Hình thái và chức năng của hàng rào máu não (blood brain barrier)

1
ĐẶT VẤN ĐỀ

Hàng rào máu não (Blood-Brain Barrier BBB) là một màng sinh học.
Chúng có hai chức năng cơ bản: cung cấp các chất dinh dưỡng (sinh học) để
nuôi tế bào não và ngăn cản các chất có hại cho tế bào não.
+ Chức năng dinh dưỡng: cho phép vận chuyển qua hàng rào máu não những
chất sinh học giúp quá trình chuyển hóa của tế bào não.
+ Chức năng bảo vệ: ngăn các chất có hại vận chuyển qua hàng rào máu não.
Hàng rào máu não bao gồm các tế bào nội mô (endothelial cell), tế bào
hình sao (astroglia), tế bào ngoại mạch (pericyte), các đại thực bào ngoại
mạch (perivascular macrophage) và màng đáy (basal lamina), chúng liên kết
chặt chẽ với nhau. Với đặc tính đó, chúng hạn chế chặt chẽ sự di chuyển các
chất từ máu vào não, trong khi các tế bào nội mô mao mạch ở các bộ phận
khác của cơ thể lại không có được đặc tính đó [7].
Một cấu trúc của tế bào hình sao (astrocyte cell) nhô ra, được gọi là chân
tế bào hình sao (astrocytic feet) bao bọc xung quanh các tế bào nội mô của
hàng rào máu não, tạo nên các đặc tính sinh hóa của chúng.
Hàng rào máu não có thể phân biệt với các hàng rào tương tự như chúng là
hàng rào dịch não tủy- máu (blood-cerebrospinal fluid barrier: một chức năng
của các tế bào màng mạch thuộc đám rối mạch mạc), và hàng rào võng mạc -
máu (blood- retinal barrier) [11].
Sự phát hiện hàng rào máu não trong một thời gian dài và cũng hết sức
tình cờ. Đầu tiên, vào cuối thế kỷ 19 nhà khoa học Paul Ehrlich trong khi tiến
hành thí nghiệm đã có sự chú ý đến hàng rào máu não. Paul Ehrlich là một
nhà vi trùng học, chuyên nghiên cứu các cấu trúc có thể thấy được bằng
phương pháp nhuộm màu. Khi ông tiêm các chất màu vào cơ thể, các chất
màu có thể nhuộm tất cả các bộ phận của cơ thể ngoại trừ não bộ. Vào thời
điểm đó, Ehrlich đơn giản cho rằng não không nhận các chất nhuộm màu. Sau

2
đó, trong một buổi thí nghiệm vào cuối năm 1913, Edwin Goldmann chích
trực tiếp chất nhuộm màu vào dịch não tủy. Ông ta phát hiện rằng, trong
trường hợp này não trở nên nhuộm màu, trong khi các bộ phận còn lại của cơ
thể thì không bắt màu. Điều này chứng tỏ có sự tồn tại một hàng rào giữa não
và các bộ phận còn lại của cơ thể. Vào thời điểm đó người ta cho rằng, chính
hệ thống mạch máu đóng vai trò là hàng rào và hiển nhiên hàng rào máu não
vẫn chưa được phát hiện.
Khái niệm về hàng rào máu não được đề nghị bởi Lina Stern vào năm
1921. Nhưng mãi cho đến năm 1960, khi phát hiện ra kính hiển vi điện tử,
hàng rào máu não mới được mô tả một cách đầy đủ. Người ta cho rằng, các tế
bào hình sao chứ không phải các tế bào biểu mô, đóng vai trò cơ bản của hàng
rào máu não, bởi vì chân tế bào hình sao bao bọc dày đặc quanh các tế bào
biểu mô của hàng rào máu não. Năm 1959, Hugh Davson phát hiện ra hàng
rào máu- dịch não tủy [16].
Mãi về sau này, nghiên cứu về vai trò và chức năng của hàng rào máu não
cho thấy chúng có vai trò rất quan trọng. Chúng không những bão vệ não
trong việc ngăn chặn các chất có hại đối với não, cho phép các chất cần thiết
cho não đi vào não từ dòng máu. Bảo vệ não một cách hữu hiệu trước các tình
trạng nhiễm trùng thông thường. Hàng rào máu não còn là mục tiêu nghiên
cứu để đưa thuốc vào não nhằm điều trị các bệnh lý của não và người ta đã
đưa ra khái niệm hàng rào máu não chính là đơn vị mạch máu thần kinh
(neurovascular unit) có vai trò thiết yếu không những trong bảo vệ mà còn
thực hiện chức năng của hệ thần kinh trung ương.
Gần đây, việc phát hiện ra vai trò của hàng rào máu não trong cơ chế hình
thành phù não, đặc biệt là phù não do u não, là một tiến bộ vượt bậc. Không
những cho phép hiểu được cơ chế phù não ở mức độ phân tử, tìm ra được các
biện pháp chống phù não ở mức độ phân tử mà còn kiểm soát tốt tình trạng
phù não, hạn chế tăng áp lực nội sọ và các biến chứng có thể đưa đến tử vong

