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        脊髓損傷后血脊髓屏障病變機(jī)制研究進(jìn)展

        2015-12-15 21:55:47劉明明建綜述黃桂成審校
        關(guān)鍵詞:頸髓內(nèi)皮素通透性

        劉明明,程 建綜述,馬 勇,黃桂成審校

        ◇綜 述◇

        脊髓損傷后血脊髓屏障病變機(jī)制研究進(jìn)展

        劉明明1,2*,程 建3*綜述,馬 勇1,黃桂成1審校

        脊髓損傷常會(huì)遺留神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥,甚至導(dǎo)致患者癱瘓,其病理過(guò)程包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。繼發(fā)性損傷是引起脊髓病變的主要原因,往往導(dǎo)致脊髓無(wú)法恢復(fù)正常功能,而繼發(fā)性損傷與血脊髓屏障形態(tài)與功能的異常變化密切相關(guān)。通過(guò)回顧近些年關(guān)于血脊髓屏障的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究,對(duì)脊髓損傷后血脊髓屏障的病理變化及發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

        脊髓損傷;血脊髓屏障;繼發(fā)性損傷;病理生理學(xué)

        脊髓損傷是臨床常見病,受傷者以中青年居多,最常見原因?yàn)榻煌ㄊ鹿?,隨著社會(huì)的快速發(fā)展,其發(fā)病率正逐年增高。而脊髓損傷常會(huì)導(dǎo)致患者終生癱瘓,給患者帶來(lái)巨大痛苦。目前臨床上對(duì)于脊髓損傷的治療仍是一個(gè)難題,因此,對(duì)脊髓損傷的病理變化及修復(fù)過(guò)程的研究成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。脊髓損傷包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。原發(fā)性損傷是指機(jī)械暴力直接作用于脊髓所造成的局部組織的破壞,包括損傷區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞、軸突及血管等;繼發(fā)性損傷發(fā)生于原發(fā)性損傷后,各種有害因子進(jìn)入脊髓實(shí)質(zhì),造成脊髓組織的水腫、缺血低氧,脊髓進(jìn)一步損害,形成數(shù)倍于原發(fā)性損傷的壞死區(qū)。對(duì)繼發(fā)性損傷的防治是治療脊髓損傷的重要環(huán)節(jié)。研究[1]表明,在脊髓損傷后會(huì)引起微血管變化,繼而影響血脊髓屏障(blood spinal cord barrier,BSCB)的形態(tài)和功能,BSCB的改變是導(dǎo)致脊髓繼發(fā)性損傷的重要病理生理基礎(chǔ)之一,繼發(fā)性損傷與BSCB的病理變化密切相關(guān)[2]。該文就BSCB的生理功能及脊髓損傷后的病理變化進(jìn)行綜述。

        1 BSCB的生理功能

        BSCB是中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的屏障結(jié)構(gòu),與血腦屏障類似,其主要由內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管周圍的小膠質(zhì)細(xì)胞以及基膜組成。BSCB位于毛細(xì)血管水平,由特化的內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成,其形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)是相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接。內(nèi)皮細(xì)胞腔面富含多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物,此帶負(fù)電荷的復(fù)合物,排斥同樣帶負(fù)電荷的血漿蛋白,能有效地阻止血漿蛋白等大分子的運(yùn)動(dòng),限制和調(diào)節(jié)髓外分子進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[3],有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的穩(wěn)定。BSCB功能受多因素調(diào)節(jié),包括血管內(nèi)皮細(xì)胞因子、炎性介質(zhì)、局部化學(xué)因素、神經(jīng)調(diào)節(jié)因素等[4]。

        2 脊髓損傷后BSCB的病理變化

        脊髓損傷后BSCB的破壞主要與血管的機(jī)械損傷相關(guān)[5]:脊髓損傷后血管周圍基底膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬,血管壁連接松散,這種改變可促進(jìn)炎癥因子等進(jìn)入脊髓實(shí)質(zhì)[6],進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)擴(kuò)大,使脊髓暴露于炎癥細(xì)胞的毒性作用中,還有如跨毛細(xì)血管內(nèi)皮小泡運(yùn)輸增加等。早在1978年,Griffiths et al[7]就指出BSCB的改變與脊髓水腫的形成、神經(jīng)細(xì)胞的損害密切相關(guān)。BSCB的開放有其特點(diǎn)[8]:分布于內(nèi)皮細(xì)胞腔面的多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物所帶的負(fù)電荷短暫消失,血漿蛋白無(wú)選擇性的溢入脊髓。對(duì)于循環(huán)中的不同因子,脊髓損傷后BSCB開放時(shí)程長(zhǎng)短不等,并且不局限于損傷部位,而是沿著脊髓縱軸的損傷區(qū)向頭尾側(cè)延伸[9]。

