脊髓損傷后血脊髓屏障病變機制研究進展

劉明明，程 建綜述，馬 勇，黃桂成審校

◇綜 述◇

脊髓損傷后血脊髓屏障病變機制研究進展

劉明明1，2*，程 建3*綜述，馬 勇1，黃桂成1審校

脊髓損傷常會遺留神經系統后遺癥，甚至導致患者癱瘓，其病理過程包括原發性損傷和繼發性損傷。繼發性損傷是引起脊髓病變的主要原因，往往導致脊髓無法恢復正常功能，而繼發性損傷與血脊髓屏障形態與功能的異常變化密切相關。通過回顧近些年關于血脊髓屏障的基礎試驗研究，對脊髓損傷后血脊髓屏障的病理變化及發病機制進行綜述。

脊髓損傷；血脊髓屏障；繼發性損傷；病理生理學

脊髓損傷是臨床常見病，受傷者以中青年居多，最常見原因為交通事故，隨著社會的快速發展，其發病率正逐年增高。而脊髓損傷常會導致患者終生癱瘓，給患者帶來巨大痛苦。目前臨床上對于脊髓損傷的治療仍是一個難題，因此，對脊髓損傷的病理變化及修復過程的研究成為各國學者研究的熱點。脊髓損傷包括原發性損傷和繼發性損傷。原發性損傷是指機械暴力直接作用于脊髓所造成的局部組織的破壞，包括損傷區的神經細胞、軸突及血管等；繼發性損傷發生于原發性損傷后，各種有害因子進入脊髓實質，造成脊髓組織的水腫、缺血低氧，脊髓進一步損害，形成數倍于原發性損傷的壞死區。對繼發性損傷的防治是治療脊髓損傷的重要環節。研究［1］表明，在脊髓損傷后會引起微血管變化，繼而影響血脊髓屏障（blood spinal cord barrier，BSCB）的形態和功能，BSCB的改變是導致脊髓繼發性損傷的重要病理生理基礎之一，繼發性損傷與BSCB的病理變化密切相關［2］。該文就BSCB的生理功能及脊髓損傷后的病理變化進行綜述。

1 BSCB的生理功能

BSCB是中樞神經系統特有的屏障結構，與血腦屏障類似，其主要由內皮細胞、星形膠質細胞、血管周圍的小膠質細胞以及基膜組成。BSCB位于毛細血管水平，由特化的內皮細胞構成，其形態學基礎是相鄰的內皮細胞緊密連接。內皮細胞腔面富含多糖-蛋白質復合物，此帶負電荷的復合物，排斥同樣帶負電荷的血漿蛋白，能有效地阻止血漿蛋白等大分子的運動，限制和調節髓外分子進入中樞神經系統［3］，有利于中樞神經系統微環境的穩定。BSCB功能受多因素調節，包括血管內皮細胞因子、炎性介質、局部化學因素、神經調節因素等［4］。

2 脊髓損傷后BSCB的病理變化

脊髓損傷后BSCB的破壞主要與血管的機械損傷相關［5］：脊髓損傷后血管周圍基底膜結構發生改變，內皮細胞間隙增寬，血管壁連接松散，這種改變可促進炎癥因子等進入脊髓實質［6］，進而誘導炎癥反應擴大，使脊髓暴露于炎癥細胞的毒性作用中，還有如跨毛細血管內皮小泡運輸增加等。早在1978年，Griffiths et al［7］就指出BSCB的改變與脊髓水腫的形成、神經細胞的損害密切相關。BSCB的開放有其特點［8］：分布于內皮細胞腔面的多糖-蛋白質復合物所帶的負電荷短暫消失，血漿蛋白無選擇性的溢入脊髓。對于循環中的不同因子，脊髓損傷后BSCB開放時程長短不等，并且不局限于損傷部位，而是沿著脊髓縱軸的損傷區向頭尾側延伸［9］。

Evans藍在生理情況下不能透過BSCB，只有在BSCB破壞后才可滲漏到脊髓組織當中。因此通過測定脊髓損傷后脊髓組織中Evans藍的含量，可間接反映BSCB的完整性及變化過程。

