超声造影剂声诺维介导诊断超声开放大鼠血脑屏障研究（可编辑）

超声造影剂声诺维介导诊断超声开放大鼠血脑屏障研究（可编辑） 超声造影剂声诺维介导诊断超声开放大鼠血脑屏障研 究 分类号 密级 公开 国际十 进分 类号 UDC 第四军医大学 学 位 论 文 超声造影剂声诺维介导诊断超声开放大 鼠血脑屏障的研究 张蕾 熊利泽 教授主任医师 指导教 师姓 名 指导教 师单 位 第四军医大学西京医院麻醉科 硕士 麻醉学 申请学 位级 别 专业名 称 论文提 交日 期 答辩日 期 201104 201105 论文起 止时 间 2010 年 3月至 2011 年 4 月 第四军医大学 学位授 予单 位 独 创 性 声 明 独 创 性 声 明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德本人声明所呈交的论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知除了文 中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果不包含本人或他人已申请学位或其他用途使用过的成果与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了致谢 申请学位论文与资料若有不实之处本人承担一切相关责任论文作者签名 日 期保 护 知 识 产 权 声 明 保 护 知 识 产 权 声 明本人完全了解第四军医大学有关保护知识产权的 规定即研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属第四军医大学本人保证毕业 离校后发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为第四军医大学 学校可以公布论文的全部或部分含电子版保密内容除外可以采 用影印缩印或其他复制手段保存论文学校有权允许论文被查阅和借阅 并在校园网上提供论文内容的浏览和下载服务同意学校将论文加入《中 国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》同意按 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益 论文 作者签名导师签名 日期 超声造影剂声诺维介导诊断超声开放大鼠 血脑屏障的研究 研 究 生张 蕾学科专业麻醉学 所在单位第四军医大学西京麻醉科 导 师熊利泽 教授主任医师 辅导教师王 强副教授 资助基金项目国家自然科学基金30873326和国家重点基金30725039 关键词血脑屏障 诊断超声 声诺维 伊文思蓝 动脉血气 Morris水迷宫 中国人民解放军第四军医大学 二 O一一年四月第四军医大学硕士学位论文 目 录 缩略语表 1 中文摘要 2 英文摘要 6 前 言 9 文献回顾 10 正 文 21 实验一SONOVUE介导DU开放大鼠BBB可行性和可逆性研究以及对大鼠动 脉血气的影响 21 1 材料 21 2 22 3 结果 24 4 讨论 26 实验二 SONOVUE介导DU开放BBB对大鼠脑组织神经细胞的影响 30 1材料 30 2方法 31 3结果 31 4讨论 32 实验三 SONOVUE介导DU开放BBB对大鼠学习记忆功能的影响 33 1 材料 33 2 方法 34 3 结果 35 4 讨论 37 小 结 39 参考文献 40 个人简历和研究成果 47 致谢 48第四军医大学硕士学位论文 缩略语表 缩略词 英文全称 中文全称 AD Alzheimers Disease 阿尔兹海默病 BBB blood-brain barrier 血脑屏障 CNS central nervous system 中枢神经系统 DU diagnostic ultrasound 诊断超声 EB Evens blue 伊文思蓝 HE hematoxylin eosin 苏木素伊红染色 MB microbubble 超声微泡 MMP matrix metallopeptidase 基质金属蛋白酶 MI mechanical index 机械指数 MWM Morris water maze Morris 水迷宫 NO nitrous oxide 一氧化氮 NOS nitric oxide