Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гематоэнцефалический барьер
Защитные барьеры мозга.jpg
Проницаемость растворенного вещества в ГЭБ по сравнению с сосудистым сплетением
Подробности
СистемаНейроиммунная система
Идентификаторы
Акроним (ы)BBB
MeSHD001812
Анатомическая терминология

Гематоэнцефалический барьер ( ГЭБ ) является высоко селективной полупроницаемой границей эндотелиальных клеток , что предотвращает растворенные вещества в циркулирующей крови из неизбирательно перехода в в внеклеточную жидкость в центральной нервной системе , где нейроны находятся. [1] Гематоэнцефалический барьер образован эндотелиальными клетками стенки капилляра , кончиками астроцитов, покрывающими капилляр, и перицитами, встроенными в базальную мембрану капилляров . [2]Эта система позволяет проходить некоторым молекулам путем пассивной диффузии , а также селективно и активно переносить различные питательные вещества, ионы, органические анионы и макромолекулы, такие как глюкоза, вода и аминокислоты, которые имеют решающее значение для нервной функции. [3]

Гематоэнцефалический барьер ограничивает прохождение патогенов , диффузию растворенных веществ в крови и больших или гидрофильных молекул в спинномозговую жидкость , одновременно обеспечивая диффузию гидрофобных молекул (O 2 , CO 2 , гормоны) и небольших неполярных молекулы. [4] [5] Клетки барьера активно транспортируют продукты метаболизма, такие как глюкоза, через барьер, используя специфические транспортные белки . [6]Барьер также ограничивает прохождение периферических иммунных факторов, таких как сигнальные молекулы, антитела и иммунные клетки, в ЦНС, тем самым изолируя мозг от повреждений, вызванных периферическими иммунными событиями. [7]

Специализированные структуры мозга, участвующие в сенсорной и секреторной интеграции в нервных цепях головного мозга - окружающие желудочки органы и сосудистое сплетение - имеют очень проницаемые капилляры. [8]

Структура [ править ]

Часть сети капилляров, снабжающих клетки мозга
Астроциты 1 типа, окружающие капилляры головного мозга
Эскиз, показывающий строение кровеносных сосудов в головном мозге

Гематоэнцефалический барьер является результатом избирательности плотных контактов между эндотелиальными клетками капилляров головного мозга, ограничивающими прохождение растворенных веществ. [1] На границе между кровью и мозгом к эндотелиальным клеткам непрерывно примыкают эти плотные соединения, которые состоят из более мелких субъединиц трансмембранных белков , таких как окклюдин , клаудины , соединительная молекула адгезии . [6] Каждый из этих трансмембранных белков заякорен в эндотелиальных клетках с помощью другого белкового комплекса, который включает белок 1 плотного соединения и связанные с ним белки. [6]

Гематоэнцефалический барьер состоит из эндотелиальных клеток, ограничивающих прохождение веществ из крови более избирательно, чем эндотелиальные клетки капилляров в других частях тела. [9] астроцитов проекции клеток , называемых астроцитарные футов (также известный как « пограничная глиальная мембрана ») окружают эндотелиальные клетки BBB, обеспечивая биохимическую поддержку этих клеток. [10] ГЭБ отличается от довольно похожего барьера гемато-спинномозговая жидкость , который является функцией хориоидальных клеток сосудистого сплетения , и гемато-ретинального барьера , который можно рассматривать как часть целого царства таких барьеры. [11]

Некоторые области человеческого мозга не находятся на мозговой стороне ГЭБ. Некоторые примеры этого включают окружные желудочковые органы , крышу третьего и четвертого желудочков , капилляры в шишковидной железе на крыше промежуточного мозга и шишковидную железу . Шишковидная железа секретирует гормон мелатонин «непосредственно в системный кровоток» [12], таким образом, на мелатонин не влияет гематоэнцефалический барьер. [13]

Развитие [ править ]

К моменту рождения гематоэнцефалический барьер функционирует. Р-гликопротеин , переносчик , уже существует в эндотелии эмбриона. [14]

Измерение поглощения мозгом различных растворенных веществ, переносимых с кровью, показало, что эндотелиальные клетки новорожденного были функционально подобны таковым у взрослых [15], что указывает на то, что селективный ГЭБ действует при рождении.

