神经血管单元---陈兴泳.ppt

1、缺血性脑卒中“神经血管单元”的研究进展,福建省立医院神经内科 陈兴泳,目录,1 神经血管单元概念的产生背景 2 神经血管单元的概念和结构 3 神经血管单元的损伤机制 4 相关信号通路调控神经血管单元 5 血脑屏障体外模型的建立 6 神经血管单元损伤的治疗策略 7 小结,1 神经血管单元概念的产生背景,脑血管病发病率高，严重危害人类健康，其中约70% 为缺血性脑血管病 缺血是脑梗死病理损害的核心 改善脑血循环是脑梗死的根本性治疗 以往对缺血性脑病的治疗主要是以溶栓恢复脑血液循环及恢复神经元的功能治疗为主 脑组织的血液循环恢复了但神经元的损伤仍然在发生,缺血性脑卒中的病理过程不仅仅是脑组织缺血及神

2、经元的死亡，脑缺血后神经元坏死和凋亡与诸多因素有关,缺血不仅影响神经元，而且还影响 星形胶质细胞 小胶质细胞 神经轴突 微血管,从单一的神经元保护转向对神经元、微血管和支持细胞复合体的保护 “神经血管单元”的概念或许能更全面反映脑组织的各种结构和功能 保护“神经血管单元”或许是缺血性损伤更现实的治疗靶点,2 神经血管单元的概念和结构,2 神经血管单元的概念和结构,2003年亚裔美国科学家Lo提出了神经血管单元的概念 概念性框架 可以看作是由微血管、血管周围的星形细胞突起及由这些突起所支持的神经元以及轴突共同组成的复合体,神经元 胶质细胞(星形/小胶质) 血脑屏障(包括微血管内皮细胞、内皮细胞间

3、的紧密连接、基底膜、星形胶质细胞的足突、周细胞) 维持脑组织内环境完整性的细胞外基质,The Neurovascular Unit,A schematic of the neurovascular unit.,神经元,脑梗死会引起神经元一系列病理生理变化，会造成神经细胞凋亡或死亡,星形胶质细胞,星形胶质细胞参与脑组织内的多个生理活动,脑组织内离子及水分浓度的调节,星形胶质细胞源性因子，包括胶质源性神经营养因子(GDNF)、基本碱性成纤维细胞生长因子(BFGF) 和血管生成素-1(Ang-1)、炎症因子,神经递质的清除,干细胞增殖的调节,突触数量的控制及维持血脑屏障的正常防御作用,血脑屏障,神经

4、-血管单元中的一个动态结构体，其结构包括： 脑微血管内皮细胞及内皮细胞间的紧密连接、 基膜 周细胞 星形胶质细胞足突 控制着脑血管与中枢神经系统之间的体液与细胞物质转运,Schematic representation of a typical brain microcapillary,血脑屏障-脑血管内皮细胞,具有丰富的线粒体 连续的基膜 复杂的紧密连接 无窗孔 无类组织相容复合物 低吞饮活性 其特定的物质转运系统及其受体结构,血脑屏障-紧密连接,在脑微血管中，细胞-细胞间的紧密连接是维持大脑微血管的完整性和调节细胞旁运输的关键,闭锁蛋白(occludin) 紧密连接蛋白(claudins)

5、 连接黏附分子(junctional adhesion molecules),与胞质骨架蛋白一起参与细胞间的连接及相互作用，如闭合小环蛋白(ZO-1、ZO-2 和ZO-3)、肌动蛋白细胞骨架和结合蛋白(蛋白激酶、小GTP 蛋白及G 蛋白),紧密连接,血脑屏障-周细胞,环绕在脑微血管及毛细血管的表面，与内皮细胞、星形胶质细胞及神经元在神经血管单元中相互联系,通过肌动蛋白应力纤维的收缩控制毛细血管直径从而调节脑微血管血流量 能诱导新生毛细血管的发生 缺失能导致微血管血流量的减少及血脑屏障的破坏 具有干细胞的多向分化潜能，在神经组织的修复及损伤中起重要作用 -平滑肌肌动蛋白来鉴定,血脑屏障-基底膜,

