中医药对血脑屏障通透性的作用机制研究进展

中医药调控脑缺血损伤血脑屏障通透性的作用机制的研究进展

刘洋1 刘敬霞2 * 李娟 1 刘会贤1

摘要：目的：对近年来关于中医药调控脑缺血损伤后血脑屏障通透性的作用机制作一整理，以期为中医药治疗脑缺血损伤提供参考。方法：以血脑屏障、脑缺血为关键词，通过中国知网及相关搜索引擎检索近20年的有关中医药调控血脑屏障及其机理方面的文章263篇，以中医药为关键词对文章进行了筛选，获得相关文献66篇。结果：阅读了66篇有关中医药与血脑屏障的文章，引用了篇文章，发现中医药可通过多种机制对血脑屏障通透性有双向调控作用。结论：目前已经有很多研究从影响血脑屏障通透性因素方面证实了中医药可以双向调控血脑屏障通透性，肯定了中医药可以通过调控血脑屏障对脑缺血损伤其治疗作用，其中以芳香开窍类中药对血脑屏障通透性的影响研究为多。

关键词：脑缺血损伤，血脑屏障，中医药

引言：脑缺血损伤后可引起血脑屏障的开放导致血管源性脑水肿［1］，后期血脑屏障又阻止了有效药物进入脑组织发挥治疗作用，所以双向调控血脑屏障对治疗脑缺血损伤具有重要意义。现代研究发现中医药可通过多种机制影响血脑屏障的通透性，本文拟对中医药双向调控脑缺血损伤血脑屏障通透性的作用机制进行综述 1、

血脑屏障的基本结构及调节其通透性的因素

1.1血脑屏障的基本结构

血脑屏障（BBB）是机体保持脑内环境稳定的重要结构基础和生理

机制,是中枢神经系统(CNS)和血液的分界面，它由无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基底膜、星形胶质细胞足突共同组成的一个细胞复合体。细胞间紧密连接（TJ,tight junction）是由跨膜蛋白、胞浆黏附蛋白（zonula occludens protein，ZO）及细胞骨架蛋白共同组成，TJ是维持黏膜上皮机械屏障通透性的重要结构。基底膜在内皮细胞外并带负电,主要对内皮细胞起支撑作用,防止由于静脉压改变导致的毛细血管变形。星形胶质细胞伸出它们的终足牢固地围绕着脑微血管内皮细胞，正常情况下,这种足突不参与BBB的屏障功能的执行,不过对于诱导和维持BBB许多特性具有重要作用。 1.2调控血脑屏障通透性的因素

1.21炎症因子 人类星形胶质细胞在缺氧时可释放炎症介质, 能够使人微血管内皮细胞内的IL-1β、TNF-α、细胞间黏附分子 (intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)等的基因表达上调。细胞因子增加、黏附分子表达上调均可导致白细胞由内皮细胞和BBB迁移出去,这样白细胞的募集可以触发信号转导级联,导致紧密连接(tight junction, TJ)分裂和血脑屏障破坏[2]。 1.211TNF-α对血脑屏障的影响

肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是一种具有广泛生物学功能的炎性细胞因子,参与机体免疫应答和炎症反应。孙圣刚等[3]发现脑缺血再灌注过程中有TNF-α的升高,且脑组织TNF-α的含量明显高于血浆内水平。蔡红星［4］等研究发现脑缺血1 h,再灌注12 h后大脑皮质内TNF-α及其mR-NA的表达开始升高, 24 h后达到高峰,随后逐渐下降。TNF-α

通过诱导细胞间黏附分子-1 ( ICAM-1)表达, [5-6］促进凝血，增加内皮细胞通透性 [7-8]。影响血管舒缩活性物质的表达,降低血管舒缩因子和升高内毒素[9-10]等增加血脑屏障的通透性。 1.212细胞间粘附分子

细胞粘附分子ICAM一1、VCAM一1属免疫球蛋白超家族成员，该家族是最重要的血管内皮细胞与白细胞表达的粘附分子。脑损伤时细胞粘附分子表达明显升高，ICAM-1和VCAM-1表达上调，进而促使白细胞与血管内皮细胞粘附，白细胞聚集浸润，产生大量的蛋白水解酶、氧自由基和其它效应分子，导致脑毛细血管内皮细胞及基底膜损害，BBB损伤，通透性增加。 1.22P-糖蛋白对血脑屏障的影响

