神经血管单元---陈兴泳ppt课件.ppt

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缺血性脑卒中“神经血管单元”的研究进展福建省立医院神经内科陈兴泳 目录1神经血管单元概念的产生背景2神经血管单元的概念和结构3神经血管单元的损伤机制4相关信号通路调控神经血管单元5血脑屏障体外模型的建立6神经血管单元损伤的治疗策略7小结 1神经血管单元概念的产生背景脑血管病发病率高，严重危害人类健康，其中约70%为缺血性脑血管病缺血是脑梗死病理损害的核心改善脑血循环是脑梗死的根本性治疗以往对缺血性脑病的治疗主要是以溶栓恢复脑血液循环及恢复神经元的功能治疗为主脑组织的血液循环恢复了但神经元的损伤仍然在发生 缺血性脑卒中的病理过程不仅仅是脑组织缺血及神经元的死亡，脑缺血后神经元坏死和凋亡与诸多因素有关缺血不仅影响神经元，而且还影响星形胶质细胞小胶质细胞神经轴突微血管 从单一的神经元保护转向对神经元、微血管和支持细胞复合体的保护“神经血管单元”的概念或许能更全面反映脑组织的各种结构和功能保护“神经血管单元”或许是缺血性损伤更现实的治疗靶点 2神经血管单元的概念和结构 2神经血管单元的概念和结构2003年亚裔美国科学家Lo提出了神经血管单元的概念概念性框架可以看作是由微血管、血管周围的星形细胞突起及由这些突起所支持的神经元以及轴突共同组成的复合体神经元胶质细胞(星形/小胶质)血脑屏障(包括微血管内皮细胞、内皮细胞间的紧密连接、基底膜、星形胶质细胞的足突、周细胞)维持脑组织内环境完整性的细胞外基质 TheNeurovascularUnit Aschematicoftheneurovascularunit. 神经元脑梗死会引起神经元一系列病理生理变化，会造成神经细胞凋亡或死亡 星形胶质细胞星形胶质细胞参与脑组织内的多个生理活动脑组织内离子及水分浓度的调节星形胶质细胞源性因子，包括胶质源性神经营养因子(GDNF)、基本碱性成纤维细胞生长因子(BFGF)和血管生成素-1(Ang-1)、炎症因子神经递质的清除干细胞增殖的调节突触数量的控制及维持血脑屏障的正常防御作用 血脑屏障神经-血管单元中的一个动态结构体，其结构包括：脑微血管内皮细胞及内皮细胞间的紧密连接、基膜周细胞星形胶质细胞足突控制着脑血管与中枢神经系统之间的体液与细胞物质转运 Schematicrepresentationofatypicalbrainmicrocapillary 血脑屏障--脑血管内皮细胞具有丰富的线粒体连续的基膜复杂的紧密连接无窗孔无Ⅱ类组织相容复合物低吞饮活性其特定的物质转运系统及其受体结构 血脑屏障--紧密连接在脑微血管中，细胞-细胞间的紧密连接是维持大脑微血管的完整性和调节细胞旁运输的关键闭锁蛋白(occludin)紧密连接蛋白(claudins)连接黏附分子(junctionaladhesionmolecules)与胞质骨架蛋白一起参与细胞间的连接及相互作用，如闭合小环蛋白(ZO-1、ZO-2和ZO-3)、肌动蛋白细胞骨架和结合蛋白(蛋白激酶、小GTP蛋白及G蛋白) 紧密连接 血脑屏障--周细胞环绕在脑微血管及毛细血管的表面，与内皮细胞、星形胶质细胞及神经元在神经血管单元中相互联系通过肌动蛋白应力纤维的收缩控制毛细血管直径从而调节脑微血管血流量能诱导新生毛细血管的发生缺失能导致微血管血流量的减少及血脑屏障的破坏具有干细胞的多向分化潜能，在神经组织的修复及损伤中起重要作用α-平滑肌肌动蛋白来鉴定 血脑屏障--基底膜脑血管内皮细胞及周细胞的表面覆有一层连续的基底膜，厚度100nm主要由纤维连接蛋白、层粘连蛋白及Ⅳ型胶原蛋白组成巩固和加强紧密连接，血脑屏障的完整性 细胞外基质构成了中枢神经系统微环境结构，对中枢神经活动起调节作用是血脑屏障发挥其结构及调节功能的重要组成部分主要包括纤连蛋白层粘连蛋白玻璃体结合蛋白血小板反应蛋白细胞粘合素IV胶原蛋白 