6、脑血管内皮细胞及周细胞的表面覆有一层连续的基底膜，厚度100 nm 主要由纤维连接蛋白、层粘连蛋白及型胶原蛋白组成 巩固和加强紧密连接，血脑屏障的完整性,细胞外基质,构成了中枢神经系统微环境结构，对中枢神经活动起调节作用 是血脑屏障发挥其结构及调节功能的重要组成部分 主要包括,纤连蛋白 层粘连蛋白 玻璃体结合蛋白 血小板反应蛋白 细胞粘合素 IV 胶原蛋白,基质金属蛋白酶(MMPs) 家族,MMPs分为6类，为胶原酶（MMP9，MMP2）、明胶酶、基质降解素、基质溶解素、furin活化的MMP和其他分泌型MMP 参与细胞外基质的维护及重组 侵袭基膜蛋白及降低内皮细胞间紧密连接复合物的成分，使B

7、BB 的完整性遭到破坏，从而导致血管性水肿的形成 通过活性氧(OS)的参与对血脑屏障造成破坏 MMP 多以酶原形式分泌，可被纤溶酶等结合于其活化位点而降解,3 神经血管单元的损伤机制,3 神经血管单元的损伤机制,脑梗死后，NVU 各组分受到不同程度损伤，各组分之间的相对平衡被打破，引起一系列的级联损伤反应，且任何组分的损伤都会影响到其他的组分,免疫炎症反应机制,广义上说，卒中后炎症反应包括脑内（尤其脑缺血梗死灶和其周边组织）以及外周器官组织的免疫炎症反应,以时间依赖性方式活化、聚集各种类型的炎症细胞和释放各种炎症介质在缺血脑组织为特征,卒中后免疫抑制：脑缺血后数小时内即可以出现全身免疫下调，即

8、“卒中诱导的免疫抑制” 其机制尚未完全阐明，但可能涉及交感神经系统活化和伴随的甾类、儿茶酚胺类释放,急性缺血性脑血管病存在局部炎症反应,炎性细胞,白细胞 小胶质细胞 星型胶质细胞,白细胞,中性粒细胞 4 6 h 积聚于缺血的脑组织,13d达高峰,淋巴细胞 37d达峰值,巨噬细胞 脑缺血后12 24 h 来源于血液和血管周围的单核细胞以及脑内的小胶质细胞,小胶质细胞,NVU 损伤后24-48 h 小胶质细胞被激活，3 6 d 最为明显，可持续1 月左右,来源于单核巨噬细胞系，约占CNS 胶质细胞的5 12% 介导CNS 的炎症反应，参与中枢神经系统的免疫应答,细胞因子,粘附分子,炎症介质,卒中抗

9、炎免疫治疗策略,炎症反应可以清除坏死组织，但过度的炎症会导致继发性组织损伤 促进炎症和抗炎症免疫应答双方相互制约，可达到内环境动态平衡,卒中后免疫激活的消退和组织修复 卒中后免疫激活是自限性进程，最后消退并为损伤脑部的结构和功能重构作准备 炎症消退并不是促炎症因素耗竭后出现的消极过程，而是大量活性介质相互作用抑制炎症应答导致的,蛋白酶体抑制剂,蛋白酶体抑制剂,卒中免疫学治疗的存在问题,高度特异选择性蛋白酶抑制剂运用于卒中治疗的可行性研究 我们前期研究发现基因沉默免疫蛋白酶体亚基LMP2减小脑梗死体积，发挥神经保护作用,免疫系统和中枢神经系统错综复杂的相互作用 我们目前对卒中病理生理的了解还很片

10、面 尚未能精确地找到某一靶点作为卒中免疫学治疗的最佳途径 应充分考虑卒中免疫调节治疗的潜在风险，平衡风险和获益之间的关系 对卒中的免疫学治疗仍需保持谨慎的态度,卒中免疫学治疗的存在问题,4 相关信号通路调控神经血管单元,改善侧支循环对缺血性脑卒中重要性,血管再生的机制,美国加州大学卒中中心David S教授提出“血流决定大脑” 侧支循环是改善脑缺血区域血流灌注的一条有效途径,改善侧支循环对缺血性脑卒中重要性,侧支循环的代偿分级 一级侧支代偿 二级侧支代偿 三级侧支代偿,问渠哪得清如许,为有源头活水来,一级侧支代偿：主要由Willis环的血管构成，血流灌注不足时首先开放的是前交通动脉和后交通动脉