3
cho bệnh nhân, tạo điều kiện thuận lợi để điều trị căn nguyên. Xa hơn, việc
nghiên cứu và hiểu rõ về hàng rào máu não là một vấn đề có ý nghĩa quan
trọng, nó mở ra nhiều hứa hẹn, không những trong điều trị mà còn phòng
ngừa các bệnh lý thần kinh [1]. Hay nói cách khác, hàng rào máu não ngày
càng được xem như là “ cửa ngõ” đối với bệnh lý thần kinh.






















4
1. KHÁI NIỆM VỀ HÀNG RÀO MÁU NÃO

1.1. Những quan sát đầu tiên về hàng rào máu não
Hề thần kinh trung ương là hệ thống dễ bị thương tổn và quan trọng nhất
của cơ thể con người. Để chức năng thần kinh được đảm bảo cần thiết phải có
một môi trường ngoại bào được điều chỉnh cao, ở đó nồng độ của các ion như
Na
+
, K
+
và Ca
2+
phải được duy trì trong phạm vi rất hẹp. Hơn nữa, nhu cầu
chuyển hóa của mô thần kinh là đáng kể, với hệ thần kinh trung ương thì nó
tiêu thụ khoãng 20% lượng oxy của cơ thể. Hệ thần kinh trung ương cực kỳ
dễ bị thương tổn bởi các chất hóa học. Các chất hấp thu vào cơ thể từ thức ăn
mặc dù đã được chuyển hóa, bài tiết và có thể không nguy hại đối với các cơ
quan ngoại biên, nhưng trên thực tế chúng có thể là độc tố của hệ thần kinh.
Rõ ràng, bề mặt chung giữa hệ thần kinh trung ương và hệ tuần hoàn ngoại
biên chính là hàng rào máu não, nó đóng vai trò rất quan trọng, thực hiện
chức năng như một bộ máy điều chỉnh năng động về sự cân bằng các ion, vận
chuyển các chất dinh dưỡng, và là hàng rào ngăn chặn các phân tử có hại cho
hệ thần kinh.
Như trên đã nói, bằng chứng trên thực nghiệm về hàng rào máu não lần
đầu tiên do Paul Ehrlich, một nhà khoa học người Đức, tình cờ phát hiện vào
năm 1885. Khi ông tiêm các chất màu vào cơ thể qua đường tĩnh mạch, các
chất màu có thể nhuộm tất cả các bộ phận của cơ thể ngoại trừ não bộ. Vào
thời điểm đó, Ehrlich đơn giản cho rằng não không nhận các chất nhuộm màu.
Năm 1900, Lewandowsky nêu lên ý niệm về hàng rào máu não khi nghiên
cứu về sự hạn chế vận chuyển ferrocya-nate kali vào não. Những chuỗi thực
nghiệm kéo dài trong thời gian sau đó do học trò của Paul Ehrlich là nhà khoa
học Edwin Goldmann thực hiện vào năm 1913, đã chích trực tiếp chất nhuộm

màu vào dịch não tủy. Ông ta phát hiện rằng, trong trường hợp này não trở
nên nhuộm màu, trong khi các bộ phận còn lại của cơ thể thì không bắt màu.
Điều này chứng tỏ có sự tồn tại một hàng rào giữa não và các bộ phận còn lại
của cơ thể [11],[27].