synthase 一氧化氮合酶 OD optical density 光密度 TJ tight junction 紧密连接 tumor necrosis factor TNF 肿瘤坏死因子 ultrasonic contrast UC 超声造影 UCA ultrasonic contrast agent 超声造影剂 VEGF vascular endothelial growth factor 血管内皮生长因子 -1- 第四军医大学硕士学位论文超声造影剂声诺维介导诊断超声开放大鼠 血脑屏障的研究 硕士研究生 张 蕾 导师 熊利泽 教授 第四军医大学西京医院麻醉科西安 710032 中文摘要 研究背景 血脑屏障blood-brain barrierBBB主要是由血管内皮细胞基底膜星 形胶质细胞终足构成的一道扩散屏障几乎存在于整个脑组织脑毛细血管 内皮细胞与身体其他部位内皮细胞不同细胞之间没有孔隙取而代之的是 细胞间的紧密连接tight junctionTJ脑毛细血管内皮细胞缺乏囊泡胞饮系 统 [1] 但含有丰富的酶系统可以分解各种药物及营养物质构成了一道酶屏 [2] 障 正是由于脑内毛细血管内皮细胞这些特殊结构使得 BBB能在保护脑组 [3] 织不受外界伤害性刺激影响的同时也将许多治疗性药物拒之门外 因此近 几年开发了很多增加 BBB 通透性的方法来帮助药物抗体基因成功地透 过 BBB进入脑组织有体外实验研究证实超声能够用来打开血-组织屏障 [4] 使大分子和基因能够穿过细胞质膜 此外高强度聚焦超声也可以用于选择 性的开放大鼠 BBB在超声照射前给予一定量微泡造影剂因为超声空化核 的引入可以降低超声开放 BBB 时所需要的超声能量从而可以减少组织损 害的风险并使该技术能够通过完整的颅骨实施 BBB 能够可逆性的开放 BBB 而不引起神经细胞的急性损伤而目前尚无诊断超声联合超声造影剂-2- 第 四军医大学硕士学位论文 SonoVue开放血脑屏障的报道因此本实验就将就这一空白进行研究并进 一步探讨 SonoVue介导 UC 开放 BBB的安全性 目的 首先验证超声造影剂声诺维SonoVue介导诊断超声diagnostic ultrasoundDU增加大鼠 BBB通透性的可行性与可逆性同时进行动脉血 气检测该方法是否会对大鼠循环系统产生影响随后使用组织学染色来 观察本实验条件的超声造影ultrasonic contrastUC是否会造成大鼠神经 细胞的坏死及红细胞的渗出最后通过 Morris水迷宫实验Morris water maze MWM来检测大鼠学习记忆功能进一步评估本实验开放 BBB 方法的安全 性 方法 实验一SonoVue 介导 DU 开放大鼠 BBB 可行性和可逆性研究以及对大鼠 动脉血气的影响 1SonoVue介导 DU开放大鼠 BBB可行性根据处理方法的不同将 32只大鼠随 即分为四组每组 8只Con组大鼠 仅进行麻醉备皮静脉置管而不进行其他操作直接给予伊文思蓝Evens blueEB单纯超声组动物进行麻醉备皮静脉置管后给予生理盐水 然后进行超声 10min并同时注射 EB单纯造影剂组大鼠在麻醉备皮 静脉置管后直接给予 SonoVue10min 后静脉注射 EBUC 组大鼠在进行麻 醉备皮静脉置管后静脉注射 SonoVue 同时开始 UC10min超声结束 即刻给予 EB 2SonoVue介导 DU开放大鼠 BBB的可逆性 为确定 BBB开放是否可逆根据时间不同又将实验动物随机分为 4组 2h4h6h8h组分别于 UC 后的 2h4h6h8h注射 EB检测当时 BBB 开放情况每组 SD大鼠 8只 3SonoVue介导 DU 开放 BBB对大鼠动脉血气的影响 -3- 第四军医大学硕士学位论文 随机抽取 8 只进行 UC 的大鼠每只大鼠分别于 UC 前UC5minUC 后即刻抽取动脉血 1ml 检测其动脉血 PO PCO PH等指标 2 2 实验二 SonoVue介导 DU开放 BBB对大鼠脑组织神经细胞的影响 三只雄 性 SD 大鼠经 UC 开放 BBB 后取脑切片进行 HE 染色在显微镜 下观察神经细胞是否有坏死及是否有红细胞渗出 实验三 SonoVue介导 DU开放 BBB对大鼠学习记忆功能的影响 实验动物随机分为三组每组 8 只大鼠Con 组该组大鼠不做任何处理 直接进行 MMW假手术组该组大鼠仅进行麻醉备皮静脉置管而不 给予 UC并于麻醉后 