神經(jīng)血管單元-ppt參考課件

缺血性腦卒中“神經(jīng)血管單元”的研究進展12020/3/12目錄1

神經(jīng)血管單元概念的產(chǎn)生背景2神經(jīng)血管單元的概念和結(jié)構(gòu)3神經(jīng)血管單元的損傷機制4相關(guān)信號通路調(diào)控神經(jīng)血管單元5血腦屏障體外模型的建立6神經(jīng)血管單元損傷的治療策略7小結(jié)22022/10/271

神經(jīng)血管單元概念的產(chǎn)生背景腦血管病發(fā)病率高，嚴重危害人類健康，其中約70%為缺血性腦血管病缺血是腦梗死病理損害的核心改善腦血循環(huán)是腦梗死的根本性治療以往對缺血性腦病的治療主要是以溶栓恢復腦血液循環(huán)及恢復神經(jīng)元的功能治療為主腦組織的血液循環(huán)恢復了但神經(jīng)元的損傷仍然在發(fā)生32022/10/27缺血性腦卒中的病理過程不僅僅是腦組織缺血及神經(jīng)元的死亡，腦缺血后神經(jīng)元壞死和凋亡與諸多因素有關(guān)缺血不僅影響神經(jīng)元，而且還影響星形膠質(zhì)細胞小膠質(zhì)細胞神經(jīng)軸突微血管42022/10/27從單一的神經(jīng)元保護轉(zhuǎn)向?qū)ι窠?jīng)元、微血管和支持細胞復合體的保護“神經(jīng)血管單元”的概念或許能更全面反映腦組織的各種結(jié)構(gòu)和功能保護“神經(jīng)血管單元”或許是缺血性損傷更現(xiàn)實的治療靶點52022/10/272神經(jīng)血管單元的概念和結(jié)構(gòu)62022/10/272神經(jīng)血管單元的概念和結(jié)構(gòu)2003年亞裔美國科學家Lo提出了神經(jīng)血管單元的概念概念性框架可以看作是由微血管、血管周圍的星形細胞突起及由這些突起所支持的神經(jīng)元以及軸突共同組成的復合體神經(jīng)元膠質(zhì)細胞(星形/小膠質(zhì))血腦屏障(包括微血管內(nèi)皮細胞、內(nèi)皮細胞間的緊密連接、基底膜、星形膠質(zhì)細胞的足突、周細胞)維持腦組織內(nèi)環(huán)境完整性的細胞外基質(zhì)72022/10/27TheNeurovascularUnit82022/10/27Aschematicoftheneurovascularunit.92022/10/27神經(jīng)元腦梗死會引起神經(jīng)元一系列病理生理變化，會造成神經(jīng)細胞凋亡或死亡激活了凋亡相關(guān)基因氧化應(yīng)激炎癥反應(yīng)鈣超載興奮性氨基酸毒性作用酸中毒其他102022/10/27星形膠質(zhì)細胞星形膠質(zhì)細胞參與腦組織內(nèi)的多個生理活動腦組織內(nèi)離子及水分濃度的調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞源性因子，包括膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)、基本堿性成纖維細胞生長因子(BFGF)和血管生成素-1(Ang-1)、炎癥因子神經(jīng)遞質(zhì)的清除干細胞增殖的調(diào)節(jié)突觸數(shù)量的控制及維持血腦屏障的正常防御作用112022/10/27血腦屏障神經(jīng)-血管單元中的一個動態(tài)結(jié)構(gòu)體，其結(jié)構(gòu)包括：腦微血管內(nèi)皮細胞及內(nèi)皮細胞間的緊密連接、基膜周細胞星形膠質(zhì)細胞足突控制著腦血管與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的體液與細胞物質(zhì)轉(zhuǎn)運122022/10/27Schematicrepresentationofatypicalbrainmicrocapillary132022/10/27血腦屏障--腦血管內(nèi)皮細胞具有豐富的線粒體連續(xù)的基膜復雜的緊密連接無窗孔無Ⅱ類組織相容復合物低吞飲活性其特定的物質(zhì)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)及其受體結(jié)構(gòu)142022/10/27血腦屏障--