Функция [ править ]

Смотрите также: Нейроиммунная система

Гематоэнцефалический барьер эффективно защищает мозг от циркулирующих патогенов . Соответственно, инфекции головного мозга, передающиеся через кровь, встречаются редко. [1] Часто возникающие инфекции головного мозга трудно поддаются лечению. Антитела слишком велики, чтобы преодолевать гематоэнцефалический барьер, и только некоторые антибиотики могут проходить через них. [16] В некоторых случаях лекарство необходимо вводить непосредственно в спинномозговую жидкость, откуда оно может попасть в мозг, преодолевая гематоэнцефалический барьер . [17] [18]

Гематоэнцефалический барьер может стать негерметичным при некоторых неврологических заболеваниях , таких как боковой амиотрофический склероз , эпилепсия , травма головного мозга и отек, а также при системных заболеваниях , таких как печеночная недостаточность . [1] Гематоэнцефалический барьер становится более проницаемым во время воспаления , что потенциально позволяет антибиотикам и фагоцитам перемещаться через ГЭБ. [1]

Циркументрикулярные органы [ править ]

Основная статья: Циркументрикулярные органы

Циркумвентрикулярные органы (CVO) - это отдельные структуры, расположенные рядом с четвертым или третьим желудочком в головном мозге, и характеризуются плотным капиллярным руслом с проницаемыми эндотелиальными клетками, в отличие от гематоэнцефалического барьера. [19] [20] В число CVO, имеющих высокопроницаемые капилляры, входят зона postrema , субфорный орган , сосудистый орган lamina terminalis , срединное возвышение , шишковидная железа и три доли гипофиза . [19] [21]

Проницаемые капилляры сенсорных CVO (область postrema, субфорный орган, сосудистый орган lamina terminalis) позволяют быстро обнаруживать циркулирующие сигналы в системной крови, в то время как секреторные CVO (срединное возвышение, шишковидная железа, доли гипофиза) облегчают транспортировку мозга - поступают сигналы в циркулирующую кровь. [19] [20] Следовательно, проницаемые для CVO капилляры являются точкой двунаправленной связи между кровью и мозгом для нейроэндокринной функции. [19] [21] [22]

Специализированные проницаемые зоны [ править ]

Пограничные зоны между тканью мозга «позади» гематоэнцефалического барьера и зонами, «открытыми» для сигналов крови в некоторых CVO, содержат специализированные гибридные капилляры, которые более проницаемы, чем типичные капилляры мозга, но не так проницаемы, как капилляры CVO. Такие зоны существуют на границе области postrema - nucleus tractus solitarii (NTS), [23] и срединного возвышения - дугообразного ядра гипоталамуса . [22] [24] Эти зоны, по-видимому, функционируют как области быстрого транзита для структур мозга, участвующих в различных нервных цепях, таких как NTS и дугообразное ядро, для приема сигналов крови, которые затем передаются в нервный сигнал. [22] [23]Проницаемая капиллярная зона, разделяемая между срединным возвышением и дугообразным ядром гипоталамуса, дополнена широкими перикапиллярными пространствами, облегчая двунаправленный поток растворенных веществ между двумя структурами и указывая на то, что срединное возвышение является не только секреторным органом, но также может быть сенсорным органом. . [22] [24]

Терапевтические исследования [ править ]

В качестве мишени для наркотиков [ править ]

Гематоэнцефалический барьер образован эндотелием капилляров головного мозга и исключает из мозга 100% крупномолекулярных нейротерапевтических средств и более 98% всех низкомолекулярных лекарств. [1] Преодоление трудности доставки терапевтических агентов в определенные области мозга представляет собой серьезную проблему при лечении большинства заболеваний головного мозга. [25] [26] В своей нейропротекторной роли гематоэнцефалический барьер препятствует доставке в мозг многих потенциально важных диагностических и терапевтических агентов. Терапевтические молекулы и антитела, которые в противном случае могли бы быть эффективными в диагностике и терапии, не проникают через ГЭБ в достаточных количествах, чтобы быть клинически эффективными. [25]