P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)是与肿瘤多药耐药(Multidrug

1

Resistance,MDR)密切相关的糖蛋白,属于能量依赖型药物外排泵。

P-gp的主要作用是将药物或其它化学物质排出细胞外。BBB处的P-gp具有多种生理功能,包括外排、分泌、脂质转运和氯离子通道功能,其中外排作用对药物的脑部转运具有重要意义。P-gp主要定位在脑毛细血管内皮细胞与血液循环接触的腔膜面上。抑制P-gp活性，减

1

基金项目: 国家自然科学基金（81260569）和宁夏科技支撑计划(NXIC2012) 作者简介： 刘洋(1987-)，男(汉族)，现为宁夏医科大学2011级硕士研究生， 主要从事中医、回医药防治脑缺血性疾病的研究 联系电话:15209581721．

2*通讯作者简介: 刘敬霞( 1970-)，女(汉族)，博士、副教授、硕士生导师， 主要从事中医、回医药防治老年病． 联系电话:13519216687 e-mail:ljx199566@163.com

通讯地址：宁夏银川市兴庆区胜利南街1160号.

少了进入脑内物质的排除，相当于间接地增加BBB的通透性。 1.23水通道蛋白-4对血脑屏障的影响

水通道蛋白-4(AQP4) 是由Agre等在1994年, [11]利用水通道蛋白家族的同源性克隆分离出一种脑内水通道蛋白, 它在成熟大脑中含

［12］

量丰富。鲁宏等通过磁共振技术发现缺血性脑水肿过程中存在AQP4

的高表达。又有研究证实表明水通道蛋白家族中的水通道蛋白4(aquaporin-4, AQP4)表达上调与脑水肿的发生有着密切关系[13]。黄垂学等［14］在此基础上通过建立重度脑创伤模型，测创伤脑组织中伊文思蓝(EB)外渗的量,以EB外渗的量反应BBB通透性的变化和免疫组化(IHC)和原位杂交(ISH)检测AQP4的表达变化，认为BBB通透性增加,可能与AQP4表达上调有关。Ke［15］发现，在局灶性的脑损伤中，AQP4表达增加导致血脑屏障损伤，形成血管性脑水肿，相反，如果血脑屏障未损伤，导致的细胞毒性脑水肿中并未发现AQP4表达增加, AQP4的升高与血脑屏障的破坏相关，具有促进脑水肿的作用，由此可以看出AQP4表达增高可导致BBB通透性增加。 1.24基质金属蛋白酶对血脑屏障的影响

MMPs是一组锌依赖的蛋白水解酶,具有降解多种细胞外基质(ECM)成分,如胶原、层黏素、明胶、弹性硬蛋白、黏连蛋白及蛋白多糖等的功能。通常MMPs只能以酶原的形式存在，机体主要通过对其基因表达、酶原激活、活性抑制等步骤的调控来控制其毒性作用。在正常情况下，MMPS对基底膜的ECM成分的合成和降解保持动态的平衡发挥着重要作用。在病理状态下，MMPS主要通过降解毛细血管基底膜

一些基质蛋白,如胶原、黏蛋白、层黏素以及内皮细胞间的紧密连接蛋白[16],导致血管的完整性受到破坏,血脑屏障的功能损害，通透性增加。使用合成的MMP抑制剂可不同程度地抑制上述改变，减轻BBB损伤。Liu等［17］利用大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery occlusionMCAO)大鼠模型发现，雌激素能通过下调MMP-2和MMIP-9的表达和活性介导的。减轻缺血再灌注后脑水肿和神经细胞损伤程度 2、脑缺血损伤对血脑屏障通透性的影响 2.1脑缺血引起血脑屏障的时相变化