5
1.2.Các tranh luận
Mặc dù thí nghiệm của Goldmann đã đưa ra sự tồn tại của hàng rào sinh lý
giữa hệ thần kinh trung ương và hệ tuần hoàn nhưng đặc tính của hàng rào
này vẫn được tranh cải mạnh mẽ nhất vào năm 1960. Có một luận điểm đã
phê phán thực nghiệm của Goldmann. Goldmann cho rằng các thành phần của
máu và dịch não tủy khác biệt nhau, do đó ảnh hưởng đến khả năng khuếch
tán của chất nhuộm màu và hoặc là do ái lực của chúng đối với mô thần kinh.
Cách giải thích này sẽ không thích hợp khi so sánh giữa hai cách chích: chích
trực tiếp vào dòng máu hay vào dịch não tủy.
Năm 1942 Friedemann cho rằng, các chất vận chuyển qua mao mạch của
thần kinh trung ương nhờ vào đặc tính điện hóa học của chúng. Nhưng sau đó
giả thuyết này cũng không giải thích được đầy đủ hiện tượng trên.
Tuy vậy, các nghiên cứu khám phá căn bản của hai nhà khoa học người
Đức tại Berlin cách đây 100 năm đã đưa ra được khái niệm quan trọng về hệ
thống hàng rào của não được gọi là hàng rào máu não, nhưng người ta vẫn
chưa biết rõ chức năng của hàng rào máu não trong trạng thái bình thường và
bệnh lý của não. Các nghiên cứu về sau và đặc biệt nhờ sự ra đời của kính
hiển vi điện tử vào thập niên 60 của thế kỷ trước, các nhà khoa học ngày càng
biết rõ hơn về cấu trúc và chức năng của hàng rào máu não, vai trò của nó
trong tình trạng bình thường và bệnh lý của hệ thần kinh [1].
2. HÌNH THÁI VÀ CHỨC NĂNG HÀNG RÀO MÁU NÃO
2.1.Cấu trúc hàng rào máu não
Mặc dù khái niệm về hàng rào máu não đã tiếp tục được hoàn chỉnh trong
vài thập kỷ qua, nhưng sự hiểu biết về cấu trúc cơ bản của hàng rào máu não

được đầy đủ hơn từ các nghiên cứu của Reese, Karnovsky và Brightman.
Theo đó, hàng rào máu não tồn tại chủ yếu dưới dạng một hàng rào lan tỏa và
tập trung ở phạm vi tế bào nội mô của vi mạch não, mang đặc điểm là có sự
hiện diện của mối liên kết chặt chẽ giữa tế bào với tế bào (tight cell-cell

6
junctions) và không có cửa sổ (fenestration). Đặc tính này không hề có ở hệ
thống vi mạch ngoài não.

Hình 2.1: Đặc điểm hình thái của mao mạch ngoài não [a] và mao mạch thần
kinh [b]. Hệ thống mao mạch thần kinh có dãi bịt, không có cửa sổ và có
nhiều ty thể. Các tế bào nội mô thần kinh được bao bọc bởi các màng cơ bản
liên tiếp nhau và bên ngoài được bao phủ bởi chân của tế bào hình sao. Các
mao mạch ngoài não thì không có đặc tính trên [14],[22].

Hàng rào máu não được tạo thành bởi một hệ thống tế bào phức tạp bao
gồm: các tế bào nội mô (endothelial cell), tế bào hình sao (astroglia), tế bào
ngoại mạch (pericyte), các đại thực bào ngoại mạch (perivascular
macrophage) và màng đáy (basal lamina) (Bradbury, 1985). Gắn vào mỗi
khoãng cách không đều đặn ở màng tế bào nội mô là các tế bào ngoại mạch,
các tế bào này thường chia làm 2 phân nhóm: nhóm có dạng hình hạt và nhóm
có dạng sợi nhỏ (Tagami et al, 1990). Các tế bào ngoại mạch và tế bào nội mô
được bao bọc bởi màng đáy, đó là cấu trúc màng dày khoãng 30-40 nm có
thành phần bao gồm: collagen tip IV, heparin sulfate proteoglycan, laminin,
fibronectin và các protein chất nền ngoại bào khác (extracellular matrix
Mao mạch ngoại biên
Mao mạch thần kinh
Tế bào thấm
Ty thể
Cửa sổ

Dãi bịt
Khoảng trống liên bào
Chân tế bào hình sao

7
proteins). Màng đáy liên tục với màng của chân tế bào hình sao, các cấu trúc
trên bao quanh vi mạch não (hình 2.2).