基质金属蛋白酶(MMPs)家族MMPs分为6类，为胶原酶（MMP9，MMP2）、明胶酶、基质降解素、基质溶解素、furin活化的MMP和其他分泌型MMP参与细胞外基质的维护及重组侵袭基膜蛋白及降低内皮细胞间紧密连接复合物的成分，使BBB的完整性遭到破坏，从而导致血管性水肿的形成通过活性氧(ＲOS)的参与对血脑屏障造成破坏MMP多以酶原形式分泌，可被纤溶酶等结合于其活化位点而降解 3神经血管单元的损伤机制 3神经血管单元的损伤机制脑梗死后，NVU各组分受到不同程度损伤，各组分之间的相对平衡被打破，引起一系列的级联损伤反应，且任何组分的损伤都会影响到其他的组分 免疫炎症反应机制广义上说，卒中后炎症反应包括脑内（尤其脑缺血梗死灶和其周边组织）以及外周器官组织的免疫炎症反应以时间依赖性方式活化、聚集各种类型的炎症细胞和释放各种炎症介质在缺血脑组织为特征卒中后免疫抑制：脑缺血后数小时内即可以出现全身免疫下调，即“卒中诱导的免疫抑制”其机制尚未完全阐明，但可能涉及交感神经系统活化和伴随的甾类、儿茶酚胺类释放急性缺血性脑血管病存在局部炎症反应 炎性细胞白细胞小胶质细胞星型胶质细胞 白细胞中性粒细胞4～6h积聚于缺血的脑组织,1—3d达高峰淋巴细胞3—7d达峰值巨噬细胞脑缺血后12～24h来源于血液和血管周围的单核细胞以及脑内的小胶质细胞 小胶质细胞NVU损伤后24--48h小胶质细胞被激活，3～6d最为明显，可持续1月左右来源于单核巨噬细胞系，约占CNS胶质细胞的5～12%介导CNS的炎症反应，参与中枢神经系统的免疫应答 细胞因子粘附分子炎症介质 卒中抗炎免疫治疗策略炎症反应可以清除坏死组织，但过度的炎症会导致继发性组织损伤促进炎症和抗炎症免疫应答双方相互制约，可达到内环境动态平衡卒中后免疫激活的消退和组织修复卒中后免疫激活是自限性进程，最后消退并为损伤脑部的结构和功能重构作准备炎症消退并不是促炎症因素耗竭后出现的消极过程，而是大量活性介质相互作用抑制炎症应答导致的 蛋白酶体抑制剂 蛋白酶体抑制剂 卒中免疫学治疗的存在问题 高度特异选择性蛋白酶抑制剂运用于卒中治疗的可行性研究我们前期研究发现基因沉默免疫蛋白酶体亚基LMP2减小脑梗死体积，发挥神经保护作用 免疫系统和中枢神经系统错综复杂的相互作用我们目前对卒中病理生理的了解还很片面尚未能精确地找到某一靶点作为卒中免疫学治疗的最佳途径应充分考虑卒中免疫调节治疗的潜在风险，平衡风险和获益之间的关系对卒中的免疫学治疗仍需保持谨慎的态度卒中免疫学治疗的存在问题 4相关信号通路调控神经血管单元 改善侧支循环对缺血性脑卒中重要性血管再生的机制 美国加州大学卒中中心DavidS教授提出“血流决定大脑”侧支循环是改善脑缺血区域血流灌注的一条有效途径改善侧支循环对缺血性脑卒中重要性侧支循环的代偿分级一级侧支代偿二级侧支代偿三级侧支代偿问渠哪得清如许,为有源头活水来 一级侧支代偿：主要由Willis环的血管构成，血流灌注不足时首先开放的是前交通动脉和后交通动脉Willis环是颅内最重要的侧支代偿途径，它将两侧半球和前、后循环联系在一起前交通动脉平衡两侧大脑前部区域的血液供应后交通动脉可为前、后循环提供侧支代偿 二级侧支代偿：即颅内外吻合支，主要是眼动脉逆流和软脑膜间的吻合支软脑膜血管吻合皮质内血管吻合硬脑膜与软脑膜血管间的吻合颅内外血管的吻合 三级侧支代偿：通过血管发生和血管生成等方式产生的新生血管新生的血管从正常脑组织向缺血半暗带及中心坏死区延伸，缺血区周围组织的血流灌注得到改善，可减少脑梗死的体积，重塑神经结构，不同程度地恢复神经功能 脑侧枝循环的影像学检查与评估 侧支循环的一级及二级侧支循环通常是先天形成的，干预的潜力不大如何干预促进三级侧支循环的建立，成为缺血性卒中治疗的新焦点 血管再生的机制血管生成(angiogenesis)动脉生成(arteriogenesis)血管发生(vasculogenesis) 