猬因子(sonichedgehog)可刺激内皮细胞紧密连接蛋白ClaUdin-5和OCCIUdin的表达，还可以减少趋化因子的表达，使内皮细胞处于免疫静息状态。当星形胶质细胞分泌的层黏连蛋白缺乏时会导致终足表达的水通道蛋白4(aquaporin4)下降，从而使内皮细胞上紧密连接蛋白减少，引起血脑屏障通透性增加8o基底膜由IV型胶原蛋白、纤维连接蛋白、层黏连蛋白和糖蛋白构成，参与血管生成、血脑屏障构成以及白细胞渗出等过程。基底膜上表达整合素受体，整合素v亚单位可通过调节Wnt通路来调节血脑屏障的功能90同时NVU可通过转化生长因子和激活素受体样激酶5(transforminggrowthfactor-activinreceptor-likekinase5促血管生成素和内皮细胞TEK酪氨酸激酶(angiopoietin-tie2E型载脂蛋白质-低密度脂蛋白受体相关蛋白1-嗜环蛋白/亲环素A-基质金属蛋白酶9(apolipoproteinE-Iowdensitylipoproteinreceptorrelatedproteinl-cyclophilinA-matrixmetalloprotein-9)等信号通路对维持和调节血脑屏障的功能起重要作用10o而血脑屏障损伤可见于MS、脑卒中、帕金森病、阿尔茨海默病等多种神经系统疾病中11o二、MS中血脑屏障损伤的机制广泛认可的MS病理机制是发病之初外周活化的T淋巴细胞通过改变血脑屏障的通透性渗入CNS,激活的淋巴细胞对髓鞘产生攻击,触发免疫反应，炎症进一步放大并自我维持。活化的淋巴细胞主要为Th细胞，其上表达的P-选择素糖蛋白配体T(P-selectinglycoproteinIigand-I)与内皮细胞上表达的选择素E、P相互作用，使T细胞与内皮细胞开始接触，T细胞在内皮细胞上进行滚动,内皮细胞上表达的CC型趋化因子如CCL21、CCLl9会激活T细胞上的G蛋白偶联受侬Gproteincoupledreceptor)并刺激整合素晚期抗原-4(verylateantigen-4,VLA-4)及淋巴球功能性抗原-I(IymPhOCytefunctionassociatedantigen1,LFA-I)表达，VLA-4和LFA-I与内皮细胞上的细胞间黏附分子(intercellularadhesionmolecule,ICAM)和血管细胞黏附分子T(vascularcelladhesionmolecule-1,VCAM-I)偶联12,使T细胞黏附在内皮细胞上。激活的T细胞可通过模拟微囊蛋白-1(Caveolin-I)跨内皮细胞穿过血脑屏障或改变内皮细胞上的OCClUdin和Claudin紧密连接蛋白，从而通过细胞旁途径穿过血脑屏障13,然后在基质金属蛋白酶(metalloproteinases,MMPs)作用下穿过神经胶质界膜进入神经元间隙。入驻CNS后的T细胞与髓鞘成分发生免疫反应并快速增殖，免疫反应产生的细胞因子、趋化因子、蛋白酶、氧自由基、一氧化氮等有害物质释放后，CNS的小胶质细胞被激活，将抗原呈递给Th细胞，Th通过受损的血脑屏障再渗出到外周募集更多活化的淋巴细胞，从而使炎症进一步扩大，引起轴索损伤、神经元退行性变等病理过程14L一直以来，MS发病之初外周活化T淋巴细胞的始动因素尚未探明，现有学者提出，MS的发病可能与脑组织局灶性缺血缺氧,触发炎性反应有关。Sheikh等15研究发现复发缓解型MS患者的血清可以使血脑屏障体外研究模型中内皮细胞的能量代谢发生改变，如释放活性氧(reactiveoxygenspecies)增加、无氧酵解途径下调以及线粒体损伤，所引起的能量供应障碍导致紧密连接蛋白功能损伤，从而使血脑屏障通透性增加。研究显示MS的病理过程与缺血性卒中相似，两者均由自身反应性T淋巴细胞进入血脑屏障,引起CNS炎性脱髓鞘、轴索损伤和神经元退行性变14o有趣的是，对缺血性卒中动物模型采用MS的治疗药物芬戈莫德、醋酸格拉替雷和阻断白细胞整合素VLA-4的抗体进行治疗，可改善卒中症状，而采用急性缺血性卒中的治疗药物组织型纤溶酶原激活剂亦可调节MS的病理过程160鉴于MS与缺血性卒中的关联，有学者认为血管因素可能是影响MS发生的重要原因。