11、,Willis环是颅内最重要的侧支代偿途径，它将两侧半球和前、后循环联系在一起 前交通动脉平衡两侧大脑前部区域的血液供应 后交通动脉可为前、后循环提供侧支代偿,二级侧支代偿：即颅内外吻合支，主要是眼动脉逆流和软脑膜间的吻合支 软脑膜血管吻合 皮质内血管吻合 硬脑膜与软脑膜血管间的吻合 颅内外血管的吻合,三级侧支代偿：通过血管发生和血管生成等方式产生的新生血管,新生的血管从正常脑组织向缺血半暗带及中心坏死区延伸，缺血区周围组织的血流灌注得到改善，可减少脑梗死的体积，重塑神经结构，不同程度地恢复神经功能,脑侧枝循环的影像学检查与评估,侧支循环的一级及二级侧支循环通常是先天形成的，干预的潜力不大,如

12、何干预促进三级侧支循环的建立，成为缺血性卒中治疗的新焦点,血管再生的机制,血管生成(angiogenesis) 动脉生成(arteriogenesis) 血管发生(vasculogenesis),血管生成(angiogenesis),指从原有的毛细后微血管网（postcapillary microvascular networks）上芽生（sprouting）及套叠（intussusception）分化出新生的、不具有完整中膜结构的毛细血管网的过程 血管内径大多在5-8um 血管生成的进一步完善需要内皮周围支持细胞(periendothelial cell)的包绕，内皮周围支持细胞在小血管指周

13、细胞(pericyte)，在大血管特指平滑肌细胞 内皮周围支持细胞可抑制内皮细胞增殖、迁移，刺激内皮细胞间基质的生成，促进基底膜的形成，稳定新生血管 血管生成需要多种生长因子的协同参与，相互作用,动脉生成(arteriogenesis),在动脉的急性或慢性闭塞情况下，原有闭合的侧支循环网由于剪切力增加而开放并重塑，管径扩大，形成侧支交通，为闭塞血管起到自身搭桥作用的过程 形成的小动脉主要是具有3层以上血管平滑肌的动脉,血管生成与动脉生成比较,指血管的原位分化和生长 胚胎早期，胚外中胚层细胞增殖、分化形成的细胞索或团称为血岛(blood island) 不久血岛内出现间隙，周边细胞分化为内皮祖细

14、胞，中央部分分化为原始的造血干细胞 相邻血岛的内皮祖细胞相互连接，形成一个迷宫样结构，即为胚胎早期的原始毛细血管网 原始毛细血管网通过血管生成、动脉生成过程进一步成熟 目前认为，成人体内的血管再生存在血管发生过程 在动脉闭塞等缺血性疾病中，缺血组织释放的细胞因子可动员骨髓及循环血中的内皮祖细胞，使其归巢至缺血组织，通过自身分化，增殖而形成新生血管 涉及多个信号通路参与,血管发生(vasculogenesis),HIF-1a/VEGF- Notch 信号通路,HIF-1是低氧诱导因子1a，转录调节因子 HIF-1的靶基因涉及血管舒缩、血管新生、红细胞生成、能量代谢及细胞的增生和死亡等 脑梗死后星

15、形胶质细胞、小胶质细胞、血管内皮细胞等上调表达HIF-1,HIF-1a/VEGF- Notch 信号通路,VEGF作为血管生成的正调控因子 VEGF 通过与其受体结合，特别是与高亲和性的VEGFR2结合，发挥促内皮细胞增殖和血管新生重要作用 高浓度的VEGF会诱导该细胞中DLL4的水平，从而上调邻近细胞中Notch l的表达水平，激活DLL4-Notch l信号通路，促进血管新生 Notch信号通路可发挥负调控作用，防止血管内皮细胞过度增生，协同VEGF作用，共同促进形成一个分化良好血管网,转化生长因子相关的v8 整联蛋白、wnts蛋白信号通路,在胚胎期神经血管的发展过程中，v8 整联蛋白和其