緊密連接在腦微血管中，細胞-細胞間的緊密連接是維持大腦微血管的完整性和調(diào)節(jié)細胞旁運輸?shù)年P(guān)鍵閉鎖蛋白(occludin)緊密連接蛋白(claudins)連接黏附分子(junctionaladhesionmolecules)與胞質(zhì)骨架蛋白一起參與細胞間的連接及相互作用，如閉合小環(huán)蛋白(ZO-1、ZO-2和ZO-3)、肌動蛋白細胞骨架和結(jié)合蛋白(蛋白激酶、小GTP蛋白及G蛋白)152022/10/27緊密連接162022/10/27血腦屏障--周細胞環(huán)繞在腦微血管及毛細血管的表面，與內(nèi)皮細胞、星形膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元在神經(jīng)血管單元中相互聯(lián)系通過肌動蛋白應(yīng)力纖維的收縮控制毛細血管直徑從而調(diào)節(jié)腦微血管血流量能誘導新生毛細血管的發(fā)生缺失能導致微血管血流量的減少及血腦屏障的破壞具有干細胞的多向分化潛能，在神經(jīng)組織的修復及損傷中起重要作用α-平滑肌肌動蛋白來鑒定172022/10/27血腦屏障--基底膜腦血管內(nèi)皮細胞及周細胞的表面覆有一層連續(xù)的基底膜，厚度100nm主要由纖維連接蛋白、層粘連蛋白及Ⅳ型膠原蛋白組成鞏固和加強緊密連接，血腦屏障的完整性182022/10/27細胞外基質(zhì)構(gòu)成了中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境結(jié)構(gòu)，對中樞神經(jīng)活動起調(diào)節(jié)作用是血腦屏障發(fā)揮其結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)功能的重要組成部分主要包括纖連蛋白層粘連蛋白玻璃體結(jié)合蛋白血小板反應(yīng)蛋白細胞粘合素IV膠原蛋白192022/10/27基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)家族MMPs分為6類，為膠原酶（MMP9，MMP2）、明膠酶、基質(zhì)降解素、基質(zhì)溶解素、furin活化的MMP和其他分泌型MMP參與細胞外基質(zhì)的維護及重組侵襲基膜蛋白及降低內(nèi)皮細胞間緊密連接復合物的成分，使BBB的完整性遭到破壞，從而導致血管性水腫的形成通過活性氧(ＲOS)的參與對血腦屏障造成破壞MMP多以酶原形式分泌，可被纖溶酶等結(jié)合于其活化位點而降解202022/10/273神經(jīng)血管單元的損傷機制212022/10/273神經(jīng)血管單元的損傷機制腦梗死后，NVU各組分受到不同程度損傷，各組分之間的相對平衡被打破，引起一系列的級聯(lián)損傷反應(yīng)，且任何組分的損傷都會影響到其他的組分凋亡機制氧化應(yīng)激免疫炎癥反應(yīng)鈣超載興奮性氨基酸毒性作用酸中毒其他222022/10/27免疫炎癥反應(yīng)機制廣義上說，卒中后炎癥反應(yīng)包括腦內(nèi)（尤其腦缺血梗死灶和其周邊組織）以及外周器官組織的免疫炎癥反應(yīng)以時間依賴性方式活化、聚集各種類型的炎癥細胞和釋放各種炎癥介質(zhì)在缺血腦組織為特征卒中后免疫抑制：腦缺血后數(shù)小時內(nèi)即可以出現(xiàn)全身免疫下調(diào)，即“卒中誘導的免疫抑制”其機制尚未完全闡明，但可能涉及交感神經(jīng)系統(tǒng)活化和伴隨的甾類、兒茶酚胺類釋放急性缺血性腦血管病存在局部炎癥反應(yīng)232022/10/27炎性細胞白細胞小膠質(zhì)細胞星型膠質(zhì)細胞242022/10/27白細胞中性粒細胞4～6h積聚于缺血的腦組織,1—3d達高峰淋巴細胞3—7d達峰值巨噬細胞腦缺血后12～24h來源于血液和血管周圍的單核細胞以及腦內(nèi)的小膠質(zhì)細胞252022/10/27小膠質(zhì)細胞NVU損傷后24--48h小膠質(zhì)細胞被激活，3～6d最為明顯，可持續(xù)1月左右來源于單核巨噬細胞系，約占CNS膠質(zhì)細胞的5～12%介導CNS的炎癥反應(yīng)，參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫應(yīng)答262022/10/27細胞因子白細胞介素腫瘤壞死因子趨化因子粘附分子選擇素整合素免疫球蛋白超家族炎癥介質(zhì)272022/10/27卒中抗炎免疫治療策略卒中免疫學治療的優(yōu)勢延長治療時間窗作為溶栓或血管內(nèi)取栓等再灌注治療的適當補充炎癥反應(yīng)可以清除壞死組織，但過度的炎癥會導致繼發(fā)性組織損傷促進炎癥和抗炎癥免疫應(yīng)答雙方相互制約，可達到內(nèi)環(huán)境動態(tài)平衡卒中后免疫激活的消退和組織修復卒中后免疫激活是自限性進程，最后消退并為損傷腦部的結(jié)構(gòu)和功能重構(gòu)作準備炎癥消退并不是促炎癥因素耗竭后出現(xiàn)的消極過程，而是大量活性介質(zhì)相互作用抑制炎癥應(yīng)答導致的282022/10/27蛋白酶體抑制劑292022/10/27蛋白酶體抑制劑302022/10/27抗炎治療在動物卒中模型中能夠減小梗死灶、改善神經(jīng)功能，但在臨床目前未能確切證實卒中的動物模型不能完全重演人類疾病的病理限制缺血的炎癥反應(yīng)在急性期減輕組織損傷，卻可能影響修復機制和惡化長期預后廣譜的蛋白酶抑制劑如MLN519/PS519，在抑制炎癥基因同時也抑制了一些保護性基因作用卒中免疫學治療的存在問題312022/10/27高度特異選擇性蛋白酶抑制劑運用于卒中治療的可行性研究我們前期研究發(fā)現(xiàn)基因沉默免疫蛋白酶體亞基LMP2減小腦梗死體積，發(fā)揮神經(jīng)保護作用322022/10/27免疫系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)錯綜復雜的相互作用我們目前對卒中病理生理的了解還很片面尚未能精確地找到某一靶點作為卒中免疫學治療的最佳途徑應(yīng)充分考慮卒中免疫調(diào)節(jié)治療的潛在風險，平衡風險和獲益之間的關(guān)系對卒中的免疫學治療仍需保持謹慎的態(tài)度卒中免疫學治療的存在問題332022/10/274相關(guān)信號通路調(diào)控神經(jīng)血管單元342022/10/27改善側(cè)支循環(huán)對缺血性腦卒中重要性血管再生的機制352022/10/27美國加州大學卒中中心DavidS教授提出“血流決定大腦”側(cè)支循環(huán)是改善腦缺血區(qū)域血流灌注的一條有效途徑改善側(cè)支循環(huán)對缺血性腦卒中重要性側(cè)支循環(huán)的代償分級一級側(cè)支代償二級側(cè)支代償三級側(cè)支代償問渠哪得清如許,為有源頭活水來362022/10/27一級側(cè)支代償：主要由Willis環(huán)的血管構(gòu)成，血流灌注不足時首先開放的是前交通動脈和后交通動脈Willis環(huán)是顱內(nèi)最重要的側(cè)支代償途徑，它將兩側(cè)半球和前、后循環(huán)聯(lián)系在一起前交通動脈平衡兩側(cè)大腦前部區(qū)域的血液供應(yīng)后交通動脈可為前、后循環(huán)提供側(cè)支代償372022/10/27二級側(cè)支代償：即顱內(nèi)外吻合支，主要是眼動脈逆流和軟腦膜間的吻合支軟腦膜血管吻合皮質(zhì)內(nèi)血管吻合硬腦膜與軟腦膜血管間的吻合顱內(nèi)外血管的吻合382022/10/27三級側(cè)支代償：通過血管發(fā)生和血管生成等方式產(chǎn)生的新生血管新生的血管從正常腦組織向缺血半暗帶及中心壞死區(qū)延伸，缺血區(qū)周圍組織的血流灌注得到改善，可減少腦梗死的體積，重塑神經(jīng)結(jié)構(gòu)，不同程度地恢復神經(jīng)功能392022/10/27腦側(cè)枝循環(huán)的影像學檢查與評估402022/10/27側(cè)支循環(huán)的一級及二級側(cè)支循環(huán)通常是先天形成的，干預的潛力不大如何干預促進三級側(cè)支循環(huán)的建立，成為缺血性卒中治療的新焦點412022/10/27血管再生的機制血管生成(angiogenesis)動脈生成(arteriogenesis)血管發(fā)生(vasculogenesis)422022/10/27血管生成(angiogenesis)指從原有的毛細后微血管網(wǎng)（postcapillary