研究发现在MS的动物模型实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimentalautoimmuneencephalomyelitis,EAE)大鼠中发现脱髓鞘病变区域存在缺氧，而且脊髓病变的缺氧程度与功能残疾的严重程度呈正比17oDesai等18通过大鼠背部注射脂多糖(Iipopolysaccharide)诱导脊髓炎性脱髓鞘病变，发现病变早期存在短暂缺氧，尤其在血供较少的灰白质交界处及脊髓背侧白质纤维束，可引起血脑屏障损伤和血清蛋白如纤维蛋白原、纤连蛋白等局部渗漏，使小胶质细胞活化，活化的小胶质细胞释放细胞因子、MMPS、活性氧和一氧化氮等，进一步促进炎性反应。MS患者的脑血流量可下降20%,有研究发现反应性星形胶质细胞可上调血管收缩肽内皮素-1(endothelin-1,ET-I)从而触发小动脉收缩，因此对EAE大鼠采用ET-I受体阻滞剂治疗，发现可使其脑血流量恢复到了正常对照组水平19o缺氧与炎症的病理过程常互为因果，研究发现1型糖尿病、血脂异常、吸烟、动脉内膜增厚等这些血管病的危险因素也是MS的发病危险因素30因此血管功能障碍引发的短暂性缺氧会触发炎症，而炎症激活免疫系统又增加了组织缺氧，即Dunn实验室提出的缺氧-炎症循环，而打破这种循环将来对MS的治疗可能有效20o三、MS治疗药物对血脑屏障的影响MS的急性期治疗主要采用糖皮质激素(glucocorticoids,GCs)以减轻症状，改善残障程度，缩短病程且防止并发症发生；缓解期治疗主要为疾病修正治疗(diseasemodifyingtherapies,DMTs),包括免疫调节和免疫抑制治疗。MS急性期首选GCs治疗，可减少外周淋巴细胞分泌L肿瘤坏死因子等促炎细胞因子,同时减少CD4÷Th淋巴细胞数量。在血脑屏障水平上，GCs可下调黏附分子、VCAM-LlCAM-I和E选择素蛋白并抑制MMP-I与MMP-9表达，增加血管收缩力，减轻局部充血和白细胞外渗，亦可抑制B细胞向浆细胞转化，减少抗体的产生，从而减少体液免疫中免疫攻击复合物的产生和释放。GCs还可以诱导血脑屏障紧密连接蛋白OCCIUdin和claudin-5的表达上调，减少血脑屏障的通透性210MS缓解期对患者进行综合评估后采用适宜的DMTs药物治疗。干扰素-B(interferon-beta)是首个被批准用于MS的DMT药物,它能阻止外周血中淋巴细胞通过内皮细胞进入血脑屏障。Kraus和OSChmann等22发现干扰素-可以通过改变受损血脑屏障上闭锁小带蛋白的连接方式而维持血脑屏障功能的完整性。那他珠单抗(natalizumab)是一种单克隆抗体，可抑制淋巴细胞上4整合素与血脑屏障内皮细胞的VCAM连接,从而抑制淋巴细胞通过血脑屏障，对复发型MS效果较好，但因其可导致进行性多灶性白质脑病，限制了它在临床上的使用23o芬戈莫德(fingolimod)是首个DMTs口服药，它是1磷酸鞘氨醇(sphingosine1-phosphate,SlP)受体调节剂。CNS中的神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞均可表达SlP受体，芬戈莫德可抑制星形胶质细胞产生炎性因子及小胶质细胞活化，亦可促进少突胶质细胞的髓鞘增生与分化；在外周，它还可抑制自身反应性T淋巴细胞从淋巴结流出，因此不仅降低了血脑屏障的通透性，也对髓鞘和轴索有保护作用24o富马酸二甲酯(dimethylfumarate,DMF)是口服的DMT一线药物，通过调节核转录因子E2相关因子2(nuclearfactorerythroid2relatedfactor2)减少CNS淋巴细胞增殖和炎性细胞因子的释放，下调VCAM-I和ICAM-I的表达，抑制Th细胞通过血脑屏障。DMF还可增加对活性氧的抵抗来抑制氧化应激，也可使促炎性Ml型小胶质细胞向抗炎性M2型细胞表型转化25,从而起到抑制炎症的作用，其他DMT药物如克拉屈滨、拉嗟莫德、西波尼莫德等对血脑屏障完整的维持也有一定的保护作用。四、展望发病机制和治疗方法是MS研究的重点与热点，当前提出的MS触发因素缺氧假说以及缺氧-炎症循环理论为我们进一步开展科学研究提供了思路。血脑屏障功能障碍在MS发病过程中发挥了重要作用，目前治疗MS的许多药物对血脑屏障的功能都有一定的保护作用，但仍然无法阻止疾病进程，因此我们期待未来可以应用更加精准高效的纳米颗粒、细胞外囊泡等方式精准地调节紧密连接蛋白、内皮细胞转运体等，以维持血脑屏障的完整性，从而发挥高效的治疗作用。