Blut-Hirn-Schranke und gliale Grenzflächen

Die Blut-Hirn-Schranke ist die selektive Grenzfläche, die das zirkulierende Blut vom Parenchym des zentralen Nervensystems trennt. Sie wird hauptsächlich von Endothelzellen der Hirnkapillaren gebildet, die durch Tight Junctions verbunden sind und von Perizyten, einer Basalmembran sowie den Endfüßen von Astrozyten unterstützt werden. Zusammen mit Neuronen bilden diese Elemente die neurovaskuläre Einheit, in der Gliazellen dazu beitragen, die Schranke zu etablieren und zu regulieren sowie den Blutfluss an die neuronale Aktivität zu koppeln.

Definition

Die Blut-Hirn-Schranke ist die selektiv permeable Grenzfläche, die von Tight-Junction-gekoppelten Endothelzellen des Gehirns zusammen mit Perizyten, Basalmembran und Astrozyten-Endfüßen gebildet wird und den Durchtritt von Substanzen zwischen Blut und zentralem Nervensystem kontrolliert.

Scope

Dieses Thema behandelt die zelluläre Architektur der Blut-Hirn-Schranke und die glialen Grenzflächen des zentralen Nervensystems: das Tight-Junction-Endothel, Perizyten und die Basalmembran, Astrozyten-Endfüße und die Glia limitans sowie das Konzept der neurovaskulären Einheit einschließlich der neurovaskulären Kopplung. Es dient als Referenz und Bildungszweck und gibt keine klinische Anleitung.

Core questions

• Welche Zellen bilden die Blut-Hirn-Schranke und welchen Beitrag leistet jede einzelne?
• Wie stehen Astrozyten-Endfüße zur Schranke und zur Glia limitans in Beziehung?
• Was ist die neurovaskuläre Einheit?
• Wie wird der lokale Blutfluss an die neuronale Aktivität gekoppelt?

Key concepts

• Blut-Hirn-Schranke
• Endotheliale Tight Junctions
• Perizyten und Basalmembran
• Astrozyten-Endfüße
• Glia limitans
• Neurovaskuläre Einheit
• Neurovaskuläre Kopplung

Mechanisms

Endothelzellen der Hirnkapillaren sind durch kontinuierliche Tight Junctions abgedichtet, die den parazellulären Durchtritt stark einschränken, sodass die meisten Moleküle durch regulierten transzellulären Transport passieren müssen; Perizyten, die in der gemeinsamen Basalmembran eingebettet sind, und Astrozyten-Endfüße, die das Gefäß umhüllen, tragen beide zur Induktion und Aufrechterhaltung dieser Barriereeigenschaften bei (Daneman & Prat, 2015; Abbott et al., 2006). Die Astrozyten-Endfüße bilden zusammen mit der Glia limitans an der Gehirnoberfläche die Verbindung zwischen Gefäßsystem und Nervengewebe. In der umfassenderen neurovaskulären Einheit passt die Signalübertragung zwischen Neuronen, Astrozyten und vaskulären Zellen den lokalen Blutfluss an den metabolischen Bedarf an, ein Prozess, der als neurovaskuläre Kopplung bezeichnet wird (Iadecola, 2017; Attwell et al., 2010).

Clinical relevance

Die Integrität der Blut-Hirn-Schranke ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Medikamentenabgabe im zentralen Nervensystem, von Ödemen, Neuroinflammation und Schlaganfällen, und ein Schrankendurchbruch tritt bei vielen neurologischen Erkrankungen auf. Dieser Eintrag beschreibt die normale Struktur und Physiologie zu Bildungszwecken und ist keine Grundlage für Diagnose oder Behandlung.

History

Die Schranke wurde aus Farbstoffexperimenten des späten neunzehnten und frühen zwanzigsten Jahrhunderts von Paul Ehrlich und Edwin Goldmann abgeleitet, die zeigten, dass in das Blut injizierte Farbstoffe das Gehirn verschonten, während in die Zerebrospinalflüssigkeit injizierte Farbstoffe es färbten. Die Elektronenmikroskopie lokalisierte die Schranke später im Tight-Junction-Endothel, und die Beiträge von Perizyten und Astrozyten-Endfüßen wurden zunehmend erkannt. Das integrative Konzept der neurovaskulären Einheit, das von Iadecola (2017) rezensiert wurde, definierte die Schranke als eine Funktion eines koordinierten zellulären Ensembles neu.

Key figures

• Paul Ehrlich
• Edwin Goldmann
• Costantino Iadecola

Seminal works

• daneman-2015
• abbott-2006
• iadecola-2017

Frequently asked questions

Was bildet eigentlich die Abdichtung der Blut-Hirn-Schranke?

Die Abdichtung wird durch Tight Junctions zwischen Endothelzellen der Hirnkapillaren gebildet, die die Bewegung von Substanzen zwischen den Zellen einschränken; Perizyten, die Basalmembran und Astrozyten-Endfüße tragen dazu bei, diese Eigenschaft zu induzieren und aufrechtzuerhalten.

Was ist die neurovaskuläre Einheit?

Die neurovaskuläre Einheit ist das funktionelle Ensemble von Neuronen, Astrozyten und vaskulären Zellen (Endothel und Perizyten), die zusammen die Blut-Hirn-Schranke bilden und den lokalen Blutfluss an die neuronale Aktivität anpassen.