高血糖致血脑屏障损害机制的相关研究.doc

高血糖致血脑屏障损害机制的相关研究血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）是机体维持中枢神经系统内环境稳定的特有的重要基础。持久的高血糖可以导致血脑屏障的屏障功能和运输功能的改变，而这些改变可能导致糖尿病中枢神经系统并发症。本文中，主要就糖尿病导致BBB损害的机制做一综述。1.关键结构和运载蛋白表达的改变BBB以存在紧密连接而著称。糖尿病时，紧密连接蛋白occludin、ZO-1、claudin-5的表达发生变化，导致BBB功能的改变。Chehade等人2证实，在糖尿病大鼠脑中，occludin的含量显著减少，而ZO-1的含量则没有明显改变。而VanGilder和他的同伴研究发现3，糖尿病大鼠BBB对蔗糖的通透性增加，occludin、ZO-1、claudin-5的蛋白表达水平均下降。又有Hawkins等1在糖尿病大鼠中观察到， occludin和ZO-1的蛋白表达显著减少，而claudin-5的蛋白表达未见明显改变，并且occludin、ZO-1及claudin-5在连接区的定位均未见改变。尽管各实验结果存在一定差异，却都证实糖尿病时紧密连接蛋白表达改变，紧密连接受损。2.膜的脂肪组成和流动性的改变 有学者5发现在糖尿病大鼠大脑中的总脂类显著升高，使得胆固醇、甘油三酯和糖脂类水平增加。他们还观察到，磷脂和神经节苷脂水平下降，高血糖导致的胆固醇/磷脂比率增加反映出膜的流动性下降，突触小体膜的流动性下降影响膜结合酶（Na+，K+-ATPase and Ca2+-ATPase）的活性。还有学者证实6，胆固醇在糖尿病小鼠的整个大脑中减少，而在突触小体膜中无明显改变。也有研究表明7，微粒体和线粒体膜的脂肪组成和流动性在糖尿病时发生改变。此研究还观察到，微粒体膜的流动性逐渐增加，胰岛素干预在疾病早期使膜液化；线粒体膜的流动性在疾病早期增加，胰岛素干预使该效应衰减。微粒体和线粒体都是细胞的重要结构，尤其是线粒体，是重要的能量工厂。一旦线粒体功能发生改变，能量的产生将受到影响，从而对细胞功能产生影响。3.神经递质活性的改变 神经递质的活性不仅调节脑微血管的血流，还能调节重要运载蛋白的活性8。糖尿病患者脑血管上的-肾上腺素能受体活化受损，血管扩张效应降低，脑血流量减少。Magnoni等人发现9，在糖尿病大鼠脑微血管上，-肾上腺素能受体的数量显著降低。而另一些学者研究发现10，糖尿病大鼠脑微血管上-肾上腺素能受体的密度、亲和力、受体环化酶偶联并没有出现显著改变，但是异丙肾上腺素诱导的腺苷酸环化酶的受体后活化减少，并且-肾上腺素能受体的这种变化是发生在特异的组织的。4.内皮细胞氧化损伤的增加内皮细胞是组成BBB的基础，它的损伤严重影响BBB的功能。增强的氧化应激被认为是糖尿病并发症发生发展的重要因素。高血糖时内皮细胞功能障碍的普遍特征是线粒体活性氧簇生成增加，氧化应激使甘油醛-3-磷酸脱氢酶钝化，磷酸丙糖和果糖-6-磷酸蓄积11,12。Xue等人在含5mmol/L和30mmol/L葡萄糖的培养液中分别培养人微血管HMEC-1内皮细胞13，发现高糖培养的内皮细胞中，ROS的生成较正常糖含量培养的内皮细胞增加3倍，线粒体功能障碍是增加的ROS和电子流出的原始来源。他们还发现，高糖激活蛋白激酶C途径和氨基己糖途径导致氧化损伤，Nrf2的激活可以减少ROS的产生而起到保护作用。Allen等将人脑微血管内皮细胞和星形胶质细胞共同培养来模拟人BBB14，结果显示在高糖刺激5天后，BBB通透性增高，内皮细胞中NAD(P)H氧化酶活性增强、表达增多，但是这些效应在血糖标准化或应用抗氧化剂后减弱或消失。早期糖基化终产物及其在内皮细胞的主要受体在内皮细胞ROS的产生方面也起了重要作用，可以引起内皮氧活化损伤15,16。另外，糖尿病大鼠的脑微血管的脂质过氧化副产物共轭二烯的浓度显著增加，脂质过氧化反应也参与内皮细胞的损伤4。糖尿病时，BBB的改变是多种多样的，包括组织学、生物化学和神经递质活性的改变等方面。这些改变使得BBB的屏障功能和运输功能均受到损害。BBB的损害在糖尿病中枢神经系统并发症的发病过程中起到了重要作用，但糖尿病对BBB的损害机制还有待进一步阐明。如何预防及降低BBB的损害程度将是治疗糖尿病中枢神经系统并发症的一个重要目标。参考文献1 Hawkins BT, Lundeen TF, Norwood KM, et al. Increased blood-brain barrier permeability and altered tight junctions in experimental diabetes in the rat: contribution of hyperglycaemia and matrix metalloproteinases. Diabetologia, 2007, 50(1):202-2112 Chehade JM, Haas MJ, Mooradian AD. Diabetes-related changes in rat cerebral occludin and zonula occludens-1 (ZO-1) expression. Neurochemical Research, 2002, 27(3):249-2523 VanGilder RL, Kelly KA, Chua MD, et al. Administration of sesamol improved blood-brain barrier function