血脑屏障

血脑屏障对于维持脑内稳态至关重要，但有关其形成的许多问题尚未完全阐明。但已明确，血脑屏障是分化最明显、最复杂、最致密的组织血液屏障。其主要结构和功能单位是脑毛细血管的内皮细胞。

与其他器官不同，大脑的代谢依赖于血液中的物质。众多血管确保神经系统的功能，其独特之处在于物质穿透血管壁的过程具有选择性。脑毛细血管的内皮细胞通过持续紧密接触相互连接，因此物质只能穿过细胞本身，而不能在细胞之间移动。胶质细胞是血脑屏障的第二组成部分，毗邻毛细血管的外表面。在脑室的血管丛中，屏障的解剖基础是上皮细胞，它们也彼此紧密连接。目前，血脑屏障并非仅被视为一种解剖学和形态学屏障，而是一种功能性结构，能够选择性地通过神经细胞，并在某些情况下通过主动运输机制将各种分子递送至神经细胞。因此，血脑屏障发挥着调节和保护作用。

脑内某些结构的血脑屏障被削弱。这些结构主要包括下丘脑，以及第三和第四脑室底部的一些结构——最后区（后区）、穹窿下器官和连合下器官，以及松果体。缺血性和炎症性脑损伤会导致血脑屏障的完整性遭到破坏。

当这些细胞的特性满足两个条件时，血脑屏障才被认为已完全形成。首先，细胞内的液相内吞作用（胞饮作用）速率必须极低。其次，细胞之间必须形成特定的紧密连接，其特点是电阻非常高。软脑膜毛细血管的电阻值可达1000-3000欧姆/厘米² ^，脑实质内毛细血管的电阻值可达2000-8000欧姆/厘米²。相比之下，骨骼肌毛细血管的跨内皮电阻平均值仅为20欧姆/厘米²。

血脑屏障对大多数物质的通透性很大程度上取决于物质的性质以及神经元独立合成这些物质的能力。能够突破这一屏障的物质首先包括氧气和二氧化碳，以及各种金属离子、葡萄糖、维持正常脑功能所必需的氨基酸和脂肪酸。葡萄糖和维生素需要通过载体运输。同时，D-葡萄糖和L-葡萄糖穿透血脑屏障的速度不同——前者高出100多倍。葡萄糖在脑能量代谢以及多种氨基酸和蛋白质的合成中都发挥着重要作用。

决定血脑屏障功能的主要因素是神经细胞的代谢水平。

神经元所需的物质供应不仅依靠周围的毛细血管，还依赖于脑脊液循环的软膜和蛛网膜。脑脊液位于颅腔、脑室以及脑膜之间的间隙中。人体脑脊液的体积约为100-150毫升。脑脊液能够维持神经细胞的渗透平衡，并清除对神经组织有毒的代谢产物。

介质交换途径和血脑屏障在代谢中的作用（据：Shepherd，1987） 

物质穿过血脑屏障不仅取决于血管壁对它们的通透性（物质的分子量、电荷和亲脂性），还取决于主动运输系统的存在与否。

立体特异性胰岛素非依赖性葡萄糖转运蛋白（GLUT-1）在脑毛细血管内皮细胞中含量丰富，它确保葡萄糖能够跨过血脑屏障。这种转运蛋白的活性可以确保大脑输送比正常情况下所需量高出2-3倍的葡萄糖。

血脑屏障运输系统的特点（据：Pardridge，Oldendorf，1977）

可运输 连接	优先底物	公里，毫米	最大流速 nmol/分钟*g
己糖	葡萄糖	9	1600
单 羧酸	乳酸	1.9	120
中性 氨基酸	苯丙氨酸	0.12	三十
必需 氨基酸	赖氨酸	0.10	6
胺类	胆碱	0.22	6
嘌呤	腺嘌呤	0.027	1
核苷	腺苷	0,018	0.7

这种转运蛋白功能受损的儿童会出现脑脊液葡萄糖水平显著下降以及大脑发育和功能紊乱的情况。

单羧酸（L-乳酸、乙酸、丙酮酸）和酮体分别由不同的立体定向系统运输。虽然它们的运输强度低于葡萄糖，但它们是新生儿和饥饿状态下的重要代谢底物。

胆碱转运到中枢神经系统也由转运蛋白介导，并可通过神经系统中乙酰胆碱合成的速率进行调节。

维生素并非由大脑合成，而是通过特殊的运输系统从血液中获取。尽管这些系统的运输活性相对较低，但在正常情况下，它们能够确保大脑所需维生素的运输，但食物中缺乏这些系统则会导致神经系统疾病。一些血浆蛋白也能穿透血脑屏障。它们穿透血脑屏障的方式之一是受体介导的转胞吞作用。胰岛素、转铁蛋白、血管加压素和胰岛素样生长因子就是这样穿透血脑屏障的。脑毛细血管内皮细胞对这些蛋白质具有特异性受体，能够内吞蛋白质-受体复合物。重要的是，在后续事件中，复合物会分解，完整的蛋白质会被释放到细胞的另一侧，受体也会再次整合到膜上。对于多聚阳离子蛋白和凝集素来说，转胞吞作用也是穿透血脑屏障的一种方式，但它与特定受体的作用无关。

血液中的许多神经递质无法穿透血脑屏障。因此，多巴胺不具备这种能力，而左旋多巴则通过中性氨基酸转运系统穿透血脑屏障。此外，毛细血管细胞含有代谢神经递质（胆碱酯酶、GABA转氨酶、氨基肽酶等）、药物和毒性物质的酶，这不仅能保护大脑免受血液循环中神经递质的侵害，还能保护大脑免受毒素的侵害。

BBB 的工作还涉及载体蛋白，这些蛋白将物质从脑毛细血管内皮细胞运输到血液中，防止其渗透到大脑中，例如 b-糖蛋白。

在个体发育过程中，各种物质通过血脑屏障的运输速率会发生显著变化。因此，新生儿对β-羟基丁酸、色氨酸、腺嘌呤、胆碱和葡萄糖的运输速率明显高于成年人。这反映了发育中的大脑对能量和大分子底物的需求相对较高。

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