邵為等［10］在大鼠脊髓損傷模型中發現Evans藍含量在術后3 h時即出現升高，術后72 h Evans藍外滲達到高峰，表明脊髓損傷后3 h BSCB的完整性即遭到破壞，其后72 h BSCB的破壞達到高峰。王子田等［11］也通過動物實驗證實，脊髓損傷后8 h損傷面積明顯擴大，傷后72 h面積達頂峰，1周后面積回縮。認為BSCB在傷后72 h開放達高峰，一周后逐漸恢復正常。趙宇等［12］也認為脊髓損傷后BSCB的開放是暫時的，通過實驗研究證實，BSCB在脊髓損傷72 h內開放，1周后BSCB由于功能重建而關閉，由此推斷，脊髓損傷后72 h可能為硬膜外給藥的有效治療時間窗。葛冠群等［13］通過在大鼠脊髓撞擊傷模型中靜脈注射兔免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）外源性示蹤劑和鼠IgG內源性示蹤劑，用免疫熒光雙標顯示兩種示蹤劑在脊髓中的分布，發現損傷剛發生時血液漏出物集中在原發損傷區，24 h BSCB損傷范圍明顯的擴大，至72 h損傷范圍達到最大。用不同的實驗方法證實了BSCB損傷的過程。

但也有學者對于BSCB的病理變化過程有不同的認識。Figley et al［5］在大鼠脊髓損傷模型中發現，脊髓組織中Evans藍含量在脊髓損傷后24 h最高，認為損傷后24 h BSCB的破壞達到高峰，一直維持到脊髓損傷后5 d；且通過實驗發現，微血管數量和功能在損傷后24 h顯著降低，損傷后10 d內源性血管再生輕微增加。李建峰等［14］在脊髓空洞癥模型中發現脊髓組織中Evans藍含量在術后第3天開始增高，第7天達到高峰，持續到第14天，說明第7天BSCB的破壞達到高峰，而且，通過實驗［14-15］證實，這個變化過程與脊髓水腫程度的變化趨勢一致。王航輝等［16］也通過實驗發現，大鼠脊髓損傷模型中Evans藍含量在受傷后即開始增高，第7天達到高峰，與脊髓組織含水量呈現相同的變化趨勢。

3 BSCB病變的相關因子

脊髓損傷后在損傷區可出現各種生物化學物質，導致BSCB結構與功能的異常，除與血管的直接機械損傷有關，多種因子同時參與了BSCB通透性的改變，主要包括細胞因子及血管活性肽。

李建峰等［14］通過免疫組織化學、RT-PCR技術檢測脊髓損傷組織中血管內皮生長因子（vascular endothelial grouth factor，VEGF）的蛋白及mRNA含量，結果顯示術后第1天表達即有明顯升高，第3天、第7天、第14天呈強陽性表達，第7天達高峰；而且，通過數據分析得出，VEGF表達與脊髓含水量和Evans藍含量之間也存在明顯的正相關性，提示VEGF高表達在BSCB功能和結構的破壞過程中起著重要影響。VEGF調節BSCB的作用機制可能通過以下幾方面：抑制內皮細胞連接蛋白的表達，破壞緊密連接的結構和功能，使細胞間連接開放［17-18］；VEGF可以促進肌動蛋白收縮纖維的重組，使細胞收縮變圓，細胞間隙增寬；可以增加內皮細胞開窗，導致非開窗內皮細胞的開窗形成［19］。

肖建如等［20］通過建立頸髓損傷模型，發現頸髓損傷后傷區及鄰近頸髓組織血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）含量成倍增加，加速微血管內血小板活化，促使血栓形成，導致局部缺血、低氧，引起血管內皮細胞損害，血管通透性增加。此外，PAF還可直接刺激微血管收縮，促使傷區及鄰近脊髓血流量減少，局部區域缺血、低氧，這些都會導致BSCB的破壞。另一項研究［21］顯示，PAF可能是通過增加白細胞黏附分子（endothelial leukocyte adhesion molecule，ELAM）-1 mRNA和細胞間黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1 mRNA在血管內皮細胞的表達而起作用的。ICAM-1與ELAM-1可以介導白細胞的活化及其與血管壁的黏附，導致血管內皮細胞的黏附性增加并保持于高黏附狀態，引起血管滯留大量中性粒細胞，血管壁通透性增高，BSBC破壞。在頸髓損傷模型中，通過使用PAF受體拮抗劑，可以改善脊髓損傷后神經功能的恢復，有效抑制繼發損傷的產生［22］。邵為等［10］也發現，造模后6 h脊髓組織中ICAM-1表達明顯增多，24 h達到高峰。其認為脊髓損傷后ICAM-1表達上調，引起BSCB的破壞，一方面是由于損傷區域聚集白細胞、堵塞微循環通道；另一方面活化的白細胞可能會釋放氧自由基及蛋白水解酶等有害物質，引起局部血管病變，導致血管通透性增加，進一步破壞BSCB。