24h 开始进行 MWM 实验UC 组该组大鼠进行麻 醉备皮静脉置管给予 UC并于超声后 24h开始进行 MWM 实验 结果 1 SonoVue 可以介导 DU 局灶性的开放大鼠 BBB主要表现在超声辐 照区局部 EB渗出且这一通透性的改变是可逆的BBB的开放可以 持续 4h 2 大剂量 SonoVue不会影响大鼠动脉血气的变化 3 本实验参数不会对超声辐照区域大鼠神经细胞产生损害不会造成脑 血管内皮细胞损害使红细胞渗出 4 通过对大鼠进行 MWM实验可观察到 UC 开放 BBB后的大鼠在定位 航行实验中与 Con组和 Sham 组相比逃逸潜伏期缩短上台前距离缩 短在最后一天空间探索实验中的目标象限停留时间延长证明 UC 开放 BBB后的大鼠其空间学习与记忆能力都有所提高 结论 本实验首先通过 EB 渗透法证明超声造影剂声诺维介导诊断超声可以局 部开放大鼠 BBB且 BBB通透性的增加可以持续 4h 同时使用脑组织 HE 染色来观察超声造影不会造成大鼠神经细胞的坏死也不会造成超声照射区 红细胞的渗出MWM实验证明大鼠在超声造影后空间学习记忆功能都有所-4- 第四军医大学硕士学位论文 提高因此我们可以得出本实验所使用的 UC 参数可以靶向性可逆性开放 BBB且不会对 CNS 结构和功能以及大鼠动脉血气造成不良影响 关键词血脑屏障 诊断超声 声诺维 伊文思蓝 动脉血气 Morris 水迷宫 -5- 第四军医大学硕士学位论文The research on diagnostic ultrasound and SonoVue open the blood-brain barrier in rat Candidate for master Zhang Lei Supervisor Xiong Lize Department of Anesthesiology Xijing hospital Fourth Military Medical UniversityXian 710032 China Abstract Background The blood-brain barrier BBB is a diffusion barrier consisting of endothelial cells pericytes and astrocyte end-feet which present in almost all areas of the brain Brain capillary endothelial cells have no fenestrations more extensive tight [1] junctions than the rest of the body and sparse pinocytic vesicular transport Cerebral endothelial cells have an enzymatic barrier capable of metabolizing [2] drug and nutrientsBecause of this specialized endothelial barrier the BBB can protect the center nervous system against the nociceptive stimulus and also limits [3] the passage of some therapeutic agents into the brainSo Several methods have been investigated to increase the permeability of the BBB to help drugs antibodies and gene transfer There is a good deal of evidence showing that ultrasound can be used to permeate bloodtissue barriers Large molecules and genes can cross the plasma membrane of cultured cells after application of [4] acoustic energy High-intensity focused