血管生成(angiogenesis)指从原有的毛细后微血管网（postcapillarymicrovascularnetworks）上芽生（sprouting）及套叠（intussusception）分化出新生的、不具有完整中膜结构的毛细血管网的过程血管内径大多在5-8um血管生成的进一步完善需要内皮周围支持细胞(periendothelialcell)的包绕，内皮周围支持细胞在小血管指周细胞(pericyte)，在大血管特指平滑肌细胞内皮周围支持细胞可抑制内皮细胞增殖、迁移，刺激内皮细胞间基质的生成，促进基底膜的形成，稳定新生血管血管生成需要多种生长因子的协同参与，相互作用 动脉生成(arteriogenesis)在动脉的急性或慢性闭塞情况下，原有闭合的侧支循环网由于剪切力增加而开放并重塑，管径扩大，形成侧支交通，为闭塞血管起到自身搭桥作用的过程形成的小动脉主要是具有3层以上血管平滑肌的动脉 AngiogenesisArteriogenesis定义新生毛细血管的形成侧支动脉的生成来源原有毛细血管原有侧支血管部位闭塞血管远端闭塞血管周围触发因素缺氧剪切力增加启动子缺氧反应元件TACGTGCT剪切力反应元件GCGACC结果毛细血管密度增加小动脉生成增加血流量1.5-1.7倍10-20倍所需时间数天数天到数周血管生成与动脉生成比较 指血管的原位分化和生长胚胎早期，胚外中胚层细胞增殖、分化形成的细胞索或团称为血岛(bloodisland)不久血岛内出现间隙，周边细胞分化为内皮祖细胞，中央部分分化为原始的造血干细胞相邻血岛的内皮祖细胞相互连接，形成一个迷宫样结构，即为胚胎早期的原始毛细血管网原始毛细血管网通过血管生成、动脉生成过程进一步成熟目前认为，成人体内的血管再生存在血管发生过程在动脉闭塞等缺血性疾病中，缺血组织释放的细胞因子可动员骨髓及循环血中的内皮祖细胞，使其归巢至缺血组织，通过自身分化，增殖而形成新生血管涉及多个信号通路参与血管发生(vasculogenesis) HIF-1a/VEGF-Notch信号通路HIF-1α是低氧诱导因子1a，转录调节因子HIF-1α的靶基因涉及血管舒缩、血管新生、红细胞生成、能量代谢及细胞的增生和死亡等脑梗死后星形胶质细胞、小胶质细胞、血管内皮细胞等上调表达HIF-1α HIF-1a/VEGF-Notch信号通路VEGF作为血管生成的正调控因子VEGF通过与其受体结合，特别是与高亲和性的VEGFR2结合，发挥促内皮细胞增殖和血管新生重要作用高浓度的VEGF会诱导该细胞中DLL4的水平，从而上调邻近细胞中Notchl的表达水平，激活DLL4--Notchl信号通路，促进血管新生Notch信号通路可发挥负调控作用，防止血管内皮细胞过度增生，协同VEGF作用，共同促进形成一个分化良好血管网 转化生长因子β相关的αvβ8整联蛋白、wnts蛋白信号通路在胚胎期神经血管的发展过程中，αvβ8整联蛋白和其细胞外基质的配体-未活化的TGFβs起着关键性的作用TGFβs在细胞内以无活性的形式存在，是与细胞外基质相关联的复合体TGFβs通过跨膜细胞受体丝/苏氨酸激酶调控细胞内信号转换通路TGFβR存在于内皮细胞和胶质细胞的胞膜上 转化生长因子β相关的αvβ8整联蛋白、wnts蛋白信号通路胶质细胞内，活化的TGFβs与其受体TGFβR结合，激活细胞内一系列信号级联反应，继而激活wnts蛋白信号通路Wnts是脂质修饰的细胞外基质相关的蛋白质，其通过内皮细胞表面受体Frz和LRP来调控细胞内信号级联反应活化的TGFβs结合于内皮细胞上的受体，通过SMADs激活细胞内信号通路，诱导BBB的形成都依赖于β-catenin蛋白（连环蛋白）作用 Asummaryofadhesionandsignalingpathwaysinneurovascularunits血管基底膜把内皮细胞和血管周围的胶质细胞分开，内皮细胞中旁分泌的转化生长因子β可能和SMADs有关。