脑缺血再灌注后BBB呈双相开放。Belayev等[18]在大鼠大脑中动脉闭塞(MCAO)线栓模型上,利用Evans蓝荧光测定法观察BBB开放的时相变化。发现再灌注后4小时BBB开始开放,缺血侧纹状体BBB受损最为严重,大脑皮质次之,对侧皮质也有开放。24小时后,BBB开放程度明显降低。48小时后,缺血侧的BBB再次大量开放,其程度比4小时时更为严重,且皮质的BBB开放程度明显增高。 2.2调控脑缺血损伤血脑屏障的意义

脑缺血后会通过不同的机制导致血脑屏障的开放，血浆及血液中的成分会通过开放的BBB进入脑实质而引起血管源性脑水肿，Neumann-Haefelin等［19］通过采用磁共振成像动态观察已经证实BBB损伤与脑缺血后血管源性脑水肿密切相关。在脑缺血恢复期，神经元的再生和神经功能的恢复至关重要，而由于血脑屏障的特殊性，具有促进神经元的再生和神经功能的恢复的药物很难通过血脑屏障在脑内发挥作用。所以在脑缺血早期，抑制血脑屏障的开放，可以减轻由

于缺血对脑的损伤。在脑缺血恢复期，适时开放血脑屏障，促进有效药物进入脑内，可以提高脑缺血后的神经元的再生和神经功能的恢复。中药具有开放血脑屏障促进药物进入脑内作用的同时，又具有抑制血脑屏障开放的脑保护作用。 3、

中医药对脑缺血损伤血脑屏障通透性调控作用和途径

目前中药对血脑屏障通透性作用的相关研究已有很多，研究发现中药对血脑屏障的作用主要有：直接透过血脑屏障；增加血脑屏障的通透性，即开放血脑屏障；降低血脑屏障的通透性，即抑制血脑屏障的开放。对中药作用于血脑屏障的途径和机制也有了一些研究。

3.1中医药抑制血脑屏障开放的脑保护作用

脑缺血后，抑制血脑屏障的开放，可以显著降低血管源性脑水肿的程度，降低脑损伤。目前研究发现中医药主要通过以下途径降低血脑屏障的通透性。

3.11中医药影响AQP4表达而降低血脑屏障通透性

AQP4表达增高可导致BBB通透性增加，抑制AQP4表达可以降低血脑屏障的通透性。已有研究发现中医药可以抑制脑缺血后AQP4的表达，降低血脑屏障的通透性，减少脑水肿的形成。如杜志刚等［20］研究发现补阳还五汤可以抑制脑缺血后 AQP- 4 表达,消除脑水肿,减轻脑损伤。蒙兰青［21］等研究发现三七总皂甙(中药三七提取物)可能通过降低AQP4的表达减轻脑出血后脑水肿的形成。李妍［22］通过采用自体不凝血注入尾状核法制作大鼠脑出血模型，研究发现发现应用活

血化瘀中药的大鼠病灶侧脑含水量及血肿周围组织 AQP4 的表达与同一时间点模型组相比均明显降低，且高低剂量之间有显著性差别，认为活血化瘀药可能通过降低AQP4的表达减轻脑出血后脑水肿。 3.12中医药通过抑制MMPs的表达降低血脑屏障通透性

脑缺血后，MMPs的酶原形式被激活，通过降解毛细血管基底膜一些基质蛋白,如胶原、黏蛋白、层黏素以及内皮细胞间的紧密连接蛋白[23],导致血管的完整性受到破坏,血脑屏障的功能损害，通透性增加。且MMP的表达时相与血脑屏障的通透性改变一致。[24] 抑制MMPs的表达可以保护血脑屏障的完整性，维持BBB的屏障作用，降低其通透性。吴光勇等研究发现川穹嗪(川穹提取物) 可能通过降低MMP-9的表达，保护血脑屏障，降低血脑屏障通透性，减小脑梗死的体积。高颖等发现补阳还五汤也有此作用［25］。