Механизмы нацеливания лекарств в мозг включают прохождение либо «сквозь», либо «позади» ГЭБ. Условия для доставки лекарственных средств в мозг в единичных доз через ВВВ влечет за собой его разрушение с помощью осмотических средств, или биохимически при помощи вазоактивных веществ, таких , как брадикинин , [27] или даже локализованного воздействия высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU) . [28]

Другие методы, используемые для прохождения через ГЭБ, могут повлечь за собой использование эндогенных транспортных систем, включая переносчики, опосредованные переносчиками, такие как переносчики глюкозы и аминокислот, опосредованный рецептором трансцитоз для инсулина или трансферрина и блокирование активных переносчиков оттока, таких как p -гликопротеин . [25] Некоторые исследования показали, что векторы, нацеленные на переносчики ГЭБ, такие как рецептор трансферрина , остаются захваченными в эндотелиальных клетках капилляров головного мозга, вместо того, чтобы переноситься через ГЭБ в целевую область. [25] [29] [30]

Наночастицы [ править ]

Основная статья: Наночастицы для доставки лекарств в мозг

Нанотехнологии находятся в стадии предварительных исследований на предмет возможности облегчить транспортировку лекарств через ГЭБ. [25] [31] [32] Эндотелиальные клетки капилляров и связанные с ними перициты могут быть аномальными в опухолях, а гематоэнцефалический барьер не всегда может быть неповрежденным в опухолях мозга. [32] Другие факторы, такие как астроциты , могут способствовать устойчивости опухолей головного мозга к терапии с использованием наночастиц. [33] Жирорастворимые молекулы массой менее 400 дальтон могут свободно диффундировать мимо ГЭБ посредством пассивной диффузии, опосредованной липидами . [34]

История [ править ]

Пол Эрлих был бактериологом, изучающим окрашивание - процедуру, которая используется во многих микроскопических исследованиях, чтобы сделать тонкие биологические структуры видимыми с помощью химических красителей. [35] Когда Эрлих вводил некоторые из этих красителей (особенно анилиновые красители , которые тогда широко использовались), краситель окрашивал все органы некоторых видов животных, за исключением их мозга . [35] В то время Эрлих объяснил это отсутствие окрашивания тем, что мозг просто не собирал столько красителя. [36]

Однако в более позднем эксперименте в 1913 году Эдвин Гольдманн (один из учеников Эрлиха) ввел краситель прямо в спинномозговую жидкость мозга животных. Затем он обнаружил, что мозги действительно стали окрашенными, а остальная часть тела - нет, демонстрируя существование разделения между ними. В то время считалось, что за барьер отвечают сами кровеносные сосуды , поскольку очевидной мембраны обнаружить не удалось. Концепция гематоэнцефалического барьера (тогда называемого гематоэнцефалическим барьером ) была предложена берлинским врачом Левандовски в 1900 году [37].

См. Также [ править ]