16、细胞外基质的配体-未活化的TGFs 起着关键性的作用 TGFs 在细胞内以无活性的形式存在，是与细胞外基质相关联的复合体 TGFs 通过跨膜细胞受体丝/苏氨酸激酶调控细胞内信号转换通路 TGFR 存在于内皮细胞和胶质细胞的胞膜上,转化生长因子相关的v8 整联蛋白、wnts蛋白信号通路,胶质细胞内，活化的TGFs 与其受体TGFR 结合，激活细胞内一系列信号级联反应，继而激活wnts 蛋白信号通路 Wnts 是脂质修饰的细胞外基质相关的蛋白质，其通过内皮细胞表面受体Frz 和LRP 来调控细胞内信号级联反应 活化的TGFs 结合于内皮细胞上的受体，通过SMADs 激活细胞内信号通路，诱导BBB

17、的形成 都依赖于-catenin蛋白（连环蛋白）作用,A summary of adhesion and signaling pathways in neurovascular units,血管基底膜把内皮细胞和血管周围的胶质细胞分开，内皮细胞中旁分泌的转化生长因子 可能和SMADs 有关。在血管周围的细胞，v8 整联蛋白和Band 4.1s 相互作用，这些可能和细胞内的信号受体相关，包括-Pix。Wnt7a 和Wnt7b 是细胞外基质相关的蛋白，表达于中枢神经系统，调控神经血管单元。Wnt 介导的信号通路需要内皮细胞的-catenin 发挥作用,周细胞参与的神经血管单元功能相关信号通路,周细

18、胞存在于血管内皮和基板之间， 22%- 32% 的脑毛细血管表面被周细胞覆盖 表达：Angiopoietin-1、转化生长因子1( TGF-1)、血小板衍生生长因子受体( PDGFR-) 脑损伤后，40%的脑微血管周细胞通过周细胞表达的尿激酶血浆酶原激活受体从微脉管迁移到损伤血管周围区域，调控血管再生,内皮细胞和周细胞的相互信号传递,内皮细胞释放PDGF- 和TGF-1 影响周细胞的分化 周细胞表达的Ang1 和TGF-1 对内皮细胞发挥着重要的作用 N-钙黏素介导内皮细胞和周细胞的相互作用,t-PA 的双重作用及其相关信号通路与BBB关系,t-PA 是目前惟一的治疗脑卒中的溶栓剂，但是其安全

19、窗有时间限制，而且具有不良反应 LRP 相关信号通路 APC 相关信号通路,LRP 相关信号通路,BBB 的通透性有赖于t-PA 和LRP 的相互作用 增加t-PA 的活力会导致缺血损伤和BBB的破坏，t-PA 在血管内是有益的，但对血管外的神经元有害 通过LRP 介导的跨细胞作用，t-PA 可以进入血脑屏障，并且从血管内进入到脑 通过NF-B 通路的激活促进INOS表达 增加氧化应激,APC 相关信号通路,APC 是丝氨酸蛋白酶，具有抗凝血、抗炎和抗细胞凋亡作用 APC通过蛋白酶激活的受体PAR-1作用，加速新血管生成和神经发生并且抑制t-PA 的毒性 脑缺血内皮细胞通过PAR 1-APC

20、可以阻断t-PA 介导的Caspase-3、MMP9 信号通路,血小板源性生长因子C(PDGF-C) 相关信号通路,血小板源性生长因子C是PDGF家族的4 个成员之一 在神经血管单元中PDGF-CC 是t-PA 下游的一个酶作用底物,t-PA 和LRP结合激活潜伏的PDGF-CC 活性的PDGF-CC和PDGFR- 结合导致BBB 的破坏,相关信号通路调控神经血管单元,5 血脑屏障体外模型的建立,5 血脑屏障体外模型的建立,（1）脑微血管段模型,1973 年Job 等成功分离了脑微血管段，并发现其具有低通透性的紧密连接，缺少窗孔结构等 90 年代初，新鲜分离的脑微血管段曾被广泛用作离体BBB 模型,（2）BMEC 单独培养模型,离体培养的脑微血管内皮细胞 部分丧失了体内状态下的