血脑屏障2013.11 (1)

Trojan horse hypothesis
瘦素抵抗引起的肥胖症 (Leptin-resistant induced Obesit 2.转运系统异常
William A Banks:
“…In this sense，obesity is a disease of the BBB”
The Blood-Brain Barrier as a Cause of Obesity Current Pharmaceutical Design, Volume 14, Number 16, June 2008 , pp. 1606-1614(9)
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 Alzheimer's Disease
5.其它血脑屏障相关疾病
周细胞(Pericyte)
• 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
周细胞
包裹脑微小/毛细血管30%-70%
周细胞的功能
周细胞的缩血管作用
星形胶质细胞终足(Astrocyte end-foot)
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
二、血脑屏障实验室研究与临床检测方法
1. 动物实验
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。
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
3. 临床检查方法
(1) CSF分析
(2) 影像学检查
35
Clinical 三、血脑屏障相关临床疾病 problems?
1.血液成分进入CNS
血浆蛋白
脑实质受损
病毒、细菌等
免疫细胞
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
32
高渗溶液 伊文氏蓝-白蛋白复合物
Jiang et al., 2012,Neuroscience letters
脊髓挤压伤 内源性IgG
Yao, et al, 2012, ECAM
一过性高血压 （静脉注射肾上腺素） 内源性IgG 免疫电镜结果
Kuang, et al.,2004, Int J Neurosci.
5. 促进中枢神经系统药物通过血脑屏障的策略。
改变给药途径、改变药物、改变屏障
思考题
• 血脑屏障的解剖构成如何？ • 中枢神经系统中神经元和毛细血管之间的 关系如何？ • 神经血管单元的概念和意义？ • 葡萄糖、氧、电解质、激素、蛋白等如何 通过血脑屏障？ • 如何促进一种药物通过血脑屏障？
Thank You!
Blood-brain barrier
&
Clinical problems
神经生物学教研室 魏晓燕
2015-6-17
主要内容
一、什么是血脑屏障 二、血脑屏障实验室研究与临床检查方法
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
BRAIN
占全身重量的2-3%
占全身耗能的20-30%
物质交换非常丰富

跨膜蛋白 (claudins, occludin)
锚定蛋白 (ZO-1) 骨架蛋白 (actin filament)


基膜(Basement membrane)
Collagen-V, Laminin等基质蛋白
structure
厚20-200 nm的连续膜结构
function
分隔组成BBB的诸细胞 锚定内皮细胞
L-DOPA
L-type amino acid transporter 1 (LAT 1)
enzyme
BLOOD
BBB
BRAIN
Dopamine
（3）Change the barrier
•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）
T-cells crossing the blood-barrier into the brain
Department of Neurobiology mail: xiaoywei@
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，
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-molecule pharmaceutics & 98% of small molecules
DO NOT cross the BBB
Of the 7000 drugs ( Comprehensive Medicinal Chemistry database) 5% treat the CNS ( limited to depression, insomnia and schizophrenia)
(3) Change the barrier?
59
（1）Change the route
鞘内给药
（2）Change the drugs
•转运蛋白、claudin-5
利用转运系统
•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）
药物改造
•纳米颗粒 10-100nm •脂质体（球状小囊）
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。 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。
问题：病毒如何进入脑组织？
Colored positron emission tomography (PET) scan.
Top: AIDS patient suffering from dementia. Bottom: a normal brain.
Following questions
毒素 H2O 药物
ATP
How to protect?
BRAIN
BLOOD
BCB
CSF
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的屏 障。
1. 血脑屏障的发现
1885 1913
中枢和外周毛细血管的差别
外周 内皮细胞
CNS 无窗孔、缺乏小泡
有窗孔、多小泡
内皮细胞连接
周细胞 基膜 胶质细胞
有间隙
很少 无 无
紧密连接
有 有 星形胶质细胞终足
内皮细胞含有的酶 无 类 内皮细胞是否能收 含收缩蛋白，对组织 缩 胺类药物反应为收缩
含单胺类降解酶及多种 分解酶
不含收缩蛋白，能保持 血管通透性的相对稳定
• 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 ……
5.血脑屏障各组分详解
血管腔面
a b c d 4 e 内皮细胞 紧密连接 基膜 周细胞 星形胶质细胞终足 星形胶质细胞终足
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)
炎症期
“…rather than being a disease of the immune system, MS is a disease of the blood-brain barrier .”
退变期
HIV脑病 (HIV Encephalopathy)
艾滋病痴呆综合征 (AIDS Dementia Complex, ADC)
…brain diseases account for ~ 30% of the total burden of all diseases.
四、药物通过血脑屏障的解决方法
策略
To cross the blood-brain barrier !
(1) Change the route?
(2) Change the drugs?
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。
2.血脑屏障的组成
end foot
10
2.血脑屏障的组成
Brain capillary endothelial cells & Tight junctions Basement membrane Pericytes End -feet of astrocytes
阿尔兹海默氏病 (Alzheimer’s disease)
进行性认知障碍，以神经毒性Аβ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 β (Аβ) 发挥中心作用
BBB 对Аβ的清除
Аβ内向流
3.其它血脑屏障开放的情况
51
核黄疸(kernicterus)
b.免疫细胞进入CNS
T 细胞进入脑实质
T cells through BBB
T cells in the blood vessels
—— Semin Immunopathol (2010)
多发性硬化 (Multiple sclerosis)
多发性硬化 (Multiple sclerosis)
血管
3.血脑屏障的功能
Separate CNS and blood / immune system Maintain homeostasis
BBB
Strict selective permeability
Ensure material exchange
13
4.决定血脑屏障通透性的因素
• 物质的脂溶性
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
水通道蛋白(Aquaporin, AQP)-4
AQP4/RECA/Hoechst
6.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终足组成。 分隔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。
Paul Ehrlich (1854–1915)
Edwin Goldmann (1862-1913)
1900
1921
“Bluthirnschranke”
―Hematoencephalic barrier‖
Max H. Lewandowsky
(1876 - 1916 )
Lina Stern
(1878-1968)