ultrasound has been shown to allow -6- 第四军医大学硕士学位论文 selective and non-destructive disruption of the BBB in rats If microbubbles are introduced to the blood stream prior to focused US exposure the BBB can be transiently opened at the ultrasound focus without acute neuronal damage Thus the introduction of cavitation nuclei into the blood stream can conne the ultrasound effects to the vasculature and reduce the intensity needed to produce BBB opening This can diminish the risk of tissue damage and make the technique more easily applied through the intact skullPurpose The primary goal of this study was to investigate the potential use of UCA SonoVue for focally increasing BBB permeability in animal models using diagnostic ultrasound In addition to demonstrating the duration and extent of the BBB permeability change and evaluate the safety of this method by watching if there is cellular necrosis and red blood cell extravasation into tissue through histological HE stain And determine whether the opening could affect the Arterial blood gas and cognitive abilityMethod Part I The research on DU with SonoVue open the rat BBB 1The feasibility of the DU with SonoVue open the BBB Thirty two SD rats were randomly divided into four groups n8per group Con DU SonoVue and UC All the animal were anesthesed by Phenobarbital the hair of the right eye to ipsilateral ear to the top of skull were removed venous catheters were placed Animals in Con were just injected EB animals in DU diagnostic scanner was used to insonify the brain for 10minsthen injected EB animals in SonoVue were injected SonoVue 8mlkg10mins later were injected EBUC animal were injected SonoVue 8mlkg at the same time the diagnostic scanner was used to insonify the rats brain for 10minsthen were injected EB -7- 第四军医大学硕士学位论文 2The duration of the BBB open induced by the UCThirty two