3.13中医药通过抑制TNF-α的表达降低血脑屏障通透性

脑缺血再灌注后脑内TNF-α的表达增加，通过多种机制增加血脑屏障的通透性，如引起白细胞浸润，诱导细胞间黏附分子( ICAM-1)表达，加速细胞凋亡等机制。中药可以通过抑制TNF-α的表达，降低血脑屏障的通透性。如王金刚等［26］通过制备Wistar大鼠尾状核脑出血模型，用ELISA法检测观察TNF-α的表达，发现云南白药可通过抑制TNF-α的表达,减少血脑屏障的破坏，减轻脑水肿，改善大鼠脑出血后神经功能恢复。王霞等［27］通过线拴法复制急性脑梗死动物模型，采用放射免疫法检测各组大鼠血清 TNF-α含量，发现应用含植物雌激素中药复方的大鼠血清TNF-α含量明显低于未使用中药组

( P ＜0. 05 或 P ＜0. 01) 。由此认为含植物雌激素中药复方能通过降低TNF-α 表达，减轻血脑屏障损伤，从而发挥脑保护作用。倪彩霞等［28］发现能够通过降低TNF-α含量，抑制炎症反应而对血脑屏障起保护作用。

3.13中医药通过减少细胞间粘附分子的表达降低血脑屏障通透性 有研究报道抗粘附分子单克隆抗体成功的用于实验鼠治疗脑缺血再灌注损伤，且收到良好的效果，并证明有神经保护、减轻脑损伤的作用［29］。赵保胜等［30］通过自由落体撞击硬脑膜致伤方法制成大鼠脑挫裂伤模型，采用免疫组化学染色技术观察冰片对大鼠脑微血管内皮细胞ICAM-1表达量的影响，发现冰片后可以显著减少脑外伤后ICAM-1的表达，而对脑外伤后血脑屏障起保护作用。 3.2中医药促进血脑屏障开放的作用

脑缺血后期，适时地开放血脑屏障，不仅可以促进脑缺血区水肿液的消散，而且可以促进有效药物进入脑内发挥治疗作用［31］。目前研究发现中药可以通过如下途径开放血脑屏障。

3.21中医药通过增加5-羟色胺的含量，增加血脑屏障的通透性 脑微血管中5-HT的含量增加可直接与脑血管内皮细胞膜上的受体结合,引起内皮细胞强烈收缩,使内皮细胞间的紧密连接开放,导致血脑屏障的开放。李伟荣等［32］通过研究发现冰片可升高大鼠下丘脑组胺和5-羟色胺的含量，介导BBB的开放,这可能是冰片开放BBB的作用机制之一，而这种作用具有饱和性和给药剂量影响作用时间的特点。谢婷婷等［33］证明石菖蒲能够增加小鼠大脑内 5-HT 的含量,推测, 石

菖蒲可能是上调 5- HT 的含量以增加微血管上 5-HT 受体的应答, 暂时性增加血脑屏障的通透能力。

3.22中药通过降低P-gp表达，增加药物进入血脑屏障

伍倩研究发现多种引经药均可抑制P-糖蛋白的外排作用［34］。陈艳明等［35］研究发现冰片使长春新碱(VCR)对上述Hela和MDCK细胞的细胞毒性增强，能明显地抑制Hela和MDeK细胞膜上p-gp的活性，作用与Ver相似。认为冰片抑制P-gp的活性是开放BBB的作用机制之一。

3.3中医药动态双向调控血脑屏障的特点和优势

中药开放血脑屏障是生理性开放,对脑及血脑屏障有一定的保护作用,不会引起脑的病理性损害［36］。目前研究发现冰片具有动态双向调控血脑屏障的作用，在脑缺血后抑制血脑屏障减少血管源性脑水肿的

［30,37］同时促进有效药物进入脑组织发挥作用。中药是在辨证认识疾病

的基础上，经过合理的配伍来运用的。如果将具有开放血脑屏障和抑制血脑屏障通透性的药物配伍起来，可能会达到在抑制水、电解质和毒素进入脑组织引起脑水肿的同时，可以开放血脑屏障促进有效药物的进入达到治疗效果，然而目前这种研究还没有开展。 4、

问题和对策

观察中药调控血脑屏障的途径和机制的研究已经很多，然而对影响血脑屏障通透性的单一因素的研究较多，对影响血脑屏障通透性因素系统的研究较少。在研究中药对血脑屏障调控作用方面，以观察中药促进血脑屏障开放的研究为多，进行动态观察中药双向调控血脑屏障通