  • Гемато-воздушный барьер  - мембрана, отделяющая альвеолярный воздух от крови в легочных капиллярах.
  • Гемато-глазной барьер  - физический барьер между местными кровеносными сосудами и большей частью самого глаза.
  • Гемато-ретинальный барьер  - часть гемато-глазного барьера, который предотвращает попадание определенных веществ в сетчатку.
  • Гемато-семенниковый барьер  - физический барьер между кровеносными сосудами и семенными канальцами семенников животных.
  • Барьер между кровью и тимусом  - барьер, образованный непрерывными кровеносными капиллярами в коре тимуса.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е Daneman R, A Prat (январь 2015). «Гематоэнцефалический барьер» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 7 (1): a020412. DOI : 10.1101 / cshperspect.a020412 . PMC  4292164 . PMID  25561720 .
  2. ^ Ballabh P, Braun A, Nedergaard M (июнь 2004). «Гематоэнцефалический барьер: обзор: структура, регуляция и клиническое значение». Нейробиология болезней . 16 (1): 1–13. DOI : 10.1016 / j.nbd.2003.12.016 . PMID 15207256 . S2CID 2202060 .  
  3. ^ Гупта S, S Dhanda, Sandhir R (2019). «Анатомия и физиология гематоэнцефалического барьера». Система адресной доставки лекарств в мозг . Эльзевир. С. 7–31. DOI : 10.1016 / b978-0-12-814001-7.00002-0 . ISBN 978-0-12-814001-7.
  4. ^ Обермайер, Биргит; Данеман, Ричард; Рансохофф, Ричард М. (2013). «Развитие, поддержание и нарушение гематоэнцефалического барьера» . Природная медицина . 19 (12): 1584–1596. DOI : 10.1038 / nm.3407 . ISSN 1546-170X . PMC 4080800 . PMID 24309662 .   
  5. ^ "Переход через гематоэнцефалический барьер для терапевтических и диагностических агентов" . smjournals.com . Проверено 1 марта 2021 .
  6. ^ a b c Стаматович С.М., Keep RF, Анджелкович А.В. (сентябрь 2008 г.). «Соединения клеток эндотелия мозга: как« открыть »гематоэнцефалический барьер» . Современная нейрофармакология . 6 (3): 179–92. DOI : 10.2174 / 157015908785777210 . PMC 2687937 . PMID 19506719 .  
  7. ^ Малдун, Лесли L; Альварес, Хорхе I; Бегли, Дэвид Дж; Боадо, Рубен Дж; дель Зоппо, Грегори Дж. Дулиттл, Нэнси Д.; Энгельгардт, Бритта; Халленбек, Джон М; Lonser, Russell R; Олфест, Джон Р.; Прат, Александр (январь 2013 г.). «Иммунологические привилегии в центральной нервной системе и гематоэнцефалический барьер» . Журнал мозгового кровотока и метаболизма . 33 (1): 13–21. DOI : 10.1038 / jcbfm.2012.153 . ISSN 0271-678X . PMC 3597357 . PMID 23072749 .   
  8. Перейти ↑ Kaur C, Ling EA (сентябрь 2017 г.). «Окружные желудочковые органы». Гистология и гистопатология . 32 (9): 879–892. DOI : 10.14670 / HH-11-881 . PMID 28177105 . 
  9. ^ van Leeuwen LM, Evans RJ, Jim KK, Verboom T, Fang X, Bojarczuk A, et al. (Февраль 2018). "Клодин 5" . Биология открытая . 7 (2): bio030494. DOI : 10.1242 / bio.030494 . PMC 5861362 . PMID 29437557 .  
  10. ^ Abbott NJ, Rönnbäck L, Хансон E (январь 2006). «Астроцит-эндотелиальные взаимодействия на гематоэнцефалическом барьере». Обзоры природы. Неврология . 7 (1): 41–53. DOI : 10.1038 / nrn1824 . PMID 16371949 . S2CID 205500476 .  
  11. Перейти ↑ Hamilton RD, Foss AJ, Leach L (декабрь 2007 г.). «Создание человеческого in vitro модели внешнего гемато-ретинального барьера» . Журнал анатомии . 211 (6): 707–16. DOI : 10.1111 / j.1469-7580.2007.00812.x . PMC 2375847 . PMID 17922819 .  
  12. ^ Притчард TC, Alloway, Кевин Дуглас (1999). Медицинская неврология (превью) . Hayes Barton Press. С. 76–7. ISBN  978-1-889325-29-3. OCLC  41086829 . Проверено 8 февраля 2009 г. - через Google Книги.