Hình 2.2: Hình ảnh cắt ngang qua mao mạch não. Chu vi của lòng mao mạch
gồm các tế bào nội mô (EC), kết dích các màng tế bào nội mô bởi các dãi bịt
(TJ). Các tế bào ngoại mạch (PC) được gắn vào bề mặt của các tế bào nội mô
và chúng được bao bọc bởi màng đáy (BL), màng đáy thì liên tục với màng
của chân tế bào hình sao và màng tế bào của các tế bào nội mô (EC)[1].

Chân của tế bào hình sao (astrocyte end feet) gắn chặt với các tế bào nội
mô thông qua màng đáy, chúng có tác dụng và duy trì chức năng của hàng rào
máu não. Các tế bào nội mô được gắn chặt vào màng đáy cùng với các tế bào
ngoại mạch và các đại thực bào ngoại mạch. Các tế bào ngoại mạch có đặc
điểm là có thể co rút lại, chúng bao bọc quanh mao mạch não và có chức năng
là điều chỉnh sự phát triển các tế bào nội mô. Do liên kết chặt chẽ với các tế
bào nội mô, các tế bào ngoại mạch đảm bảo sự nguyên vẹn của mao mạch não
và bảo tồn chức năng của hàng rào máu não. Cuối cùng, lòng mao mạch được
bao phủ bởi các tế bào nội mô, đây chính là các thành phần cơ bản tạo nên
hình thái và chức năng của hàng rào máu não [14],[22].

8

Hình 2.3: Hàng rào máu não (hình cắt ngang và cắt dọc phóng đại). Chúng
được tạo thành bởi sự kết dích chặt của các tế bào nội mô lót bên trong lòng
mao mạch não, tạo nên hàng rào ngăn cách giữa hệ tuần hoàn vào nhu mô

não (tế bào hình sao và vi tế bào thần kinh đệm)[2],[22].

2.2.Cơ chế vận chuyển các chất qua hàng rào máu não
Hàng rào máu não có mối liên kết chặt chẽ với sự vận chuyển các hợp chất
có tính ưa nước đi vào nhu mô não. Chẳng hạn như các hợp chất nội sinh, các
Lòng mạch
Tế bào ngoại mạch
Tế bào nội mô
Dãi bịt
Tế bào hình sao
Màng đáy
Hàng rào
máu não
Dãi bịt
Tb nội mô
Màng đáy
Tế bào hình sao
Não
Vi tế bào thần kinh đệm

9
chất dinh dưỡng đi vào nhu mô não có thể bị hạn chế. Các chất dinh dưỡng
thiết yếu được vận chuyển vào nhu mô não bằng các chất chuyên chở và có
tính chất chọn lọc. Nhiều hệ thống vận chuyển có đặc tính khác nhau từ sự vận
chuyển thụ động (chẳng hạn như khuếch tán) đến vận chuyển chủ động và quá
trình này đòi hỏi năng lượng.

Hình 2.4: Hàng rào máu não và sự vận chuyển các chất vào não[27]

Sự khuếch tán của các chất xuyên qua màng tế bào nội mô của hàng rào

máu não lệ thuộc vào đặc tính lý hóa của các hợp chất này, chẳng hạn khả
năng hòa tan của các chất vào mỡ, trọng lượng phân tử, điện thế hoặc mức độ
ion hóa. Rapoport và cs (1979) đã mô tả mối tương quan giữa sự khuếch tán
qua hàng rào máu não và sự hòa tan của các chất vào mỡ. Các chất hòa tan
trong mỡ đi xuyên qua màng tế bào của tế bào nội mô dễ dàng và cũng dễ cân
bằng giữa tuần hoàn và mô não (Bradbury, 1985). Trong nghiên cứu thực
nghiệm cũng phát hiện ra mối tương quan mật thiết giữa tính tan được của các
hợp chất vào mỡ với khả năng thấm qua hàng rào máu não của chúng (Van
Bree et al, 1988). Ngược lại, cũng theo các nghiên cứu trên, các hợp chất có
chứa chất nền là P-glycoprotein thì khó vận chuyển qua hàng rào máu não.
Mao mạch
Tb nội mô
Tb hình sao
Dịch NT
Dòng máu