        Evans藍(lán)在生理情況下不能透過(guò)BSCB,只有在BSCB破壞后才可滲漏到脊髓組織當(dāng)中。因此通過(guò)測(cè)定脊髓損傷后脊髓組織中Evans藍(lán)的含量,可間接反映BSCB的完整性及變化過(guò)程。

        邵為等[10]在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)Evans藍(lán)含量在術(shù)后3 h時(shí)即出現(xiàn)升高,術(shù)后72 h Evans藍(lán)外滲達(dá)到高峰,表明脊髓損傷后3 h BSCB的完整性即遭到破壞,其后72 h BSCB的破壞達(dá)到高峰。王子田等[11]也通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),脊髓損傷后8 h損傷面積明顯擴(kuò)大,傷后72 h面積達(dá)頂峰,1周后面積回縮。認(rèn)為BSCB在傷后72 h開放達(dá)高峰,一周后逐漸恢復(fù)正常。趙宇等[12]也認(rèn)為脊髓損傷后BSCB的開放是暫時(shí)的,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí),BSCB在脊髓損傷72 h內(nèi)開放,1周后BSCB由于功能重建而關(guān)閉,由此推斷,脊髓損傷后72 h可能為硬膜外給藥的有效治療時(shí)間窗。葛冠群等[13]通過(guò)在大鼠脊髓撞擊傷模型中靜脈注射兔免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)外源性示蹤劑和鼠IgG內(nèi)源性示蹤劑,用免疫熒光雙標(biāo)顯示兩種示蹤劑在脊髓中的分布,發(fā)現(xiàn)損傷剛發(fā)生時(shí)血液漏出物集中在原發(fā)損傷區(qū),24 h BSCB損傷范圍明顯的擴(kuò)大,至72 h損傷范圍達(dá)到最大。用不同的實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了BSCB損傷的過(guò)程。

        但也有學(xué)者對(duì)于BSCB的病理變化過(guò)程有不同的認(rèn)識(shí)。Figley et al[5]在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn),脊髓組織中Evans藍(lán)含量在脊髓損傷后24 h最高,認(rèn)為損傷后24 h BSCB的破壞達(dá)到高峰,一直維持到脊髓損傷后5 d;且通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微血管數(shù)量和功能在損傷后24 h顯著降低,損傷后10 d內(nèi)源性血管再生輕微增加。李建峰等[14]在脊髓空洞癥模型中發(fā)現(xiàn)脊髓組織中Evans藍(lán)含量在術(shù)后第3天開始增高,第7天達(dá)到高峰,持續(xù)到第14天,說(shuō)明第7天BSCB的破壞達(dá)到高峰,而且,通過(guò)實(shí)驗(yàn)[14-15]證實(shí),這個(gè)變化過(guò)程與脊髓水腫程度的變化趨勢(shì)一致。王航輝等[16]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),大鼠脊髓損傷模型中Evans藍(lán)含量在受傷后即開始增高,第7天達(dá)到高峰,與脊髓組織含水量呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。

        3 BSCB病變的相關(guān)因子

        脊髓損傷后在損傷區(qū)可出現(xiàn)各種生物化學(xué)物質(zhì),導(dǎo)致BSCB結(jié)構(gòu)與功能的異常,除與血管的直接機(jī)械損傷有關(guān),多種因子同時(shí)參與了BSCB通透性的改變,主要包括細(xì)胞因子及血管活性肽。

        李建峰等[14]通過(guò)免疫組織化學(xué)、RT-PCR技術(shù)檢測(cè)脊髓損傷組織中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial grouth factor,VEGF)的蛋白及mRNA含量,結(jié)果顯示術(shù)后第1天表達(dá)即有明顯升高,第3天、第7天、第14天呈強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá),第7天達(dá)高峰;而且,通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出,VEGF表達(dá)與脊髓含水量和Evans藍(lán)含量之間也存在明顯的正相關(guān)性,提示VEGF高表達(dá)在BSCB功能和結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程中起著重要影響。VEGF調(diào)節(jié)BSCB的作用機(jī)制可能通過(guò)以下幾方面:抑制內(nèi)皮細(xì)胞連接蛋白的表達(dá),破壞緊密連接的結(jié)構(gòu)和功能,使細(xì)胞間連接開放[17-18];VEGF可以促進(jìn)肌動(dòng)蛋白收縮纖維的重組,使細(xì)胞收縮變圓,細(xì)胞間隙增寬;可以增加內(nèi)皮細(xì)胞開窗,導(dǎo)致非開窗內(nèi)皮細(xì)胞的開窗形成[19]。

