กำแพงกั้นเลือดและสมองและการควบคุมระบบประสาทและภูมิคุ้มกัน

กำแพงกั้นเลือดและสมองเป็นส่วนเชื่อมต่อที่มีการเลือกผ่านสูง ซึ่งประกอบด้วยเซลล์บุผนังหลอดเลือดที่จำเพาะเจาะจง ร่วมกับเซลล์แอสโตรไซต์ (astrocytes) เพอริไซต์ (pericytes) และเยื่อฐาน (basement membrane) ซึ่งควบคุมการผ่านของโมเลกุลและเซลล์ระหว่างเลือดกับระบบประสาทส่วนกลาง การจำกัดการเข้าถึงของระบบภูมิคุ้มกันและการควบคุมสภาพแวดล้อมทางเคมีของสมองอย่างเข้มงวด ทำให้กำแพงนี้มีบทบาทสำคัญในการทำงานร่วมกันระหว่างระบบประสาทและระบบภูมิคุ้มกัน

Definition

กำแพงกั้นเลือดและสมองคือส่วนเชื่อมต่อที่มีการเลือกผ่าน ซึ่งประกอบด้วยเซลล์บุผนังหลอดเลือดสมองที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา ร่วมกับเซลล์แอสโตรไซต์ เพอริไซต์ และเยื่อฐานที่เกี่ยวข้อง (ซึ่งรวมกันเป็นหน่วยหลอดเลือดและประสาท) ที่ควบคุมการแลกเปลี่ยนโมเลกุลและการเข้าถึงของระบบภูมิคุ้มกันระหว่างเลือดกับระบบประสาทส่วนกลาง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างเซลล์ของกำแพงกั้นและหน่วยหลอดเลือดและประสาท (neurovascular unit) กลไกที่สร้างและรักษาสภาพการเลือกผ่าน บทบาทในการควบคุมการเข้าถึงของระบบภูมิคุ้มกันเข้าสู่สมอง และผลที่ตามมาจากการที่กำแพงกั้นถูกรบกวนในการอักเสบและโรคต่างๆ โดยถือว่ากำแพงกั้นนี้เป็นหัวข้อทางสรีรวิทยาและระบบประสาทและภูมิคุ้มกัน ไม่ใช่หัวข้อเกี่ยวกับการจัดการทางคลินิก

Core questions

• ลักษณะทางเซลล์และโมเลกุลใดที่ทำให้กำแพงกั้นเลือดและสมองมีการเลือกผ่าน?
• เซลล์แอสโตรไซต์ เพอริไซต์ และเซลล์บุผนังหลอดเลือดทำงานร่วมกันเป็นหน่วยหลอดเลือดและประสาทได้อย่างไร?
• กำแพงกั้นควบคุมการเข้าสู่ของเซลล์ภูมิคุ้มกันเข้าสู่ระบบประสาทส่วนกลางได้อย่างไร?
• เกิดอะไรขึ้นเมื่อกำแพงกั้นถูกรบกวนในการอักเสบหรือโรค?

Key concepts

• รอยต่อแน่นของเซลล์บุผนังหลอดเลือดสมอง
• หน่วยหลอดเลือดและประสาท
• ส่วนปลายของเซลล์แอสโตรไซต์
• เพอริไซต์
• ระบบขนส่งแบบเลือกผ่าน
• สิทธิพิเศษทางภูมิคุ้มกันและการเข้าถึงของระบบภูมิคุ้มกันที่ได้รับการควบคุม
• การรบกวนกำแพงกั้นและการซึมผ่าน