in streptozotocin-induced diabetic rats. Exp Brain Res, 2009, 197(1):23-344 Mooradian AD, Smith TL. The effect of experimentally induced diabetes mellitus on the lipid order and composition of rat cerebral microvessels. Neuroscience Letters, 1992, 145(2):145-1485 Kamboj SS, Choprak, Sandhir R. Hyperglycemia-induced alterations in synaptosomal membrane fluidity and activity of membrane bound enzymes: beneficial effect of N-acetylcysteine supplementation. Neuroscience, 2009, 162(2):349-3586 Makar TK, Hungund BL, Cook GA, et al. Lipid metabolism and membrane composition are altered in the brains of type II diabetic mice. Journal of Neurochemistry, 1995, 64(5):2159-21687 Patel SP, Katyare SS. Effect of alloxan-diabetes and subsequent treatment with insulin on lipid/phospholipid composition of rat brain microsomes and mitochondria. Neuroscience Letters, 2006, 399(1-2):129-1348 Kobayashi H, Yokoo H, Yanagita T, et al. Regulation of brain microvessel function. Nippon Yakurigaku Zasshi, 2002, 119(5):281-286, 3099 Magnoni MS, Kobayashi H, Trezzi E, et al. Beta-Adrenergic receptors in brain microvessels of diabetic rats. Life Sci, 1984, 34(11):1095-110010 Mooradian AD, Scarpace PJ. Beta-adrenergic receptor activity of cerebral microvessels in experimental diabetes mellitus. Brain Res, 1992, 583(1-2):155-16011 Du X, Matsumura T, Edelstein D, et al. Inhibition of GAPDH activity by poly(ADP-ribose) polymerase activates three major pathways of hyperglycemic damage in endothelial cells. J Clin Invest, 2003, 112(7):1049 -105712 Nishikawa T, Edelstein D, Du XL, et al. Normalizing mitochondrial superoxide production blocks three pathways of hyperglycaemic damage. Nature, 2000, 404(6779):787-79013 Xue M, Qian Q, Adaikalakoteswari A, et al. Activation of NF-E2-related factor-2 reverses biochemical dysfunction of endothelial cells induced by hyperglycemia linked to vascular disease. Diabetes, 2008, 57(10):2809-281714 Allen CL, Bayraktutan U. Antioxidants attenuate hyperglycaemia-mediated brain endothelial cell dysfunction and blood-brain barrier hyperpermeability. Diabetes Obes Metab, 2009, 11(5):480-49015 Yamagishi S, Matsui T, Nakamura K, et al. Olmesartan blocks inflammatory reactions in endothelial cells evoked by advanced glycation end products by suppressing generation of reactive oxygen species. Ophthalmic Res, 2008, 40(1):10-1516 Basta G, Lazze