SD rats were randomly divided into four groups n8per group2h 4h6h8h The EB was injected at different time point after the UC3The effect of UC on the rat Arterial blood gasArterial blood gas samples were obtained at three time points before the SonoVue injection right at 5mins of the ultrasound exposure after the treatmentPart II The effect of the UC on the brain neural cellsThree male SD rats were treated with UC then get the brain and made into histological slices HE stain and examined under the microscopePart III The effect of UC on the rat cognitive function Twenty four animals were randomly divided into three groups n8per groupConShemUC Morris water maze was used for assessing the spatial learning and memory 24 hours after the treatmentResult Evens blue could be detected in the local brain after the contrast imaging and the permeability change recovered in 4 hours Ph PaO PaCO were no different 2 2 among the three time points The escape latency and pathlength to the platform decreased compared to the control groupsConclusionBlood-brain barrier could open after diagnostic ultrasound and contrast agent in rat The cognitive function was improved after ultrasound with SonoVueArterial blood gas is not affectedKeyword Blood-brain barrier Diagnostic Ultrasound SonoVue Evens Blue Arterial blood gas Morris Water Maze-8- 第四军医大学硕士学位论文 前 言 19世纪末德国细菌学家 Paul Ehrlich 发现了一个有趣的现象当机体 注入染料酸性苯胺色素后可以将全身除了大脑以外所有器官染色后来他的 学生Goldman又将染料注入脑髓液中出现了相反的结果全身只有大脑被染 [ ] 5 色由此Goldman 正式提出了BBB的概念 BBB是指中枢神经系统central nervous systemCNS对血液中的溶质有选择性通透的一道屏障它主要具 有防御功能就像在CNS外围构筑了一道防线BBB使对大脑有用的营养物 质能够自由进入代谢产物能够顺利排出并防止外界有害物质进人大脑 对维持脑组织的正常生理状态起到非常重要的作用上世纪 60 年代随着 现代电子显微镜技术的发展BBB也逐步揭开了其神秘的面纱BBB是由脑 血管内皮细胞基底膜及星形胶质细胞周足构成 BBB在有效阻挡血液中有害物质对脑的侵袭如细菌病毒等确保其屏 障功能正常发挥的同时也将 98 以上小分子药物和 100 的大分子药物阻 [6] 挡在BBB之外 是治疗阿尔兹海默症帕金森病恶性脑肿瘤创伤性脑 损伤等疾患最大的障碍因此人为治疗性开放BBB近年来已受到越来越多的 关 注理想的人为治疗性开放 BBB 