血脑屏障

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大脑是已知唯一拥有自己的安全系统的器官，这是一个血管网络，允许必需营养素进入，同时阻断其他物质。不幸的是，这种屏障在防止异物通过方面非常有效，以至于它经常阻止救命药物修复受伤或患病的大脑。新的研究正在指导研究人员寻找创造性的方法来打开这一障碍并“欺骗”它，让药物进入。

从假设到视觉证明

你的每一个想法和你采取的每一个行动都需要你大脑中的神经细胞之间的精确沟通。要成功发送和接收这些消息，周围环境需要稳定。在 1800 年代后期，一项例行测试的惊人结果启动了一系列实验，揭示了大脑如何将自身与体内发生的自然化学波动区分开来。

早在德国科学家 Paul Ehrlich 开发出一种后来为他赢得诺贝尔奖的梅毒治疗方法之前，他就对各种组织类型吸收化学染料的方式很着迷。Ehrlich 的最终目标是找到可以攻击致病微生物的新化合物。但在这项工作的过程中，他有一个奇怪的发现。

1885 年，Ehrlich 将蓝色染料注射到小鼠的血液中。染料把动物的所有器官都染成了蓝色——除了它们的大脑。在 1913 年的后续实验中，Ehrlich 的一名学生将相同的染料直接注射到小鼠的大脑中。这一次，大脑变成了蓝色，而其他器官没有。

尽管这些实验表明大脑和血液之间存在物理屏障，但当时的仪器无法检测到这种屏障。

直到 1960 年代，科学家们才能够瞥见身体其他部分和大脑之间的实际屏障。使用比 Ehrlich 使用的显微镜强大大约 5,000 倍的显微镜，科学家们可以看到大脑中血管网络的详细解剖结构，这些网络构成了现在所谓的血脑屏障。

对动物的研究使研究人员对血脑屏障能够通过的分子和它拒绝的分子有了新的理解

此图像显示了健康小鼠大脑中血管（红色）的轮廓

与体内的所有其他血管类似，科学家们了解到，大脑的血管内衬有内皮细胞，内皮细胞是循环血液和血管壁之间的接口。然而，与体内的其他血管不同，大脑中的内皮细胞紧紧地楔在一起，在大脑和血液之间形成了一个几乎不可渗透的边界。

血脑屏障有助于阻止有害物质（如毒素和细菌）进入大脑。但是，科学家们知道，大脑还依赖于从身体其他器官输送激素和关键营养素，包括葡萄糖和几种氨基酸。

为了确定大脑的保镖如何决定欢迎哪些分子进入和拒绝哪些分子，科学家们将化学物质注射到动物的血液中，然后测量到达大脑的量。

通过广泛的研究，科学家们发现，非常小和/或脂溶性的化合物，包括抗抑郁药、抗焦虑药、酒精、可卡因和许多激素，能够毫不费力地穿过构成血脑屏障的内皮细胞。相比之下，较大的分子，如葡萄糖或胰岛素，必须由蛋白质运送。这些位于大脑血管壁中的转运蛋白选择性地从血液中钩住并拉出所需的分子进入大脑。

血脑屏障内部和两侧的细胞一直在交流让哪些分子通过以及何时通过。例如，如果大脑某个区域的神经细胞特别努力工作，它们会向血管发出扩张信号，使细胞驱动的营养物质迅速从血液中流向需要的神经细胞。

当血脑屏障破裂时，就像一些脑癌和脑感染一样，或者当血管发生微小破裂时，一些通常被排除在大脑之外的物质会进入大脑并给大脑带来问题。

一些证据表明，血脑屏障的减弱甚至可能在一些神经退行性疾病之前、加速或促成。例如，研究表明，渗漏的血脑屏障会使过多的白细胞进入多发性硬化症（MS）患者的大脑。这些细胞进入大脑后，会攻击髓鞘（神经细胞之间的绝缘层），导致疾病的毁灭性症状。

修复血脑屏障中的泄漏是科学家面临的一个障碍。另一个是确定在屏障上创造开口的新方法，以便救命药物可以进入大脑。据估计，98% 的脑部疾病潜在药物治疗无法穿透血脑屏障。因此，脑肿瘤和其他神经系统疾病患者的选择有限。

鉴于这些挑战，研究人员现在正在开发创造性策略，以暂时打开屏障，让药物到达大脑中的靶点。

科学家们试图使血脑屏障更具渗透性的一种方法是施用一种溶液，从通向大脑的动脉的周围组织中吸水。这种溶液从大脑的内皮细胞中吸出水，导致它们萎缩，从而产生间隙，药物可以暂时通过。几个小时内，细胞恢复正常大小，再次关闭闸门。

这种实验方法已被用于成功地向一些脑肿瘤患者输送化疗药物。研究人员还使用这种技术在屏障上暂时制造间隙，他们可以穿过这些间隙穿入微导管，以便在中风后输送抗凝药物。

科学家们还在开发新的策略，将药物连接到自然跨越屏障运输的分子上。这种所谓的“特洛伊木马”方法已在多种动物模型中显示出成功，它使原本被排除在大脑之外的药物能够进入而不会产生不利影响。然而，专家警告说，这种技术尚未在临床试验中进行测试。

通过开发新的大脑技术，科学家们正在创造新的方法来释放血脑屏障，以便拯救生命的药物可以到达大脑中的特定目标，而不会干扰正在进行的活动。尽管未来可能面临许多挑战，但许多科学家希望，关于正常和疾病条件下血脑屏障功能的新知识有朝一日将为一些最具挑战性和顽固的脑部疾病带来更好的治疗方法。