邵擎東等［23］在大鼠脊髓損傷模型中發現，脊髓損傷后組織中內皮素-1 mRNA、內皮素受體-A mRNA表達均明顯增加，其變化趨勢與傷后脊髓組織Evans藍含量及脊髓組織含水量的變化規律基本一致，表明內皮素及其受體表達的升高與BSCB損傷的病理過程密切相關。焦靜等［24］也通過實驗證實，內皮素-1 mRNA于脊髓損傷后6～72 h表達明顯升高。Mckenzin et al［9］認為，血管內皮素可直接作用于脊髓微血管，調節微血管結構，血管內皮素對BSCB的破壞有調控作用。脊髓損傷后神經組織存在缺血、低氧，而低氧能促使血管內皮細胞內皮素及其受體的基因表達，從而刺激內皮素及其受體的合成［25］，而內皮素的生物效應又會加劇微血管的收縮，引起組織的進一步缺血、低氧，導致血管內皮細胞損害加重及BSCB的破壞。

既往研究［9］證實，血管內皮素的免疫表達與IgG免疫標記具有相關性，李禾等［26］在實驗大鼠脊髓損傷后4 h，損傷段脊髓即發現IgG、C3c免疫陽性標記，并隨損傷時間延長，損傷區域免疫陽性標記明顯增加并向周邊擴散。進一步證實IgG參與了脊髓損傷后BSCB的破壞。IgG、C3c和許多其他細胞因子的滲入參與了脊髓損傷后BSCB的破壞，引起神經細胞的繼發性損傷。

水通道蛋白-4（aquapotin，AQP-4）是一類對水有特異通透性的膜蛋白，主要分布于腦與脊髓組織的膠質細胞膜，尤其在星形膠質細胞足突上有豐富的特異性表達，AQP-4的表達和組織水腫嚴重程度呈正相關性。研究［27］顯示，腦缺血時血腦屏障通透性及AQP-4表達均增加，且兩者之間具有很好的相關性，AQP-4參與了血腦屏障的損傷過程。因BSCB與血腦屏障有類似的結構組成，推測AQP-4可能參與BSCB的損傷過程；實驗研究［28］也表明，脊髓損傷后AQP-4表達改變，導致運動功能減退更加嚴重、膀胱功能障礙恢復緩慢，脊髓損傷癥狀加重。

現今脊髓疾病發病率逐年上升，脊髓損傷后病理變化機制及相關研究一直是醫學上的熱點與難點。脊髓繼發性損傷自Allen首次提出以來，也越來越受到學者的重視。由于引起脊髓繼發性損傷的因素較多，包括缺血、炎癥、生物化學因子、興奮性毒性、再灌注損傷、BSCB的破壞等，其損傷機制復雜，各類學說較多，目前沒有統一的認識。BSCB作為存在于脊髓組織和血液之間的特有屏障，為神經細胞行使正常生理功能提供了條件，對脊髓有重要保護作用，其在脊髓繼發性損傷的病理機制中起著重要作用，對脊髓水腫的變化及神經再生和修復的過程起著調控作用。

BSCB的破壞主要與脊髓損傷后微血管的機械性損傷相關，BSCB結構的完整性遭到破壞，通透性發生改變，使得微血管中的一些物質（特別是有害物質）從血液轉運到脊髓微環境中，導致脊髓神經細胞的損害。此外，VEGF、PAF、內皮素-1、AQP-4等多種細胞因子也同時參與了BSCB通透性的改變，實驗［14，20，23，28］表明，這些細胞因子會加重脊髓組織水腫，導致局部缺血、低氧，引起血管內皮細胞損害，破壞BSCB結構和功能。但關于脊髓損傷后BSCB的開放時程報道長短不等，其開放時間窗尚無定論，需進一步研究，這對于在有效時間窗內給予藥物治療非常重要。未來在治療脊髓損傷的過程中，針對BSCB的治療將會占主導地位。但是，BSCB的形態結構異常及功能障礙與很多因素相關，目前關于脊髓損傷后BSCB的病理變化機制尚未研究清楚，今后將是一個值得深入探討的問題。

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R 363.2；R-332

A

1000-1492（2015）12-1827-04

時間：2015-11-18 10：12：35

http：／／www.cnki.net／KCMS／detail／34.1065.R.20151118.1012.060.html

2015-06-15接收

江蘇省自然科學基金（編號：BK2011180）；徐州市科技局社會發展項目（編號：KC14SH030）

1南京中醫藥大學第一臨床醫學院，南京 210046

2南京中醫藥大學附屬徐州市中醫院骨科，徐州 221000

3東南大學醫學院附屬徐州醫院骨科，徐州 221000

劉明明，男，主治醫師，博士研究生；

黃桂成，男，教授，博士生導師，責任作者，E-mail：lanbing3399＠sina.com

*對本文具有同等貢獻