透性的研究较少。对中药单味药影响血脑屏障通透性的研究较多，而对中药复方的研究较少。目前虽然以芳香开窍药对血脑屏障的作用的研究为多，然而大多都是单一的研究芳香开窍药对血脑屏障的开放或者关闭作用，对芳香开窍药和组方动态双向调控血脑屏障的研究有待加强。 参考文献：

［1］ 脑缺血后血脑屏障超微结构的研究 蒲传强 匡培根 中华神经

精神科杂志1994年4月第27卷第2期 67-69

［2］Ballabh P, Braun A, Nedergaard M. The blood-brain barri- er: an overview Structure, regulation, and clinical implica- tions[J]. Neurobiol Dis, 2004, 16: 1-13.

［3］孙圣刚，杜怡峰，童鄂塘，等.脑缺血再灌注大鼠血浆及脑组织TNF一a

动态变化的观察［J］.脑与神经疾病杂志，1999,7（4）:193-195.

［4］蔡红星，李周儒，程言博,等.脑缺血再灌注损伤后大鼠脑皮质TNF-α及

其mRNA的时程变化［J］.神经解剖学杂志，2009，25(6)：647-650.

［5］YinL, OhtakiH, NakamachiT etal. Delayed expressed TNFR1 colocalize

with ICAM-1 in astrocyte inmice brain after transient focal ischemia. NeurosciLett, 2004; 370: 30-35.

［6］OhtakiH, Yin L, NakamachiT etal. Expression of tumornecrosis factor

alpha in nerve fibers and oligodendrocytes after transient focal ischem ia in mice. NeurosciLett, 2004; 368: 162-166.

［7］ZhangH, ParkY, Wu J etal. Role of TNF-alpha in vascular dysfunction.

Clin Sci (Lond), 2009; 116: 219-230.

［8］GaoX, Belmadani S, PicchiA,etal. Tumor necrosis factor-alphainduces

endothelial dysfunction in Lepr( dp) mice. Circulation,2007; 115: 245-254.

［9］ChiaS, QadanM, NewtonR etal. Intra-arterial tum or necrosis

factor-alpha impairs endothelium-dependent vasodilatation and stimu-lates local tissue plasm inogen activator release in humans. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2003; 23: 695-701.

［10］PellegriniMP, Newby DE, Maxwell S etal. Short-term effects of

transderm alnicotine on acute tissue plasm inogen activator release in vivo in man. Cardiovasc Res, 2001; 52: 321-327.

［11］Jung JS,Bhat RV,Preston GM,etal.Molecular characterization of an

aquaporin cDNA from bbrain:candidate osmoreceptor and regulator of water balance.［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 1994, 91 (26):13052-13056.

［12］鲁宏,孙善全.缺血性脑水肿的AQP4表达与磁共振成像的相关性研究［J］.

中国医学影像杂志,2003,19(8):957-960.

［13］SunMC, Honey CR, Berk C, et a.l Regulation of aquaporin-4 in

atraumatic brain injurymodel in rats [J]. JNeurosurg, 2003, 98(3):565-56

［14］黄垂学，李俊驹，赵建农，等.脑损伤后水通道蛋白4表达与血脑屏障通

透性的关系［J］. 中华神经外科疾病研究杂志,2008,7(3):205-207.

［15］Ke C,Poon Ws,Ng HK,etal.Heterogeneous responses of aquapotin-4 in

oedema formation in a replicated severe traumatic brain injury model in rates.Neurosci Lett,2001.301(1),21-24.

［16］Lohmann C,Krischke M,Wegener J,eta.l Tyrosine phosphatese

inhibition includes loss ofblood-brain barrier integrity bymatrixmet-alloproteinase dependent and independent pathways[J].Brain Res,2004, 995(2): 184-196.

［17］Liu R,Wen Y,Perez E,etal.17β-Estradiol attenuates blood-brain barrier disruption induced by cerebral ischemia-reperfusion Res,2005,1066:55-61.

［18］Belayev L, Busto R, Zhao W, et al. Quantitative evaluation of blood- brain barrier permeability following middle cerebral

injury

in

female

rats

.Brain

artery occlusion in rats. Brain Res,1996,739:88-96.