microvascularnetworks）上芽生（sprouting）及套疊（intussusception）分化出新生的、不具有完整中膜結(jié)構(gòu)的毛細血管網(wǎng)的過程血管內(nèi)徑大多在5-8um血管生成的進一步完善需要內(nèi)皮周圍支持細胞(periendothelialcell)的包繞，內(nèi)皮周圍支持細胞在小血管指周細胞(pericyte)，在大血管特指平滑肌細胞內(nèi)皮周圍支持細胞可抑制內(nèi)皮細胞增殖、遷移，刺激內(nèi)皮細胞間基質(zhì)的生成，促進基底膜的形成，穩(wěn)定新生血管血管生成需要多種生長因子的協(xié)同參與，相互作用432022/10/27動脈生成(arteriogenesis)在動脈的急性或慢性閉塞情況下，原有閉合的側(cè)支循環(huán)網(wǎng)由于剪切力增加而開放并重塑，管徑擴大，形成側(cè)支交通，為閉塞血管起到自身搭橋作用的過程形成的小動脈主要是具有3層以上血管平滑肌的動脈442022/10/27

Angiogenesis

Arteriogenesis定義新生毛細血管的形成

側(cè)支動脈的生成來源

原有毛細血管

原有側(cè)支血管

部位

閉塞血管遠端

閉塞血管周圍觸發(fā)因素

缺氧

剪切力增加啟動子

缺氧反應(yīng)元件TACGTGCT

剪切力反應(yīng)元件GCGACC結(jié)果

毛細血管密度增加小動脈生成增加血流量

1.5-1.7倍

10-20倍所需時間

數(shù)天

數(shù)天到數(shù)周血管生成與動脈生成比較452022/10/27指血管的原位分化和生長胚胎早期，胚外中胚層細胞增殖、分化形成的細胞索或團稱為血島(bloodisland)不久血島內(nèi)出現(xiàn)間隙，周邊細胞分化為內(nèi)皮祖細胞，中央部分分化為原始的造血干細胞相鄰血島的內(nèi)皮祖細胞相互連接，形成一個迷宮樣結(jié)構(gòu)，即為胚胎早期的原始毛細血管網(wǎng)原始毛細血管網(wǎng)通過血管生成、動脈生成過程進一步成熟目前認為，成人體內(nèi)的血管再生存在血管發(fā)生過程在動脈閉塞等缺血性疾病中，缺血組織釋放的細胞因子可動員骨髓及循環(huán)血中的內(nèi)皮祖細胞，使其歸巢至缺血組織，通過自身分化，增殖而形成新生血管涉及多個信號通路參與血管發(fā)生(vasculogenesis)462022/10/27HIF-1a/VEGF-Notch信號通路HIF-1α是低氧誘導因子1a，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子HIF-1α的靶基因涉及血管舒縮、血管新生、紅細胞生成、能量代謝及細胞的增生和死亡等腦梗死后星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞、血管內(nèi)皮細胞等上調(diào)表達HIF-1α472022/10/27HIF-1a/VEGF-Notch信號通路VEGF作為血管生成的正調(diào)控因子VEGF通過與其受體結(jié)合，特別是與高親和性的VEGFR2結(jié)合，發(fā)揮促內(nèi)皮細胞增殖和血管新生重要作用高濃度的VEGF會誘導該細胞中DLL4的水平，從而上調(diào)鄰近細胞中Notchl的表達水平，激活DLL4--Notchl信號通路，促進血管新生Notch信號通路可發(fā)揮負調(diào)控作用，防止血管內(nèi)皮細胞過度增生，協(xié)同VEGF作用，共同促進形成一個分化良好血管網(wǎng)482022/10/27腦缺血缺氧上調(diào)HIF-1α，增強靶基因表達VEGF與其受體結(jié)合，發(fā)揮促血管新生作用VEGF間接激活DLL4-Notchl通路促進血管新生Notch通路發(fā)揮負調(diào)控作用，協(xié)同VEGF作用共同促進形成一個分化良好的血管網(wǎng)492022/10/27轉(zhuǎn)化生長因子β相關(guān)的αvβ8整聯(lián)蛋白、wnts蛋白信號通路在胚胎期神經(jīng)血管的發(fā)展過程中，αvβ8整聯(lián)蛋白和其細胞外基質(zhì)的配體-未活化的TGFβs起著關(guān)鍵性的作用TGFβs在細胞內(nèi)以無活性的形式存在，是與細胞外基質(zhì)相關(guān)聯(lián)的復合體TGFβs通過跨膜細胞受體絲/蘇氨酸激酶調(diào)控細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)換通路TGFβR存在于內(nèi)皮細胞和膠質(zhì)細胞的胞膜上502022/10/27轉(zhuǎn)化生長因子β相關(guān)的αvβ8整聯(lián)蛋白、wnts蛋白信號通路膠質(zhì)細胞內(nèi)，活化的TGFβs與其受體TGFβR結(jié)合，激活細胞內(nèi)一系列信號級聯(lián)反應(yīng)，繼而激活wnts

蛋白信號通路Wnts

是脂質(zhì)修飾的細胞外基質(zhì)相關(guān)的蛋白質(zhì)，其通過內(nèi)皮細胞表面受體Frz

和LRP來調(diào)控細胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)活化的TGFβs結(jié)合于內(nèi)皮細胞上的受體，通過SMADs激活細胞內(nèi)信號通路，誘導BBB的形成都依賴于β-catenin蛋白（連環(huán)蛋白）作用512022/10/27Asummaryofadhesionandsignalingpathwaysinneurovascularunits血管基底膜把內(nèi)皮細胞和血管周圍的膠質(zhì)細胞分開，內(nèi)皮細胞中旁分泌的轉(zhuǎn)化生長因子β可能和SMADs有關(guān)。在血管周圍的細胞，αvβ8整聯(lián)蛋白和Band4.1s相互作用，這些可能和細胞內(nèi)的信號受體相關(guān)，包括β-Pix。Wnt7a和Wnt7b是細胞外基質(zhì)相關(guān)的蛋白，表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，調(diào)控神經(jīng)血管單元。Wnt

介導的信號通路需要內(nèi)皮細胞的β-catenin

發(fā)揮作用522022/10/27周細胞參與的神經(jīng)血管單元功能相關(guān)信號通路周細胞存在于血管內(nèi)皮和基板之間，22%-32%的腦毛細血管表面被周細胞覆蓋表達：Angiopoietin-1、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)、血小板衍生生長因子β受體(PDGFR-β)腦損傷后，40%的腦微血管周細胞通過周細胞表達的尿激酶血漿酶原激活受體從微脈管遷移到損傷血管周圍區(qū)域，調(diào)控血管再生532022/10/27內(nèi)皮細胞和周細胞的相互信號傳遞內(nèi)皮細胞釋放PDGF-β和TGF-β1影響周細胞的分化周細胞表達的Ang1和TGF-β1對內(nèi)皮細胞發(fā)揮著重要的作用N-鈣黏素介導內(nèi)皮細胞和周細胞的相互作用542022/10/27t-PA的雙重作用及其相關(guān)信號通路與BBB關(guān)系t-PA是目前惟一的治療腦卒中的溶栓劑，但是其安全窗有時間限制，而且具有不良反應(yīng)LRP相關(guān)信號通路APC相關(guān)信號通路552022/10/27LRP相關(guān)信號通路BBB的通透性有賴于t-PA和LRP的相互作用增加t-PA的活力會導致缺血損傷和BBB的破壞，t-PA在血管內(nèi)是有益的，但對血管外的神經(jīng)元有害通過LRP介導的跨細胞作用，t-PA可以進入血腦屏障，并且從血管內(nèi)進入到腦通過NF-κB通路的激活促進INOS表達增加氧化應(yīng)激562022/10/27APC相關(guān)信號通路APC是絲氨酸蛋白酶，具有抗凝血、抗炎和抗細胞凋亡作用APC通過蛋白酶激活的受體PAR-1作用，加速新血管生成和神經(jīng)發(fā)生并且抑制t-PA的毒性腦缺血內(nèi)皮細胞通過PAR1--APC可以阻斷t-PA介導的Caspase-3、MMP9信號通路572022/10/27血小板源性生長因子C(PDGF-C)相關(guān)信號通路血小板源性生長因子C是PDGF家族的4個成員之一在神經(jīng)血管單元中PDGF-CC是t-PA下游的一個酶作用底物t-PA和LRP結(jié)合激活潛伏的PDGF-CC活性的PDGF-CC和PDGFR-α結(jié)合導致BBB的破壞582022/10/27相關(guān)信號通路調(diào)控神經(jīng)血管單元缺氧誘導因子-1α（HIF-1a）/VEGF-Notch信號通路轉(zhuǎn)化生長因子β相關(guān)的αvβ8整聯(lián)蛋白、wnts蛋白信號通路周細胞參與的神經(jīng)血管單元功能相關(guān)信號通路t-PA的雙重作用及其相關(guān)信號通路與BBB關(guān)系血小板源性生長因子C(PDGF-C)相關(guān)信號通路其他：NMDA信號通路592022/10/275血腦屏障體外模型的建立602022/10/275血腦屏障體外模型的建立腦微血管段模型BMEC單獨培養(yǎng)模型內(nèi)皮細胞和膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)模型三維BBB模型612022/10/27（1）腦微血管段模型1973年Job等成功分離了腦微血管段，并發(fā)現(xiàn)其具有低通透性的緊密連接，缺少窗孔結(jié)構(gòu)等90年代初，新鮮分離的腦微血管段曾被廣泛用作離體BBB