给药手段应该是无创的可逆的靶向的和 局部的目前唯一有可能满足这些条件的方法就是超声联合超声微泡造影剂 辐 [7] 照开放BBB 据我们所知 目前尚无诊断超声联合超声造影剂声诺维开放血脑屏障的 报道因此本实验就将就这一空白进行研究并进一步探讨 UC 开放 BBB 的安全性 -9- 第四军医大学硕士学位论文文献回顾 1正常 BBB 的结构与功能 11BBB 的结构 BBB的细胞结构是指位于CNS的循环血液与脑脊液之间的脉络丛主要 由脑血管内皮细胞基底膜及星形胶质细胞周足构成如图 1所示脑血管 内皮细胞直径约为 60 μm 由两层胞膜组成厚度约 0 3μm与其他组织内 皮细胞不同脑血管内皮细胞之间彼此重叠并且具有由多种跨膜蛋白和胞质 附着蛋白构成的紧密连接能够有效地阻止大分子物质从内皮细胞连接处通 过脑血管内皮细胞含有的丰富的线粒体和一些特殊的蛋白如糖转蛋白及转 铁蛋白受体等对于维持紧密连接的功能都具有重要作用脑血管内皮细胞缺 少跨膜转运的质膜小泡和细胞孔因此BBB通过特殊的吞饮机制内吞胞外物 [ ] 8 质受体介导的内吞吸附内吞液相内吞 内皮细胞外连续的基底膜带 负电主要对内皮细胞起支撑作用防止由于静脉压改变导致的毛细血管变 形基底膜外 85面积包绕着星形胶质细胞终足组成的断续膜正常情况下 星形胶质细胞终足通过分泌活性物质基因转录蛋白合成调节内皮细胞 环磷酸腺苷的浓度等作用来维持BBB的完整性此外BBB还包括脑血管内 皮细胞上各种酶类构成的酶屏障但脑的毛细血管并非全部为紧密结合的内 皮细胞层在延脑极后区下丘脑正中隆起松果体后联合下器官垂体后 叶脉络丛等特殊部位毛细血管内皮细胞结合疏松呈网络状其特点为血 窦多窦外无胶质突仅有嗜银网状纤维包裹内皮有小孔基膜不连续并 与邻近胶质突分开有较大的通透性这些特殊区域可允许某些大分子化合 物因此循环血液中的有些物质如血管紧张素?和其它肽类物质可以在 [9] 这些部位进入脑内作用于相应的受体引起各种效应 -10- 第四军医大学硕士学位论文 图 1 BBB的超微结构 12 BBB 的正常生理功能 随着科学的发展人们对BBB的认识的不断加深BBB已经包括解剖学 和生理学两方面的含义了1保护脑组织不受血液中有害物质的损害如细 菌病毒等2保护脑组织不受身体其他部位的激素或神经传导物质的影响 3 BBB不单纯是被动保护性屏障还能选择性地将脑内有害或过剩物质泵出 脑外保持脑的内环境稳定 4BBB还具有体液调节功能并遵循Starling原理 任何在单纯静水压力下进人脑组织的水分都将由被BBB阻滞于毛细血管内 的电解质和血浆蛋白形成的渗透压所建立起的一种反向力量将其重新抽 [10] 回血液从而有效地控制水分及其溶质进入脑组织 在病理情况下如肿瘤 炎症等致病因素影响下BBB容易遭到破坏这种调控作用消失表现为通透 性加大血液中的成分包括电解质和血浆蛋白被血液压力经开放的BBB驱 人脑组织 这时轻者导致脑功能紊乱重者脑功能丧失或产生更为严重的 后果 2影响物质通过 BBB的因素 物质通过 BBB的难易取决于两方面的影响因素一是物质本身的性质 和状态另一是 BBB 的结构和功能正常情况系决定物质是否能够通过 BBB的因素主要有以下几个方面1物质的脂溶性脑毛细血管内皮细胞是-11- 第四军医大学硕士学位论文 脂质双分子层膜结构具有亲脂性脂溶性越高的物质通过 BBB 的速度也越 快反之则无法通过如巴比妥是一种中枢麻醉药因其亲脂性弱进入脑 组织很慢但如改造具有较强的亲脂性的苯巴比妥则能更容易通过 BBB 进入脑组织使其催眠麻醉起效时间大大缩短2物质的分子量大小正常 肌肉毛细血管可以通过分子量 2000030000的蛋白质分子而脑毛细血管连 2000的小分子量物质也很难通过一般来讲只有脂溶性的分子量小于 500 的小分子才能顺利通过 BBB3物质的亲水性带电荷的溶质溶于水时即与 水分子的氧原子形成氢键溶质所带电荷越多越容易形成氢键水溶性越强越 不容易通过 BBB如肾上腺素和去甲肾上腺素由于水溶性强而且羟基多很难 通过屏障入脑4与血浆蛋白的结合程度许多激素或药物与血浆蛋白结合 后立即形成血浆蛋白复合物只有少量以游离形式存在于血液之中正常情况 下血浆蛋白几乎不能通过 BBB所以物质与血浆蛋白的结合程度越高越不容 易通过 BBB例如患高胆红素血症的婴儿血中胆红素与血浆蛋白结合从 而防止胆红素进入脑组织造成损害但是如果此时给以与血红蛋白的结合能 