［19］Neumann-HaefelinT，KastrupA，deCresPignyA，etal.Serial MRl after transient focal cerebral ischemia in rats:dynamics of tissue injury，blood-brain barrier damage，and edema formation. Stroke，2000，31(8):1965

［20］杜志刚,王艳玲。补阳还五汤对实验性脑缺血大鼠水通道蛋白 - 4 表达

的影响［J］. World Science and Technology/Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica，2008,10（1）:72-75.

［21］蒙兰青,黄瑞雅,祝成亮，等.三七总皂甙对脑出血后大鼠脑水肿及水通道

蛋白-4表达的影响［J］. 中华老年心脑血管病杂志,2007,9(1):53-56.

［22］李妍，崔向宁,陈泽涛,等.活血化瘀中药对脑出血大鼠脑组织含水量及

AQP4 表达的影响［J］. 中国实验方剂学杂志,2011,17(19):153-156.

［23］Lohmann C,Krischke M,Wegener J,eta.l Tyrosine phosphatese

inhibition includes loss ofblood-brain barrier integrity bymatrixmet-alloproteinase dependent and independent pathways[J].Brain Res,2004, 995(2): 184-196.

［24］GascheY,FujimuraM,Morita-FujimuraY,etal.Early appearanceof

activatedmatrixmetalloproteinase-9 after focal cerebral ischemia in mice: a possible role in blood-brain barrier dysfunction[J].J Cereb Blood Flow Metab,1999, 19(9): 1020-1028.

［25］高颖,蔡定芳. 大脑中动脉阻塞大鼠MMP-9基因表达及补阳还五汤对其影响［J］.中成药，2005，25（7）：560-563

［26］王金刚,王复新,张满昌.云南白药对大鼠脑出血后TNF-α、IL-1β的影

响［J］.黑龙江医药科学，2011,34（6）：9-10.

［27］王 霞，田义龙，韩淑芬，等. 脑梗死大鼠 MMP-9、TNF-α 的动态变化

及含植物雌激素中药复方的脑保护作用［J］.中国老年学杂志，2011,31:4626-4627.

［28］倪彩霞,曾南,汤奇,等.芳香开窍药对脑缺血再灌注损伤大鼠的保护作用

及其机制初探［J］.中药药理与临床，2010,26（5）：64-66.

［29］Konemoto Y，Nakase H，Akita N，etal.Effects of anti-intercellular

adhesion molecule-1 antilbody on reperfusion injury included by late reperfusion in the rat middle cerebral artery occlusion model[J]，Neurosygrey，2002，51(4):1034一1042.

［30］赵保胜,宓穗卿,张银卿.冰片对大鼠脑微血管内皮细胞ICAM-1表达量的

影响［J］.中药新药与临床药理，2001,12（2）：88-90.

［31］王平，王晨 ，楼一层. 冰片、川芎对复方舒郁健脑方剂透过血脑屏障的作用研究［J］.湖北中医药大学学报,2011,13(5):21-22. ［32］李伟荣，姚丽梅，宓穗卿，等.冰片对大鼠下丘脑组胺、5-羟色胺含量的

影响［J］.中华中药杂志，2009,34（3）:349-351。

［33］谢婷婷,王虹,刘屏,等.中药石菖蒲对脑内单胺类神经递质 5- 羟色胺水

平的影响［J］. 中国药物应用与检测，2007,3:15-17.

［34］伍倩,引经药对P-糖蛋白的影响［J］.现代预防医学,2005,32(7):855-856.

［35］陈艳明，王宁生.冰片对P-糖蛋白的影响［J］. 中药新药与临床药

理,2003,14(2):96-99.

［36］ZhaoBS,LiuQD.Comparison between borneol-induced-opening of blood brain barrier and its pathological opening[J]·Tradit Chin Drug Res Clin Pharmacol, 2002; 13: 281-288.

［37］高晨 ，高旻,史卫忠,等.冰片对甲氨蝶呤透过血脑屏障影响的实验研究［J］.中国临床药理学杂志 ,2009,25(2):134-137.

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