Mechanisms

เซลล์บุผนังหลอดเลือดสมองเชื่อมต่อกันด้วยรอยต่อแน่น (tight junctions) ที่จำกัดการแพร่ผ่านระหว่างเซลล์อย่างมาก และแสดงออกถึงโปรตีนขนส่งและปั๊มขับออกที่จำเพาะเจาะจงซึ่งควบคุมว่าโมเลกุลใดจะผ่านได้ ส่วนปลายของเซลล์แอสโตรไซต์ (astrocyte endfeet) และเพอริไซต์มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์บุผนังหลอดเลือดเพื่อกระตุ้นและรักษาสมบัติการเป็นกำแพงกั้นเหล่านี้ ก่อให้เกิดหน่วยหลอดเลือดและประสาท โครงสร้างนี้จำกัดการเข้าสู่เซลล์ภูมิคุ้มกันและสารสื่อประสาทที่หมุนเวียนในกระแสเลือดอย่างอิสระ ซึ่งมีส่วนช่วยให้สภาพแวดล้อมทางภูมิคุ้มกันของสมองได้รับการควบคุม สัญญาณการอักเสบอาจทำให้รอยต่อคลายตัวและเพิ่มการซึมผ่าน ทำให้เซลล์ภูมิคุ้มกันแทรกซึมเข้าไปได้ และเนื้อเยื่อประสาทสัมผัสกับส่วนประกอบของพลาสมา

Clinical relevance

การทำงานผิดปกติของกำแพงกั้นเลือดและสมองเกิดขึ้นพร้อมกับภาวะทางระบบประสาทและระบบประสาทอักเสบหลายชนิด และคุณสมบัติของกำแพงกั้นมีอิทธิพลอย่างมากต่อการที่สารบำบัดใดจะสามารถเข้าถึงสมองได้ บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาและวิธีการสร้างหลักฐาน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับการวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษาเฉพาะบุคคล

History

แนวคิดเรื่องกำแพงกั้นเกิดขึ้นจากการสังเกตในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 ว่าสีย้อมที่ฉีดเข้าสู่กระแสเลือดไม่ติดสีสมอง ซึ่งบ่งชี้ถึงกำแพงกั้นระหว่างเลือดกับเนื้อเยื่อประสาท การศึกษาโครงสร้างระดับจุลภาคในภายหลังได้ระบุตำแหน่งของกำแพงกั้นที่รอยต่อแน่นของเซลล์บุผนังหลอดเลือดสมอง และงานวิจัยต่อมาได้ยืนยันบทบาทของเซลล์แอสโตรไซต์และเพอริไซต์ ซึ่งนำไปสู่แนวคิดแบบบูรณาการของหน่วยหลอดเลือดและประสาท

Debates

ระบบประสาทส่วนกลางมี 'สิทธิพิเศษทางภูมิคุ้มกัน' มากน้อยเพียงใด?

สมองถูกอธิบายว่าเป็นอวัยวะที่มีสิทธิพิเศษทางภูมิคุ้มกันมานาน แต่ปัจจุบันเข้าใจว่าการเฝ้าระวังทางภูมิคุ้มกันและการเข้าถึงของระบบภูมิคุ้มกันที่ได้รับการควบคุมเกิดขึ้นภายใต้การควบคุมที่เข้มงวดมากกว่าการไม่มีอยู่ ดังนั้นแนวคิดดั้งเดิมที่สมบูรณ์แบบเกี่ยวกับสิทธิพิเศษจึงได้รับการปรับปรุงให้เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการเข้าถึงที่ได้รับการควบคุม

Key figures

• N. Joan Abbott
• Richard Daneman
• Richard Ransohoff
• Costantino Iadecola

Seminal works

• abbott-2010
• obermeier-2013
• abbott-2006

Frequently asked questions

หน่วยหลอดเลือดและประสาทคืออะไร?

คือกลุ่มการทำงานของเซลล์บุผนังหลอดเลือดสมอง เพอริไซต์ ส่วนปลายของเซลล์แอสโตรไซต์ เยื่อฐาน และเซลล์ประสาทใกล้เคียงที่ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างและควบคุมกำแพงกั้นเลือดและสมองและการไหลเวียนของเลือด

เหตุใดกำแพงกั้นเลือดและสมองจึงมีความสำคัญต่อการรักษาด้วยยา?

เนื่องจากกำแพงกั้นจำกัดการเข้าสู่ของโมเลกุลเข้าสู่สมองอย่างเข้มงวด ยาหลายชนิดจึงไม่สามารถเข้าถึงระบบประสาทส่วนกลางในปริมาณที่มีประสิทธิภาพได้ ซึ่งเป็นความท้าทายหลักในการพัฒนายาสำหรับความผิดปกติของสมอง