  13. ^ Gilgun-Sherki Y, Меламед Е, Оффен D (июнь 2001). «Нейродегенеративные заболевания, вызванные окислительным стрессом: потребность в антиоксидантах, проникающих через гематоэнцефалический барьер». Нейрофармакология . 40 (8): 959–75. DOI : 10.1016 / S0028-3908 (01) 00019-3 . PMID 11406187 . S2CID 15395925 .  
  14. ^ Tsai CE, Daood MJ, Lane RH, Hansen TW, Gruetzmacher Е.М., Watchko JF (январь 2002). «Экспрессия Р-гликопротеина в мозге мышей увеличивается с созреванием». Биология новорожденного . 81 (1): 58–64. DOI : 10.1159 / 000047185 . PMID 11803178 . S2CID 46815691 .  
  15. Перейти ↑ Braun LD, Cornford EM, Oldendorf WH (январь 1980 г.). «Гематоэнцефалический барьер новорожденного кролика избирательно проницаем и существенно отличается от взрослого». Журнал нейрохимии . 34 (1): 147–52. DOI : 10.1111 / j.1471-4159.1980.tb04633.x . PMID 7452231 . 
  16. Перейти ↑ Raza MW, Shad A, Pedler SJ, Karamat KA (март 2005 г.). «Проникновение и активность антибиотиков при абсцессе головного мозга». Журнал Колледжа врачей и хирургов - Пакистан . 15 (3): 165–7. PMID 15808097 . 
  17. ^ Pardridge WM (январь 2011). «Транспорт лекарств в головном мозге через спинномозговую жидкость» . Жидкости и барьеры ЦНС . 8 (1): 7. DOI : 10,1186 / 2045-8118-8-7 . PMC 3042981 . PMID 21349155 .  
  18. Перейти ↑ Chen Y, Imai H, Ito A, Saito N (2013). «Новый модифицированный метод инъекции в спинномозговую жидкость через церебелломедуллярную цистерну у мышей». Acta Neurobiologiae Experimentalis . 73 (2): 304–11. PMID 23823990 . 
  19. ^ a b c d Gross PM, Weindl A (декабрь 1987 г.). «Вглядываясь в окна мозга» . Журнал мозгового кровотока и метаболизма . 7 (6): 663–72. DOI : 10.1038 / jcbfm.1987.120 . PMID 2891718 . 
  20. ^ a b Гросс PM (1992). «Капилляры циркумжелудочковых органов». Прогресс в исследованиях мозга . 91 : 219–33. DOI : 10.1016 / S0079-6123 (08) 62338-9 . PMID 1410407 . 
  21. ^ а б Мията S (2015). «Новые аспекты фенестрированных капилляров и динамики тканей в сенсорных окжелудочковых органах головного мозга взрослых» . Границы неврологии . 9 : 390. DOI : 10,3389 / fnins.2015.00390 . PMC 4621430 . PMID 26578857 .  
  22. ^ a b c d Родригес Э.М., Бласкес Дж. Л., Герра М. (апрель 2010 г.). «Конструкция барьеров в гипоталамусе позволяет срединному возвышению и дугообразному ядру наслаждаться частной средой: первое открывается для портальной крови, а второе - для спинномозговой жидкости» . Пептиды . 31 (4): 757–76. DOI : 10.1016 / j.peptides.2010.01.003 . PMID 20093161 . S2CID 44760261 .  
  23. ^ a b Гросс П.М., Уолл К.М., Панг Дж.Дж., Шейвер С.В., Вайнман Д.С. «Специализации микрососудов, способствующие быстрой межклеточной дисперсии растворенного вещества в солитарном ядре». Американский журнал физиологии . 259 (6, балл 2): R1131-8. DOI : 10.1152 / ajpregu.1990.259.6.R1131 . PMID 2260724 . 
  24. ^ a b Shaver SW, Pang JJ, Wainman DS, Wall KM, Gross PM (март 1992 г.). «Морфология и функция капиллярных сетей в подобластях клубня крысы cinereum». Клеточные и тканевые исследования . 267 (3): 437–48. DOI : 10.1007 / BF00319366 . PMID 1571958 . S2CID 27789146 .  
  25. ^ a b c d e Суини, Мелани Д.; Sagare, Abhay P .; Злокович, Берислав В. (29.01.2018). «Нарушение гематоэнцефалического барьера при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных расстройствах» . Обзоры природы. Неврология . 14 (3): 133–150. DOI : 10.1038 / nrneurol.2017.188 . ISSN 1759-4758 . PMC 5829048 . PMID 29377008 .   