在血管周围的细胞，αvβ8整联蛋白和Band4.1s相互作用，这些可能和细胞内的信号受体相关，包括β-Pix。Wnt7a和Wnt7b是细胞外基质相关的蛋白，表达于中枢神经系统，调控神经血管单元。Wnt介导的信号通路需要内皮细胞的β-catenin发挥作用 周细胞参与的神经血管单元功能相关信号通路周细胞存在于血管内皮和基板之间，22%-32%的脑毛细血管表面被周细胞覆盖表达：Angiopoietin-1、转化生长因子β1(TGF-β1)、血小板衍生生长因子β受体(PDGFR-β)脑损伤后，40%的脑微血管周细胞通过周细胞表达的尿激酶血浆酶原激活受体从微脉管迁移到损伤血管周围区域，调控血管再生 内皮细胞和周细胞的相互信号传递内皮细胞释放PDGF-β和TGF-β1影响周细胞的分化周细胞表达的Ang1和TGF-β1对内皮细胞发挥着重要的作用N-钙黏素介导内皮细胞和周细胞的相互作用 t-PA的双重作用及其相关信号通路与BBB关系t-PA是目前惟一的治疗脑卒中的溶栓剂，但是其安全窗有时间限制，而且具有不良反应LRP相关信号通路APC相关信号通路 LRP相关信号通路BBB的通透性有赖于t-PA和LRP的相互作用增加t-PA的活力会导致缺血损伤和BBB的破坏，t-PA在血管内是有益的，但对血管外的神经元有害通过LRP介导的跨细胞作用，t-PA可以进入血脑屏障，并且从血管内进入到脑通过NF-κB通路的激活促进INOS表达增加氧化应激 APC相关信号通路APC是丝氨酸蛋白酶，具有抗凝血、抗炎和抗细胞凋亡作用APC通过蛋白酶激活的受体PAR-1作用，加速新血管生成和神经发生并且抑制t-PA的毒性脑缺血内皮细胞通过PAR1--APC可以阻断t-PA介导的Caspase-3、MMP9信号通路 血小板源性生长因子C(PDGF-C)相关信号通路血小板源性生长因子C是PDGF家族的4个成员之一在神经血管单元中PDGF-CC是t-PA下游的一个酶作用底物t-PA和LRP结合激活潜伏的PDGF-CC活性的PDGF-CC和PDGFR-α结合导致BBB的破坏 相关信号通路调控神经血管单元 5血脑屏障体外模型的建立 5血脑屏障体外模型的建立 （1）脑微血管段模型1973年Job等成功分离了脑微血管段，并发现其具有低通透性的紧密连接，缺少窗孔结构等90年代初，新鲜分离的脑微血管段曾被广泛用作离体BBB模型 （2）BMEC单独培养模型离体培养的脑微血管内皮细胞部分丧失了体内状态下的一些重要特性，如紧密连接的通透性增高，特异性抗原表达减弱，并且这些问题随细胞的传代而加重 （3）内皮细胞和胶质细胞共培养模型采用同种属的BMEC和原代培养的星形胶质细胞共同培养最接近在体状态接触式培养（contactmodel）非接触式培养（no-contactmodel）混合式培养（mixedmodel） （4）三维BBB模型该模型由一根涂有介质的中空纤维管构成，使脑微血管内皮细胞和星形胶质细胞共培养，并置于一个流动的环境内，由中空纤维管循环提供营养物质 6神经血管单元损伤的治疗策略 NVU的保护包括神经、血管和胶质三方面开发具有NVU保护作用的单一药物多药物联合应用可多途径、多环节对NVU产生保护：溶栓剂+神经保护剂，如氧自由基清除剂合用亚低温疗法：轻度体温33-350C，中度体温28-320C，深度体温17-270C6神经血管单元损伤的治疗策略动物试验有效，临床未能证实 小结脑梗死导致的脑损伤是一个复杂的病理生理过程脑梗死会导致NVU各组分及组分之间信号转导机制等发生一系列的病变和损伤NVU理论的提出和发展为脑梗死的治疗开辟了新的治疗方向脑保护的靶标应从单一的神经元保护扩展至对NVU各个组分如何在诸多靶点中选择有效的干预，并改善NVU内部的稳态和维持脑细胞的正常功能将是今后研究的重点 杂志编委成员之一NeuroimmunolandNeuroinflammationAustinBiomarkers&Diagnosis欢迎投稿！ 71THANKS