力更强的磺胺类药物则由于其竞争机制使血液中游离的胆红素大量增加并 迅速通过 BBB引起严重核黄疸5载体介导转运系统脑毛细血管内皮细胞 有多种特异性载体蛋白能够使一些难以通过 BBB 的物质顺利转运迅速入 脑目前研究确定的载体系统有己糖载体中性氨基酸载体碱性氨基酸 载体和短链的单羧基酸载体等如表 1所示它们都有利于血液中的营养物 质顺利通过 BBB如糖转蛋白可以转运葡萄糖快速进入脑内满足脑组织的代 谢需要6酶系统某些物质即使能进入毛细血管内皮细胞却不一定都能通 过 BBB 进入脑实质因为在其通过脑毛细血管内皮细胞时受到了胞浆内酶 系统的作用而被破坏如脑毛细血管内皮细胞含有的单胺氧化酶MAO可使 儿茶酚胺5-羟色胺等属于单胺类的神经递质氧化分解正是由于脑毛细 血管壁内的这种生物转化作用加强了 BBB 的屏蔽功能使脑组织的内环境免 受血液中化学成份骤然变动的影响 -12- 第四军医大学硕士学位论文 [11] 表 1BBB中的载体转运系统分类 载体介导转 分类 特征 转运的营养物质或药物 脑毛细血管 运系统 内皮细胞分 布 糖转运系统 葡萄糖转运系 非 Na依 D-葡萄糖糖基化肽前药 腔面侧 统 赖Na葡萄糖共转 Na依赖 苏铁苷 腔面侧 运系统 氨基酸转运 转运系统 L 非 Na 依 大的中性氨基酸如苯丙 腔面侧和基 系统 赖 氨酸L-多巴加巴喷丁 膜 转运系统 A Na依赖 小的中性氨基酸如丙氨 基膜侧 酸B0样系统 Na协同转 N-甲氨基异丁酸及大 基膜侧 运受体 中性氨基酸 β-丙氨酸转运 Na和 Cl- β-丙氨酸牛磺酸亚牛 腔 膜测和基 系统 依赖 磺酸 膜侧L-葡萄糖转运 非 Na 依 L-葡萄糖L-高半胱氨酸 基 膜侧和腔 系统 赖 盐天门冬氨基盐D-溶 面侧 肉瘤素 核苷转运系 6 - 4-硝基苄基 与胸腺 嘧 脱氧胞嘧啶和尿嘧啶 基膜侧和腔 统 巯基-9-β-D-嘌 啶脱氧 核 面侧 呤呋喃糖敏感 糖高亲 和 es转运系统 力 一元羧酸转 单羧酸转运系 需 H协同 乳酸丙酮酸短链一元 基膜侧和腔 运系统 统 转运?4C 脂肪酸酮体酸性药物 面 如新找他丁酸洛伐他丁 酸 胺转运系统 胆碱特异性 胆碱半单碱基-3 美 胺特异性 吡拉敏氯苯那敏苯 海拉明酮替芬赛庚 啶H1受体 肉毒碱转运 非 Na依赖 L-肉毒碱 腔面侧 系统 此外还有一些病理情况下也会使BBB的通透性增高高温高温会使 BBB的通透性增加导致脑水肿脑细胞损伤有人认为主要是通过NO上-13- 第 四军医大学硕士学位论文 调有神经毒性的强啡呔的免疫活性而致且用NOS抑制剂可削弱强啡肽的免 [12] 疫活性从而减弱BBB的损害 外伤有研究认为脑外伤致BBB通透性增 加与TNF-α产生增加有关TNF-α激活鸟苷酸环化酶蛋白酪氨酸激酶由 此使BBB通透性增加从而使中等大小适度分子通过增加并且认为镁可 能削弱外伤性脑损伤所致的BBB通透性的增加还有研究表明脑损伤后基质 金属蛋白酶MMP-9 活性增高能够使层黏连蛋白降解导致BBB通透性增加 [13] 冷冻脑冻伤时血管内皮生长因子AVEGF-α在脑血管内皮上的表 [14] 达增高是导致BBB通透性增加的一个重要因素 而同时表达增加的血管内 皮细胞生长因子BVEGF-β在BBB完整性的维持脑冻伤后血管的生成中 [9] 起着重要的作用 肿瘤不同的脑肿瘤引起BBB的变化不同星形胶质细 胞瘤组织中的血管对葡萄糖转运增加而一些脑转移瘤组织的血管则使葡萄 糖转运减少同一肿瘤组织的不同区域其BBB改变程度亦不相同应用细 胞化学和电子显微镜技术观察胶质细胞瘤时BBB的改变主要是紧密连接开 放由此使葡萄糖的通透性增加BBB这种病理情况下的改变机制被认为与 MMP水解基膜的高分子蛋白有关 此外机体的年龄因素也影响着BBB的通透性初生儿脑毛细血管的通 透性远较成年人为高实验中发现染色剂台盼蓝由血液进入胎脑或新生儿脑 受到的阻抗要比成年脑小新生儿得重症黄疸后胆汁色素很快透入CNS 并破坏基底神经节形成核黄疸而成年人黄疸病很少发生此类病变因而推测 新生儿期BBB不够成熟胎龄不足的早产儿更是如此透射电镜观察也发现 胎儿和新生儿脑尾状核BBB发育的不成熟主要表现为内皮有孔内皮基 膜较薄部分内皮无完整的基膜胶质膜也不完整这些形态学特点决定了 [15] 新生儿尾状核BBB通透性比大脑其它部分高更比成人高很多 以上事实说 明BBB结构功能的完善是随动物个体发育的完善而形成的但随着年龄的 