创伤性脑损伤与血脑屏障关系的研究进展

许泽艳，杨志贤，廖承德，丁莹莹

(昆明医科大学第三附属医院，昆明650118)

创伤性脑损伤(TBI)是一种由于外伤而导致脑部损伤的疾病，多见于儿童和青少年[1]，可致患者直接死亡或有幸长期存活却伴随不同程度的严重并发症。每年全球TBI发生率超过294/10万人[2]。脑组织与血脑屏障(BBB)联系密切，TBI发生后会造成BBB破坏，从而引起脑水肿、神经炎症及神经细胞死亡等继发性病理生理反应。不仅如此，有研究报道TBI后BBB的开放可持续数年且与神经退行性疾病(如外伤性癫痫、帕金森病等)的发生有关[3,4]。BBB破坏是TBI后重要的病理生理变化之一，其既是TBI发生后导致的后果，亦是进一步加重TBI损伤的重要原因之一。因此，促进BBB修复有可能预防TBI的二次损伤和改善神经功能恢复。现就TBI与BBB关系的研究进展综述如下。

1 TBI与BBB

1.1 TBI后BBB微环境变化 BBB是位于血浆与脑细胞间的屏障结构，主要由脑微血管内皮细胞、星形胶质细胞、周围小胶质细胞、周细胞和基膜等构成。BBB能精准调控脑微血管与脑组织间物质交换和分子转运，对维持中枢神经系统内微环境稳态及保护脑组织免受血液中有害物质侵害有重要的作用。

TBI后BBB的破坏已被研究证实。BBB的微环境在TBI发生后改变，如紧密连接蛋白的下调和移位、周细胞的迁移及星形胶质细胞足突的降解等，这些病理生理机制使BBB的功能受到破坏，分子交换机制出现障碍，外周炎症细胞(如中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞等)迁移进入脑实质，血源性物质如白蛋白、纤维蛋白原、凝血酶、免疫球蛋白和谷氨酸等物质同样渗透入脑实质。此外，部分调节因子(如水通道蛋白、基质金属蛋白酶等)亦可通过影响血管内皮细胞的转运系统和酶系统的作用，参与BBB功能的破坏从而介导脑水肿形成[5]。以上这些病理变化导致脑水肿并引发神经炎症、神经细胞死亡等反应，随后导致继发性脑损伤。有研究观察到TBI后BBB的开放呈双相性变化[6]，但亦有研究未监测到BBB的二次开放，此可能与BBB损伤的程度不同或脑损伤后的自我应答机制有关。

1.2 脑水肿 近年来研究表明，TBI后脑水肿的产生和发展与BBB破坏有直接联系。BBB破坏早期，除了机械性损伤外，血管中花生四烯酸、缓激肽、组胺等各种血管源性物质通过胞饮作用或破坏血管紧密连接的方式，使BBB结构及功能进一步失调；血管内蛋白质和水等物质向血管外渗漏，外周免疫细胞迁移进入脑组织等，大量液体蓄积血管外细胞外间隙，造成血管源性水肿。此外，部分与BBB功能紧密相关的蛋白异常亦会影响脑水肿的发生发展。由星形胶质细胞产生的水通道蛋白4(AQP4)是控制水分子进出脑组织的主要膜蛋白，当BBB破坏后会出现AQP4表达异常，从而介导脑水肿发生[7]。由内皮细胞、周细胞、神经胶质细胞表达的基质金属蛋白酶( MMPs)会破坏BBB的紧密连接和基膜，从而进一步加重脑水肿。Wei等[8]发现脑水肿的出现晚于BBB的开放，两者存在不同步现象；另外，BBB破坏可能是TBI后细胞毒性水肿的驱动因素。因此，TBI后BBB破坏与脑水肿的发生发展有密切联系。

脑水肿的形成是TBI高致残率和病死率的重要原因，临床一半以上的重度TBI患者死于脑水肿[9]。由于有颅骨的限制，脑水肿导致的脑体积增大使得颅内压升高，压迫脑血管，使得脑组织氧供减少，引起额外的缺血缺氧性损伤；临床表现为脑水肿、颅内压增高和脑灌注压下降，严重威胁患者的生命安全。

1.3 神经炎症 一直以来，BBB被认为是隔离脑组织与免疫系统间的屏障结构，但目前学者逐渐认识到BBB在被破坏后具有介导神经炎症的作用[10]。TBI后BBB的开放往往与神经炎症同时存在，动物实验证明伤后BBB的开放将使外周白细胞渗入损伤部位并发挥作用，TBI后数小时内炎症机制启动，并持续数周甚至数年[11]。白细胞迁移进入脑组织后，会释放促炎症细胞因子、细胞毒性蛋白酶等物质，激活周围的小胶质细胞和星形胶质细胞[12]。活化的小胶质细胞具有类似巨噬细胞的吞噬作用，其进一步释放趋化因子、黏附分子等物质，招募更多的同种类型细胞，使得BBB通透性进一步增加。此外，活化的小胶质细胞还可激活和上调基质金属蛋白酶的表达，降解血管壁基膜，增加BBB通透性，促进脑水肿的发生。

2 TBI、BBB与神经退行性疾病

2.1 阿尔茨海默病(AD) AD是一种以认知功能损害为特征的神经退行性病变，临床数据早已证实TBI会增加AD发生的风险，尤其是中至重度TBI[13]。主要依据：β-淀粉样蛋白(Aβ)在脑内的聚集是AD的主要病理过程，且Aβ跨BBB转运异常被认为是AD发病的中心环节，而BBB通透性增加恰好会提高Aβ在脑内的聚集。近年通过对BBB上Aβ转运体的研究发现，晚期糖化产物受体(RAGE)和低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)显示出很强的转运能力。RAGE / LRP1受体转运系统及以BBB为核心组分的神经血管单元系统的功能异常或衰退被认为可能上调了脑内Aβ水平，导致中枢微环境失衡，从而更易诱发AD[14]。尽管如此，BBB通透性增加在AD病理中的具体作用机制尚不完全清楚，但这些研究至少表明BBB通透性的改变在神经退行性疾病中起重要的媒介作用。

2.2 外伤性癫痫(PTE) 癫痫是中枢神经系统中过多的神经元异常同步放电导致的发作性疾病，其中50%以上由脑损伤引起，TBI后发生过1次癫痫的患者2年内发生第2次的几率高达86%，长期缓解率为25%～40%。癫痫发生的频率和严重性与BBB破坏程度呈正相关[15]。目前认为，BBB破坏在外伤性癫痫发生病理机制中起重要作用。用DCE-MRI连续检测癫痫发生后第1天到第6周患者情况，发现多处脑区存在BBB渗漏的情况，并在显微镜下通过荧光素的渗漏实验得到证实。癫痫发作间期，渗漏程度虽有减轻，但仍会持续数周至数月[16]。

BBB破坏后血清白蛋白外溢到血管外聚集，直接作用于脑组织可能是PTE发生的重要因素[17]。渗出后的血清白蛋白与星形胶质细胞上的转化生长因子β受体( TGF-βR)相结合，将会激活TGFB信号通路，从而引起胶质细胞激活和增生。BBB开放程度越大，血清白蛋白外渗越多，胶质细胞增生就越明显，而激活的星形胶质细胞神经兴奋性增高，最终可引发癫痫发作。由此可见，BBB的破坏在PTE发生发展过程中扮演重要角色。

3 介导BBB通透性变化的分子机制

3.1 VEGF调控 VEGF是一种对促进血管内皮细胞分裂增值的生长因子，有研究证明VEGF亦可在神经系统疾病中介导BBB的破坏，在脑组织缺氧的情况下，VEGF可通过直接作用于BBB的紧密连接结构的方式增加血管的通透性[18]。Jiang等[19]研究发现，外源性的VEGF可引起大鼠BBB通透性增加。此外，Gao等[20]研究发现血管内皮细胞生长抑制因子(VEGI)在TBI时通过部分抑制TLR4/NF-κB信号通路发挥减轻炎症损伤和稳定BBB的作用。临床上常规应用于脑损伤急性脑水肿治疗的糖皮质激素亦可通过调节VEGF表达来稳定BBB，从而达到减轻脑水肿的目的。间充质干细胞疗法在脑损伤的治疗中，亦可通过调控VEGF表达从而发挥稳定BBB的作用[21]。

3.2 AQP4表达异常 AQP4是星形胶质细胞足突表达的一种疏水性蛋白，主要调控脑内细胞内外的水平衡。BBB破坏后AQP4表达异常，将引起过多的水分进入脑组织和细胞内多余水分的清除障碍，进而发生脑水肿。Liang等[22]研究发现，在TBI急性期，AQP4的缺失可减少细胞死亡和水分的蓄积，同时星形胶质细胞肿胀减轻、病灶体积会有所缩小。此外，Yao等[23]研究发现脑损伤后AQP4(-/-)小鼠的水肿程度较轻，预后好于AQP4(+/+)小鼠。由此看出BBB破坏后引起的AQP4表达异常在TBI后脑水肿的发生发展过程中发挥重要作用，控制AQP4的表达将有可能影响TBI的远期预后。

3.3 MMPs介导 MMPs是一组锌原子依赖性内肽酶，由内皮细胞、周细胞等表达，能选择性作用于多种细胞外基质成分，其中MMPs2和MMPs9与BBB的通透性变化密切相关。脑损伤后MMPs表达量增加，引起BBB通透性增加，从而介导脑水肿和神经炎症的发生。Lee等[24]研究发现，MMPs9抑制剂在重度脑损伤大鼠模型中显著降低了损伤病灶体积，且改善了预后。Wiggins-Dohlvik等[25]研究发现TNF-α能增加血管单层通透性、破坏BBB紧密连接、诱导纤维肌动蛋白应力纤维形成和活化MMPs和Caspase-3。但当MMPs被抑制后，TNF-α所致的改变将会减轻，说明MMPs在介导BBB破坏及TBI其他病理生理过程扮演重要角色。

综上所述，TBI的发展是一个连续渐进的过程，其中BBB的破坏始终贯穿于这一过程中并影响疾病的远期预后。减轻脑损伤后BBB的损伤,有效控制这一病理生理过程,对于脑损伤的治疗及预后有重要意义。