  26. ^ «Пересмотр гематоэнцефалического барьера: крепкий орешек в транспортировке молекул наркотиков» . Бюллетень исследований мозга . 160 : 121–140. 2020-07-01. DOI : 10.1016 / j.brainresbull.2020.03.018 . ISSN 0361-9230 . 
  27. ^ Маркос-Контрерас О.А., Мартинес де Лисаррондо S, Барду I, Орсет С, Пруво М, Анфрай А и др. (Ноябрь 2016 г.). «Гиперфибринолиз увеличивает проницаемость гематоэнцефалического барьера по плазмин- и брадикинин-зависимому механизму» . Кровь . 128 (20): 2423–2434. DOI : 10,1182 / кровь 2016-03-705384 . PMID 27531677 . 
  28. ^ McDannold N, N Выходцева, Hynynen K (май 2008). «Нарушение гематоэнцефалического барьера, вызванное сфокусированным ультразвуком и циркулирующими предварительно сформированными микропузырьками, по-видимому, характеризуется механическим индексом» . Ультразвук в медицине и биологии . 34 (5): 834–40. DOI : 10.1016 / j.ultrasmedbio.2007.10.016 . PMC 2442477 . PMID 18207311 .  
  29. ^ Wiley DT, Webster P, Gale A, Davis ME (май 2013). «Трансцитоз и поглощение мозгом наночастиц, содержащих трансферрин, путем настройки авидности на рецептор трансферрина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (21): 8662–7. Bibcode : 2013PNAS..110.8662W . DOI : 10.1073 / pnas.1307152110 . PMC 3666717 . PMID 23650374 .  
  30. ^ Париж-Robidas S, Эмонд В, Тремблэй С, D Soulet, Calon F (июль 2011 года). «Мечение in vivo эндотелиальных клеток капилляров головного мозга после внутривенной инъекции моноклональных антител, направленных на рецептор трансферрина». Молекулярная фармакология . 80 (1): 32–9. DOI : 10,1124 / mol.111.071027 . PMID 21454448 . S2CID 7146614 .  
  31. ^ Krol S, Macrez R, Docagne F, Defer G, Laurent S, Rahman M и др. (Март 2013 г.). «Терапевтические преимущества наночастиц: потенциальное значение нанонауки при заболеваниях с нарушением гематоэнцефалического барьера». Химические обзоры . 113 (3): 1877–903. DOI : 10.1021 / cr200472g . PMID 23157552 . 
  32. ^ a b Сильва Г.А. (декабрь 2008 г.). «Нанотехнологические подходы к преодолению гематоэнцефалического барьера и доставке лекарств в ЦНС» . BMC Neuroscience . 9 Дополнение 3: S4. DOI : 10.1186 / 1471-2202-9-S3-S4 . PMC 2604882 . PMID 19091001 .  
  33. ^ Hashizume H, Baluk P, Morikawa S, McLean JW, Thurston G, Roberge S и др. (Апрель 2000 г.). «Открытия между дефектными эндотелиальными клетками объясняют негерметичность сосудов опухоли» . Американский журнал патологии . 156 (4): 1363–80. DOI : 10.1016 / S0002-9440 (10) 65006-7 . PMC 1876882 . PMID 10751361 .  
  34. ^ Соуза, RMDCE; да Силва, ICS; Дельгадо, ABT; да Силва, PHV; Коста, VRX (2018). «Сфокусированное ультразвуковое исследование и систематический обзор болезни Альцгеймера» . Деменция и нейропсихология . 12 (4): 353–359. DOI : 10.1590 / 1980-57642018dn12-040003 . PMC 6289486 . PMID 30546844 .  
  35. ^ a b Сондерс Н.Р., Дзигелевска К.М., Мёлльгард К., Хабгуд, доктор медицины (2015). «Маркеры целостности гематоэнцефалического барьера: насколько уместен синий Эванса в двадцать первом веке и каковы альтернативы?» . Границы неврологии . 9 : 385. DOI : 10,3389 / fnins.2015.00385 . PMC 4624851 . PMID 26578854 .  
  36. ^ "История гематоэнцефалического барьера" . Davis Lab . Архивировано из оригинала 11 января 2018 года . Проверено 5 января 2015 года .
  37. ^ "История гематоэнцефалического барьера" . Лаборатория Дэвиса . Университет Аризоны . Архивировано из оригинала на 2012-04-25 . Проверено 1 марта 2014 .

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с гематоэнцефалическим барьером на Викискладе?