        肖建如等[20]通過(guò)建立頸髓損傷模型,發(fā)現(xiàn)頸髓損傷后傷區(qū)及鄰近頸髓組織血小板活化因子(platelet activating factor,PAF)含量成倍增加,加速微血管內(nèi)血小板活化,促使血栓形成,導(dǎo)致局部缺血、低氧,引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損害,血管通透性增加。此外,PAF還可直接刺激微血管收縮,促使傷區(qū)及鄰近脊髓血流量減少,局部區(qū)域缺血、低氧,這些都會(huì)導(dǎo)致BSCB的破壞。另一項(xiàng)研究[21]顯示,PAF可能是通過(guò)增加白細(xì)胞黏附分子(endothelial leukocyte adhesion molecule,ELAM)-1 mRNA和細(xì)胞間黏附分子(intercellular adhesion molecule,ICAM)-1 mRNA在血管內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)而起作用的。ICAM-1與ELAM-1可以介導(dǎo)白細(xì)胞的活化及其與血管壁的黏附,導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附性增加并保持于高黏附狀態(tài),引起血管滯留大量中性粒細(xì)胞,血管壁通透性增高,BSBC破壞。在頸髓損傷模型中,通過(guò)使用PAF受體拮抗劑,可以改善脊髓損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù),有效抑制繼發(fā)損傷的產(chǎn)生[22]。邵為等[10]也發(fā)現(xiàn),造模后6 h脊髓組織中ICAM-1表達(dá)明顯增多,24 h達(dá)到高峰。其認(rèn)為脊髓損傷后ICAM-1表達(dá)上調(diào),引起B(yǎng)SCB的破壞,一方面是由于損傷區(qū)域聚集白細(xì)胞、堵塞微循環(huán)通道;另一方面活化的白細(xì)胞可能會(huì)釋放氧自由基及蛋白水解酶等有害物質(zhì),引起局部血管病變,導(dǎo)致血管通透性增加,進(jìn)一步破壞BSCB。

        邵擎東等[23]在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn),脊髓損傷后組織中內(nèi)皮素-1 mRNA、內(nèi)皮素受體-A mRNA表達(dá)均明顯增加,其變化趨勢(shì)與傷后脊髓組織Evans藍(lán)含量及脊髓組織含水量的變化規(guī)律基本一致,表明內(nèi)皮素及其受體表達(dá)的升高與BSCB損傷的病理過(guò)程密切相關(guān)。焦靜等[24]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí),內(nèi)皮素-1 mRNA于脊髓損傷后6~72 h表達(dá)明顯升高。Mckenzin et al[9]認(rèn)為,血管內(nèi)皮素可直接作用于脊髓微血管,調(diào)節(jié)微血管結(jié)構(gòu),血管內(nèi)皮素對(duì)BSCB的破壞有調(diào)控作用。脊髓損傷后神經(jīng)組織存在缺血、低氧,而低氧能促使血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)皮素及其受體的基因表達(dá),從而刺激內(nèi)皮素及其受體的合成[25],而內(nèi)皮素的生物效應(yīng)又會(huì)加劇微血管的收縮,引起組織的進(jìn)一步缺血、低氧,導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損害加重及BSCB的破壞。

        既往研究[9]證實(shí),血管內(nèi)皮素的免疫表達(dá)與IgG免疫標(biāo)記具有相關(guān)性,李禾等[26]在實(shí)驗(yàn)大鼠脊髓損傷后4 h,損傷段脊髓即發(fā)現(xiàn)IgG、C3c免疫陽(yáng)性標(biāo)記,并隨損傷時(shí)間延長(zhǎng),損傷區(qū)域免疫陽(yáng)性標(biāo)記明顯增加并向周邊擴(kuò)散。進(jìn)一步證實(shí)IgG參與了脊髓損傷后BSCB的破壞。IgG、C3c和許多其他細(xì)胞因子的滲入?yún)⑴c了脊髓損傷后BSCB的破壞,引起神經(jīng)細(xì)胞的繼發(fā)性損傷。