10
Gần đây, P-glycoprotein (Pgp) thường đi kèm với tình trạng đề kháng
nhiều thuốc (multidrug resistance MDR) trong nhiều loại u, cũng đã xác định
được vị trí trên hàng rào máu não. Việc khám phá ra sự hiện diện của nó ở
hàng rào máu não góp phần hiểu rõ cơ chế xâm nhập của các thuốc vào não.
Pgp là một glycoprotein có trọng lượng phân tử 170 kDa và nó thuộc lớp trên
của các chất vận chuyển phụ thuộc năng lượng ATP.
Hệ thống các chất mang đặc trưng làm trung gian vận chuyển chủ động
một số hợp chất vào não đã được nhận diện. Một hệ vận chuyển glucose có
tính chất chọn lọc, có tên là GLUT-1 (trong nhóm gen trội, gồm chất vận
chuyển đường độc lập với natri) có đặc tính vận chuyển các chất 2-
deoxyglucose, 3-O-methylglusose, mannose, galactose và glucose với một
khả năng rất cao. GLUT-1 có trọng lượng phân tử 55 kDa, hiện diện ở cả lớp
màng và dưới màng của màng tế bào nội mạc mao mạch não. Ba hệ chất

mang amino acid có ái lực cao đã được mô tả như hệ vận chuyển amino acid
hướng thần kinh có kích thước lớn (LNAA system), hệ vận chuyển amino
acid có tính kiềm và hệ vận chuyển cho amino acid có tính acid, chúng hoàn
toàn riêng biệt nhau. Hơn nữa, hệ vận chuyển cho purine, nucleoside,
thiamine, monocarbocylic acid, và hóc môn tuyến giáp cũng đã được phát
hiện. Như vậy, hàng rào máu não có chức năng rất quan trọng trong việc duy
trì sự hằng định nội môi cho hệ thần kinh trung ương và đảm bảo tối ưu cho
chức năng của chúng [9],[14].
3. ĐƠN VỊ MẠCH MÁU THẦN KINH-SỰ TƢƠNG TÁC
GIỮA TẾ BÀO NỘI MÔ MAO MẠCH VỚI MÔ THẦN KINH
3.1.Tế bào hình sao (Astrocyte)
Não bộ bao gồm hai loại tế bào chính:
+ Tế bào thần kinh (neuron): chúng nhận và truyền các tín hiệu đến não.

11
+ Tế bào thần kinh đệm (glial cell): thực hiện các vai trò khác nhau nhằm hỗ
trợ cho tế bào thần kinh. Tế bào thần kinh đệm bao gồm 4 loại tế bào: tế bào
hình sao (astrocyte) với chức năng là hỗ trợ, tế bào lót khoang dịch não tủy
(ependymal cell) nằm trong các não thất, vi tế bào thần kinh đệm (microglial
cell) chức năng là tế bào dọn dẹp và cuối cùng là tế bào thần kinh đệm ít
nhánh (oligodendrocyte) có nhiệm vụ là tạo myelin.

Hình 3.1: Chân của tế bào hình sao (astrocytic feet) vây quanh mạch máu,
chúng tạo thành cấu trúc giống hình hoa hồng trên bề mặt các mao mạch
não. Cấu trúc đặc biệt này sẽ tạo hiệu quả tối ưu giữa các tế bào hình sao và
các tế bào nội mô qua hai con đường: cảm ứng và truyền tín hiệu, trong khi
lại không tạo thành hàng rào sinh lý, điều này nhằm duy trì sự khuếch tán tự
do giữa các tế bào nội mô mạch máu và nhu mô não [17]

Hình thái và chức năng độc đáo của tế bào nội mô vi mạch não gợi ý rằng:

các tế bào nội mô vi mạch não thực sự đặc biệt, hoặc là môi trường tế bào não
bằng cách này hay bằng cách khác tạo nên các đặc tính của hàng rào máu não.
Mối liên kết chặt chẽ về mặt mô học đã được mô tả ở phần trên, từ lâu đã cho
Tế bào hình sao
Tế bào nội mô

12
rằng các tế bào hình sao đóng vai trò chính đối với sự phát triển và duy trì các
đặc tính của hàng rào máu não. