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(jī)制研究進(jìn)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(jīng)系統(tǒng)后遺癥，甚至導(dǎo)致患者癱瘓，其病理過程包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。繼發(fā)性損傷是引起脊髓病變的主要原因，往往導(dǎo)致脊髓無法恢復(fù)正常功能，而繼發(fā)性損傷與血脊髓屏障形態(tài)與功能的異常變化密切相關(guān)。通過回顧近些年關(guān)于血脊髓屏障的基礎(chǔ)試驗研究，對脊髓損傷后血脊髓屏障的病理變化及發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

脊髓損傷；血脊髓屏障；繼發(fā)性損傷；病理生理學(xué)

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(fā)展，其發(fā)病率正逐年增高。而脊髓損傷常會導(dǎo)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(fù)過程的研究成為各國學(xué)者研究的熱點。脊髓損傷包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。原發(fā)性損傷是指機(jī)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(qū)的神經(jīng)細(xì)胞、軸突及血管等；繼發(fā)性損傷發(fā)生于原發(fā)性損傷后，各種有害因子進(jìn)入脊髓實質(zhì)，造成脊髓組織的水腫、缺血低氧，脊髓進(jìn)一步損害，形成數(shù)倍于原發(fā)性損傷的壞死區(qū)。對繼發(fā)性損傷的防治是治療脊髓損傷的重要環(huán)節(jié)。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(tài)和功能，BSCB的改變是導(dǎo)致脊髓繼發(fā)性損傷的重要病理生理基礎(chǔ)之一，繼發(fā)性損傷與BSCB的病理變化密切相關(guān)［2］。該文就BSCB的生理功能及脊髓損傷后的病理變化進(jìn)行綜述。

1 BSCB的生理功能

BSCB是中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的屏障結(jié)構(gòu)，與血腦屏障類似，其主要由內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管周圍的小膠質(zhì)細(xì)胞以及基膜組成。BSCB位于毛細(xì)血管水平，由特化的內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，其形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)是相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接。內(nèi)皮細(xì)胞腔面富含多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物，此帶負(fù)電荷的復(fù)合物，排斥同樣帶負(fù)電荷的血漿蛋白，能有效地阻止血漿蛋白等大分子的運(yùn)動，限制和調(diào)節(jié)髓外分子進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)［3］，有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的穩(wěn)定。BSCB功能受多因素調(diào)節(jié)，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞因子、炎性介質(zhì)、局部化學(xué)因素、神經(jīng)調(diào)節(jié)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(jī)械損傷相關(guān)［5］：脊髓損傷后血管周圍基底膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，內(nèi)皮細(xì)胞間隙增寬，血管壁連接松散，這種改變可促進(jìn)炎癥因子等進(jìn)入脊髓實質(zhì)［6］，進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)擴(kuò)大，使脊髓暴露于炎癥細(xì)胞的毒性作用中，還有如跨毛細(xì)血管內(nèi)皮小泡運(yùn)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(jīng)細(xì)胞的損害密切相關(guān)。BSCB的開放有其特點［8］：分布于內(nèi)皮細(xì)胞腔面的多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物所帶的負(fù)電荷短暫消失，血漿蛋白無選擇性的溢入脊髓。對于循環(huán)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(qū)向頭尾側(cè)延伸［9］。

Evans藍(lán)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(dāng)中。因此通過測定脊髓損傷后脊髓組織中Evans藍(lán)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(fā)現(xiàn)Evans藍(lán)含量在術(shù)后3 h時即出現(xiàn)升高，術(shù)后72 h Evans藍(lán)外滲達(dá)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(dá)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(kuò)大，傷后72 h面積達(dá)頂峰，1周后面積回縮。認(rèn)為BSCB在傷后72 h開放達(dá)高峰，一周后逐漸恢復(fù)正常。趙宇等［12］也認(rèn)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(nèi)開放，1周后BSCB由于功能重建而關(guān)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(nèi)源性示蹤劑，用免疫熒光雙標(biāo)顯示兩種示蹤劑在脊髓中的分布，發(fā)現(xiàn)損傷剛發(fā)生時血液漏出物集中在原發(fā)損傷區(qū)，24 h BSCB損傷范圍明顯的擴(kuò)大，至72 h損傷范圍達(dá)到最大。用不同的實驗方法證實了BSCB損傷的過程。

但也有學(xué)者對于BSCB的病理變化過程有不同的認(rèn)識。Figley et al［5］在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，脊髓組織中Evans藍(lán)含量在脊髓損傷后24 h最高，認(rèn)為損傷后24 h BSCB的破壞達(dá)到高峰，一直維持到脊髓損傷后5 d；且通過實驗發(fā)現(xiàn)，微血管數(shù)量和功能在損傷后24 h顯著降低，損傷后10 d內(nèi)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(fā)現(xiàn)脊髓組織中Evans藍(lán)含量在術(shù)后第3天開始增高，第7天達(dá)到高峰，持續(xù)到第14天，說明第7天BSCB的破壞達(dá)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(fā)現(xiàn)，大鼠脊髓損傷模型中Evans藍(lán)含量在受傷后即開始增高，第7天達(dá)到高峰，與脊髓組織含水量呈現(xiàn)相同的變化趨勢。

3 BSCB病變的相關(guān)因子

脊髓損傷后在損傷區(qū)可出現(xiàn)各種生物化學(xué)物質(zhì)，導(dǎo)致BSCB結(jié)構(gòu)與功能的異常，除與血管的直接機(jī)械損傷有關(guān)，多種因子同時參與了BSCB通透性的改變，主要包括細(xì)胞因子及血管活性肽。

李建峰等［14］通過免疫組織化學(xué)、RT-PCR技術(shù)檢測脊髓損傷組織中血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial grouth factor，VEGF）的蛋白及mRNA含量，結(jié)果顯示術(shù)后第1天表達(dá)即有明顯升高，第3天、第7天、第14天呈強(qiáng)陽性表達(dá)，第7天達(dá)高峰；而且，通過數(shù)據(jù)分析得出，VEGF表達(dá)與脊髓含水量和Evans藍(lán)含量之間也存在明顯的正相關(guān)性，提示VEGF高表達(dá)在BSCB功能和結(jié)構(gòu)的破壞過程中起著重要影響。VEGF調(diào)節(jié)BSCB的作用機(jī)制可能通過以下幾方面：抑制內(nèi)皮細(xì)胞連接蛋白的表達(dá)，破壞緊密連接的結(jié)構(gòu)和功能，使細(xì)胞間連接開放［17-18］；VEGF可以促進(jìn)肌動蛋白收縮纖維的重組，使細(xì)胞收縮變圓，細(xì)胞間隙增寬；可以增加內(nèi)皮細(xì)胞開窗，導(dǎo)致非開窗內(nèi)皮細(xì)胞的開窗形成［19］。

肖建如等［20］通過建立頸髓損傷模型，發(fā)現(xiàn)頸髓損傷后傷區(qū)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(nèi)血小板活化，促使血栓形成，導(dǎo)致局部缺血、低氧，引起血管內(nèi)皮細(xì)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(qū)及鄰近脊髓血流量減少，局部區(qū)域缺血、低氧，這些都會導(dǎo)致BSCB的破壞。另一項研究［21］顯示，PAF可能是通過增加白細(xì)胞黏附分子（endothelial leukocyte adhesion molecule，ELAM）-1 mRNA和細(xì)胞間黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1 mRNA在血管內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)而起作用的。ICAM-1與ELAM-1可以介導(dǎo)白細(xì)胞的活化及其與血管壁的黏附，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附性增加并保持于高黏附狀態(tài)，引起血管滯留大量中性粒細(xì)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(jīng)功能的恢復(fù)，有效抑制繼發(fā)損傷的產(chǎn)生［22］。邵為等［10］也發(fā)現(xiàn)，造模后6 h脊髓組織中ICAM-1表達(dá)明顯增多，24 h達(dá)到高峰。其認(rèn)為脊髓損傷后ICAM-1表達(dá)上調(diào)，引起B(yǎng)SCB的破壞，一方面是由于損傷區(qū)域聚集白細(xì)胞、堵塞微循環(huán)通道；另一方面活化的白細(xì)胞可能會釋放氧自由基及蛋白水解酶等有害物質(zhì)，引起局部血管病變，導(dǎo)致血管通透性增加，進(jìn)一步破壞BSCB。

邵擎東等［23］在大鼠脊髓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后組織中內(nèi)皮素-1 mRNA、內(nèi)皮素受體-A mRNA表達(dá)均明顯增加，其變化趨勢與傷后脊髓組織Evans藍(lán)含量及脊髓組織含水量的變化規(guī)律基本一致，表明內(nèi)皮素及其受體表達(dá)的升高與BSCB損傷的病理過程密切相關(guān)。焦靜等［24］也通過實驗證實，內(nèi)皮素-1 mRNA于脊髓損傷后6～72 h表達(dá)明顯升高。Mckenzin et al［9］認(rèn)為，血管內(nèi)皮素可直接作用于脊髓微血管，調(diào)節(jié)微血管結(jié)構(gòu)，血管內(nèi)皮素對BSCB的破壞有調(diào)控作用。脊髓損傷后神經(jīng)組織存在缺血、低氧，而低氧能促使血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)皮素及其受體的基因表達(dá)，從而刺激內(nèi)皮素及其受體的合成［25］，而內(nèi)皮素的生物效應(yīng)又會加劇微血管的收縮，引起組織的進(jìn)一步缺血、低氧，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損害加重及BSCB的破壞。

既往研究［9］證實，血管內(nèi)皮素的免疫表達(dá)與IgG免疫標(biāo)記具有相關(guān)性，李禾等［26］在實驗大鼠脊髓損傷后4 h，損傷段脊髓即發(fā)現(xiàn)IgG、C3c免疫陽性標(biāo)記，并隨損傷時間延長，損傷區(qū)域免疫陽性標(biāo)記明顯增加并向周邊擴(kuò)散。進(jìn)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(xì)胞因子的滲入?yún)⑴c了脊髓損傷后BSCB的破壞，引起神經(jīng)細(xì)胞的繼發(fā)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(zhì)細(xì)胞膜，尤其在星形膠質(zhì)細(xì)胞足突上有豐富的特異性表達(dá)，AQP-4的表達(dá)和組織水腫嚴(yán)重程度呈正相關(guān)性。研究［27］顯示，腦缺血時血腦屏障通透性及AQP-4表達(dá)均增加，且兩者之間具有很好的相關(guān)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(jié)構(gòu)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(dá)改變，導(dǎo)致運(yùn)動功能減退更加嚴(yán)重、膀胱功能障礙恢復(fù)緩慢，脊髓損傷癥狀加重。

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

BSCB的破壞主要與脊髓損傷后微血管的機(jī)械性損傷相關(guān)，BSCB結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞，通透性發(fā)生改變，使得微血管中的一些物質(zhì)（特別是有害物質(zhì)）從血液轉(zhuǎn)運(yùn)到脊髓微環(huán)境中，導(dǎo)致脊髓神經(jīng)細(xì)胞的損害。此外，VEGF、PAF、內(nèi)皮素-1、AQP-4等多種細(xì)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(xì)胞因子會加重脊髓組織水腫，導(dǎo)致局部缺血、低氧，引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損害，破壞BSCB結(jié)構(gòu)和功能。但關(guān)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(jìn)一步研究，這對于在有效時間窗內(nèi)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(dǎo)地位。但是，BSCB的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常及功能障礙與很多因素相關(guān)，目前關(guān)于脊髓損傷后BSCB的病理變化機(jī)制尚未研究清楚，今后將是一個值得深入探討的問題。

［1］ Takigawa T，Yonezawa T，Yoshitaka T，et al.Separation of the perivascular basement membrane provides a conduit for inflammatory cells in a mouse spinal cord injury model［J］.J Neurotrauma，2010，27（4）：739-51.

［2］ Sharma H S.Pathophysiology of blood-spinal cord barrier in traumatic injury and repair［J］.Curr Pharm Des，2005，11（11）：1353 -89.

［3］ Bartanusz V，Jezova D，Alajajian B，et al.The blood-spinal cord barrier：morphology and clinical implications［J］.Ann Neurol，2011，70（2）：194-206.

［4］ Kuntner C，Bankstahl J P，Bankstahl M，et al.Dose-response assessment of tariquidar and elacridar and regional quantification of P-glycoprotein inhibition at the rat blood-brain barrier using（R）-［（11）C］verapamil PET［J］.Eur J Nucl Med Mol Imaging，2010，37（5）：942-53.

［5］ Figley S A，Khosravi R，Legasto J M，et al.Characterization of vascular disruption and blood-spinal cord barrier permeability following traumatic spinal cord injury［J］.J Neurotrauma，2014，31（6）：541-52.

［6］ Winkler E A，Sengillo J D，Bell R D，et al.Blood-spinal cord barrier pericyte reductions contribute to increased capillary permeability［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2012，32（10）：1841-52.

［7］ Griffiths I R，McCulloch M，Crawford R A.Ultrastructural appearances of the spinal microvasculature between 12 hours and 5 days after impact injury［J］.Acta Neuropathol，1978，43（3）：205-11.

［8］ 毛星剛.大鼠脊髓損傷后血-脊髓屏障的變化及其與繼發(fā)性損傷關(guān)系的研究［D］.第四軍醫(yī)大學(xué)，2007.

［9］ Mckenzie A L，Hall J J，Aihara N，et al.Immunolocalization of endothelin in the traumatized spinal cord：relationship to blood-spinal cord barrier breakdown［J］.J Neurotrauma，1995，12（3）：257-68.

［10］邵 為，花曼曼，龔 凱，等.EGb761對急性大鼠脊髓損傷后血脊髓屏障的保護(hù)作用及其機(jī)制研究［J］.中國矯形外科雜志，2011，19（2）：131-5.

［11］王子田，沈?qū)W鋒，龔雪鵬，等.脊髓擠壓傷所致小膠質(zhì)細(xì)胞的變化與血脊髓屏障的關(guān)系［J］.神經(jīng)解剖學(xué)雜志，2008，24（2）：113-8.

［12］趙 宇，沈?qū)W鋒，程希平，等.成年大鼠脊髓損傷后血-脊髓屏障通透性變化［J］.神經(jīng)解剖學(xué)雜志，2006，22（4）：437-40.

［13］葛冠群，沈?qū)W鋒，龔雪鵬，等.利用外源性IgG顯示大鼠脊髓撞擊傷后血-脊髓屏障變化［J］.神經(jīng)解剖學(xué)雜志，2008，24（2）：119-22.

［14］李建峰，孫國柱，劉海英，等.VEGF對實驗性脊髓空洞前狀態(tài)的血-脊髓屏障功能的調(diào)節(jié)作用［J］.腦與神經(jīng)疾病雜志，2007，15（5）：332-5.

［15］李建蜂，劉海英，張慶俊.實驗性家兔脊髓空洞前狀態(tài)的血-脊髓屏障形態(tài)功能變化研究［J］.腦與神經(jīng)疾病雜志，2007，15（1）：30-2.

［16］王航輝，張 博，朱文俠，等.微囊化異種嗅球組織移植聯(lián)合β-七葉皂甙鈉對脊髓損傷大鼠血脊髓屏障功能和血管源性脊髓水腫的影響［J］.四川醫(yī)學(xué)，2011，32（3）：301-4.

［17］Zhu Y，Lee C，Shen F，et al.Angiopoietin-2 facilitates vascular endothelial growth factor-induced angiogenesis in the mature mouse brain［J］.Stroke，2005，36（7）：1533-7.

［18］Song L，Pachter J S.Monocyte chemoattractant protein-1 alters expression of tight junction-associated proteins in brain microvascular endothelial cells［J］.Microvasc Res，2004，67（1）：78-89.

［19］Fischer S，Renz D，Schaper W，et al.In vitro effects of dexamethasone on hypoxia-induced hyperpermeability and expression of vascular endothelial growth factor［J］.Eur J Pharmacol，2001，411（3）：231-43.

［20］肖建如，衷中平，侯鐵勝，等.血小板活化因子對頸髓損傷后血脊髓屏障的影響［J］.第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，1996，17（3）：241-3.

［21］肖建如，曾華武，邵攀東，等.血小板活化因子及其受體對頸髓損傷后血脊髓屏障損害的分子機(jī)制研究［J］.中華骨科雜志，1998，18（3）：164-7.

［22］Xiao J，Zhao D，Hou T，et al.Synergetic protective effects of combined blockade by two kinds of autolesion mediator receptor on neurological function after cervical cord injury［J］.Chin Med J（Engl），1998，111（5）：443-6.

［23］邵擎東，肖建如，曾華武，等.頸髓損傷后內(nèi)皮素及其受體mRNA表達(dá)與血脊髓屏障損害的關(guān)系［J］.頸腰痛雜志，2000，21（4）：283-5.

［24］焦 靜，張雁儒，馬 釗，等.頸髓損傷后生長相關(guān)蛋白43及內(nèi)皮素1mRNA表達(dá)與血脊髓屏障的損害［J］.中國臨床康復(fù)，2006，10（20）：95-7.

［25］Minchenko A，Caro J.Regulation of endothelin-1 gene expression in human microvascular endothelial cells by hypoxia and cobalt：role of hypoxia responsive element［J］.Mol Cell Biochem，2000，208（1-2）：53-62.

［26］李 禾，邢更彥，楊傳鐸，等.大鼠脊髓損傷后血脊髓屏障通透性變化的觀察［J］.中國脊柱脊髓雜志，2001，11（4）：216-8.

［27］紀(jì)風(fēng)濤，曹銘輝，梁建軍，等.姜黃素預(yù)處理對大鼠腦缺血／再灌注損傷后AQP-4及腦水腫的影響［J］.中國藥理學(xué)通報，2011，27（4）：524-7.

［28］Kimura A，Hsu M，Seldin M，et al.Protective role of aquaporin-4 water channels after contusion spinal cord injury［J］.Ann Neurol，2010，67（6）：794-801.

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(xué)基金（編號：BK2011180）；徐州市科技局社會發(fā)展項目（編號：KC14SH030）

1南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，南京 210046

2南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬徐州市中醫(yī)院骨科，徐州 221000

3東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬徐州醫(yī)院骨科，徐州 221000

劉明明，男，主治醫(yī)師，博士研究生；

黃桂成，男，教授，博士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail：lanbing3399＠sina.com

*對本文具有同等貢獻(xiàn)