        水通道蛋白-4(aquapotin,AQP-4)是一類對(duì)水有特異通透性的膜蛋白,主要分布于腦與脊髓組織的膠質(zhì)細(xì)胞膜,尤其在星形膠質(zhì)細(xì)胞足突上有豐富的特異性表達(dá),AQP-4的表達(dá)和組織水腫嚴(yán)重程度呈正相關(guān)性。研究[27]顯示,腦缺血時(shí)血腦屏障通透性及AQP-4表達(dá)均增加,且兩者之間具有很好的相關(guān)性,AQP-4參與了血腦屏障的損傷過(guò)程。因BSCB與血腦屏障有類似的結(jié)構(gòu)組成,推測(cè)AQP-4可能參與BSCB的損傷過(guò)程;實(shí)驗(yàn)研究[28]也表明,脊髓損傷后AQP-4表達(dá)改變,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)功能減退更加嚴(yán)重、膀胱功能障礙恢復(fù)緩慢,脊髓損傷癥狀加重。

        現(xiàn)今脊髓疾病發(fā)病率逐年上升,脊髓損傷后病理變化機(jī)制及相關(guān)研究一直是醫(yī)學(xué)上的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。脊髓繼發(fā)性損傷自Allen首次提出以來(lái),也越來(lái)越受到學(xué)者的重視。由于引起脊髓繼發(fā)性損傷的因素較多,包括缺血、炎癥、生物化學(xué)因子、興奮性毒性、再灌注損傷、BSCB的破壞等,其損傷機(jī)制復(fù)雜,各類學(xué)說(shuō)較多,目前沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。BSCB作為存在于脊髓組織和血液之間的特有屏障,為神經(jīng)細(xì)胞行使正常生理功能提供了條件,對(duì)脊髓有重要保護(hù)作用,其在脊髓繼發(fā)性損傷的病理機(jī)制中起著重要作用,對(duì)脊髓水腫的變化及神經(jīng)再生和修復(fù)的過(guò)程起著調(diào)控作用。

        BSCB的破壞主要與脊髓損傷后微血管的機(jī)械性損傷相關(guān),BSCB結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞,通透性發(fā)生改變,使得微血管中的一些物質(zhì)(特別是有害物質(zhì))從血液轉(zhuǎn)運(yùn)到脊髓微環(huán)境中,導(dǎo)致脊髓神經(jīng)細(xì)胞的損害。此外,VEGF、PAF、內(nèi)皮素-1、AQP-4等多種細(xì)胞因子也同時(shí)參與了BSCB通透性的改變,實(shí)驗(yàn)[14,20,23,28]表明,這些細(xì)胞因子會(huì)加重脊髓組織水腫,導(dǎo)致局部缺血、低氧,引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損害,破壞BSCB結(jié)構(gòu)和功能。但關(guān)于脊髓損傷后BSCB的開放時(shí)程報(bào)道長(zhǎng)短不等,其開放時(shí)間窗尚無(wú)定論,需進(jìn)一步研究,這對(duì)于在有效時(shí)間窗內(nèi)給予藥物治療非常重要。未來(lái)在治療脊髓損傷的過(guò)程中,針對(duì)BSCB的治療將會(huì)占主導(dǎo)地位。但是,BSCB的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常及功能障礙與很多因素相關(guān),目前關(guān)于脊髓損傷后BSCB的病理變化機(jī)制尚未研究清楚,今后將是一個(gè)值得深入探討的問(wèn)題。

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        R 363.2;R-332

        A

        1000-1492(2015)12-1827-04

        時(shí)間:2015-11-18 10:12:35

        http://www.cnki.net/KCMS/detail/34.1065.R.20151118.1012.060.html

        2015-06-15接收

        江蘇省自然科學(xué)基金(編號(hào):BK2011180);徐州市科技局社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目(編號(hào):KC14SH030)

        1南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,南京 210046

        2南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬徐州市中醫(yī)院骨科,徐州 221000

        3東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬徐州醫(yī)院骨科,徐州 221000

        劉明明,男,主治醫(yī)師,博士研究生;

        黃桂成,男,教授,博士生導(dǎo)師,責(zé)任作者,E-mail:lanbing3399@sina.com

        *對(duì)本文具有同等貢獻(xiàn)

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