Basement membrane and blood-brain barrier
Lingling Xu, Abhijit Nirwane, Yao Yao
doi: 10.1136/svn-2018-000198
鮑 歡，醫學博士，神經內科副主任醫師，現任上海市東方醫院（同濟大學附屬東方醫院）腦卒中中心副主任。中國卒中學會青年理事，中國研究型醫院學會腦血管病學青年委員會委員，上海市腦卒中學會流行病學與預防診治學組副組長，上海市神經病學分會神經免疫學會委員，上海市浦東新區醫學會神經內科分會秘書長。美國心臟學會（AHA）基礎生命支持（BLS）與高級生命支持（ACLS）課程主任導師。《中華腦血管病雜誌》、《中華老年心腦血管疾病雜誌》編委。基礎研究主要方向為血腦屏障體外模型的建立與功能評價。
一、文章梗概
Stroke & Vascular Neurology（SVN）新近上線文章「Basement membrane and blood-brain barrier」1，由美國喬治亞大學醫藥和生物醫學科學系姚堯教授團隊成員綜述完成。血腦屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）作為中樞神經系統內一個獨特的生理結構，具有物質屏障、電屏障、免疫屏障等功能，將腦置於一個密閉、穩定、安全的系統中，但同時也限制了治療藥物的作用。腦微血管內皮細胞、周細胞、星形膠質細胞、基底膜共同構成了血腦屏障，對於血腦屏障中的細胞組分 —— 腦微血管內皮細胞間的緊密連接等研究相對比較集中且為大家所熟知。本文作者則將視角放在了被以往眾多研究忽略的血腦屏障組成成分 —— 基底膜。基底膜由於缺乏細胞成分，在早期的研究中被認為僅參與血腦屏障的支撐和「鉚釘」作用。但本文作者發現基底膜在血腦屏障完整性、發生學乃至血管病（尤其是出血性血管病）的病因學方面均起到了重要作用，且作者綜述了基底膜各種生物組成部分在疾病發生、血腦屏障形成及調節方面所產生的不同作用。
二、血腦屏障的基底膜生物特徵
BBB的基底膜以周細胞為界限劃分為兩部分，即位於內皮細胞與周細胞之間的內皮細胞側基底膜（Endothelial BM），以及周細胞與星形膠質細胞足突之間的腦實質側基底膜（Parenchymal BM）。這兩部分基底膜生理特徵完全一致。結構方面，基底膜是一種厚度為50~100nm的高度組織性蛋白複合物。生物化學方面，基底膜主要包含四種蛋白：膠原蛋白IV（collagen IV）、層黏連蛋白（laminin）、巢蛋白（nidogen）及基底膜蛋白多糖（硫酸乙醯肝素蛋白多糖 heparin sulfate proteoglycans）。這些蛋白是由內皮細胞、周細胞和星形膠質細胞分泌的。基底膜的每種蛋白組分在維持BBB完整性方面均起到不同作用。
圖 1. 血腦屏障構成示意圖
1. 膠原蛋白IV
基底膜中含量最多的即為膠原蛋白IV，由三股螺旋體形成的α肽鏈網狀結構構成，目前發現了六種α肽鏈（COL4A1-6）。COL4A1/2與COL4A3-6不同，前者在幾乎所有基底膜中均存在，且在物種間高度保守。COL4A1/2主要參與維持基底膜的完整性，而與基底膜發育無關。其中COL4A1外顯子41突變會造成腦穿通畸形（porencephaly，又稱腦穿通性囊腫）以及顱內出血。由於組成BBB的細胞都可以分泌膠原蛋白IV，通過敲除內皮細胞、周細胞、星形膠質細胞的COL4A1外顯子41後，星形膠質組表現出輕微的顱內出血，而內皮細胞和周細胞組則表現出嚴重的腦水腫、顱內出血和穿通畸形。所以膠原蛋白IV在維持血管完整性方面有著重要作用。
2. 層粘連蛋白
層粘連蛋白由5條α鏈、4條β鏈和3條γ鏈組成，這些亞單位的不同組合可產生多種層粘連蛋白亞型，而內皮細胞、周細胞和星形膠質細胞則分別分泌不同的層粘連蛋白亞型，如內皮細胞分泌層粘連蛋白411和511，星形膠質細胞分泌211。由於分泌細胞的差異，層粘連蛋白411、511分布在內皮細胞側基底膜，而層粘連蛋白211分布在膠質細胞側基底膜。層粘連蛋白211缺失可引起年齡相關性BBB損傷和顱內出血。血管內皮細胞和周細胞分泌的層粘連蛋白缺失可造成腦積水。由於腦積水的形成存在基因背景，層粘連蛋白在其中的作用是原發性還是繼發性尚待進一步研究證實。作者的實驗室正在該方面嘗試有意義的研究，或可為發現相關疾病的有效治療藥物提供有力支持。更有意思的是層粘連蛋白的組成成分α4和α5在胚胎時期以及成年後會出現相互替代及彌補作用，是否也進一步說明了單一層粘連蛋白亞型缺乏，對於成年後血腦屏障的完整性不會造成嚴重影響，也為進一步發現血腦屏障保護劑提供了線索。
3. 巢蛋白
巢蛋白的功能是維持膠原蛋白IV與層粘連蛋白的穩定。哺乳動物中存在-1和-2兩種亞型。在大鼠的研究中發現，缺乏-1或-2巢蛋白，BBB功能基本正常。-1突變小鼠的基底膜功能稍有弱化，-2敲除小鼠研究發現其-1的表達在數量和部位上無明顯變化。而在-1缺失的小鼠中，-2蛋白表達上調並發生重新分布。綜上所述，我們可以看出，在BBB功能維持方面，-1蛋白的作用似乎更為重要。
4. 基底膜蛋白多糖
又名硫酸乙醯肝素蛋白多糖2（HSPG2），是基底膜中的特大分子蛋白，可與基底膜的其它蛋白組分充分接觸。目前的研究主要集中在胚胎時期缺乏不會造成基底膜形成的變化，而在多種組織、器官的形成和發育過程中會發生改變。對成年後HSPG2與BBB功能改變的相關性目前尚不知曉。
三、結 論
由於基底膜內在的複雜性以及缺乏有效的研究工具，有關其作用的相關研究剛剛起步，作者團隊藉助基因組學和生物化學的方法，逐步對以上問題揭開「面紗」。隨著這些問題逐一被解答，或可大力助推伴有血腦屏障損傷的疾病病生機制的了解及治療方法的突破創新。
表 1. 基底膜組分功能障礙研究匯總
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