增长老年人的BBB较年轻人的BBB更易受损有研究发现导致阿尔兹海默 病Alzheimers DiseaseAD发病的Aβ淀粉样蛋白主要是由单纯疱疹病毒生 -14- 第四军医大学硕士学位论文 成[16]因为老年人BBB通透性增高使得血液中的Aβ淀粉样蛋白及各种抗 原抗体易于透过BBB沉积于CNS导致神经细胞的死亡分解碎裂最终 [17] 仅剩不可溶性的Aβ淀粉样蛋白沉积物 因此对老年人BBB的保护有利于 预防AD的发生同时对BBB的检测也可以评估AD的发病如BBBP-糖 蛋白表达降低时虽然这时认知能力可能还非常正常但也有可能是AD的早 期迹象 3BBB 与疾病的发生发展及治疗的关系 完整的BBB可以有效地保护CNS的稳定性即使在机体处于病理状态 时大多数致病物质炎性细胞免疫产物均不能通过BBB不会对CNS造成 威胁但当机体患处于疾病状态时 BBB在不同的疾病中又起到不同的作用 在有些疾病中BBB通透性的增加可以发生在疾病的早期成为该病的主要病 [18] [19] 因之一如AD多发性硬化 德体病 等的发生也都与BBB的病变密切 相关在更多的疾病发生过程中早期BBB的破坏会进一步加重后期病情的发 展如中风能导致脑血流减少从而破坏BBBBBB通透性的增加又是缺血性 脑损伤与水肿形成的病理发展过程中的重要因素而有些神经系统疾病如星 形胶质细胞瘤BBB的通透性不会发生变化因此化疗药物很难通过BBB到 达病灶发挥抗肿瘤作用不利于疾病的治疗正是因为BBB的屏障作用许多 医药公司在开发治疗CNS疾病的药物时都倾向于以小分子药物为研究对 象但是已发现的许多有治疗前景的药物抗体多为大分子物质这就严重 的制约了CNS疾病治疗新药的开发以中风治疗的神经保护剂开发举例目 前已有上千种药物用于神经保护的研究但是因为无法通过BBB只有不到十 [20] 分之一的比例能够进入临床试验阶段 为了使治疗性药物能够透过BBB 有学者研究利用内皮细胞膜上的转运蛋白来辅助药物进入脑组织如将大分 子量的脑源性神经营养因子与转铁蛋白抗体相连用于治疗家兔脑缺血再灌 [21] 注损伤可以有效的减少神经细胞死亡 但是因为脑血管内皮细胞上转运蛋 白的数量以及每个抗体上所能连接的蛋白的数量是有限的使用该方法可以 -15- 第四军医大学硕士学位论文 使所需剂量低的神经营养因子发挥作用但是对于那些需要剂量较高的药物 而言此方法并不适用近几年对纳米载药颗粒的研究中也取得了一定的进 展经适当修饰的纳米粒可以通过BBB实现药物定向输送到CNS但是由 于对纳米载体材料本身毒性的研究还不够完善和该载体系统高昂的费用等 因素都限制了纳米载药颗粒运用于临床及商业化生产虽然目前已有加拿大 研制的抗肿瘤药物多柔比星纳米颗粒已进入到临床前 3期但是对于纳米载 药颗粒运用于CNS疾病的大多数研究还处于体外和动物实验阶段目前在 临床上对于治疗CNS大分子药物主要通过两种途径给药 直接脑室注射给 药和经鼻腔给药直接脑室注射是指将脑室置管后药物溶液通过导管注入 脑脊液通过扩散作用进入脑实质但是由于脑脊液循环最终全部流入静 脉因此脑室内的药物只有少数药物扩散入脑实质其余很快被转运至外周 血液若将药物直接注射入局部脑组织中由于扩散部位附近的药物浓度与 3[11] 距离的平方呈反比实际上有效治疗体积 1mm 而且这种方法给药 需要通过外科手术是侵袭性有创性操作容易造成脑部外科性损伤不能重 复给药还伴有很高的CNS感染风险经鼻腔给药是利用鼻腔与脑在解剖学上 的直接通道使药物入脑多种病毒多肽蛋白及小分子药物均可通过鼻腔 给药直接入脑但该方式受到药物剂量理化性质的很大限制包括亲脂性 [22] [23] [24] 解离度 相对分子量 等且其药物生物利用度仅为 001 01 因此对于人为可控性开放BBB应用于疾病治疗的研究迫在眉睫 4人为开放 BBB 理想的用于治疗给药目的的的人为可控性开放 BBB 技术应满足以下条 件 1靶控性开放 BBB不会改变治疗目标范围以外的 BBB 的通透性2 可逆性开放 BBB3不会对脑神经系统正常生理功能造成损害4不会作用 影响到机体其他器官系统 41人为开放 BBB的进展 回顾人为开放BBB的研究进展上世纪 80 年代神经外科专家Edward-16- 第 四军医大学硕士学位论文 建立了高渗性BBB开放法是指通过颈动脉注入高渗性溶液使脑毛细血管内 皮收缩加大细胞间的间隙可以使BBB通透性增加 2030分钟该方法已经 [25] 在临床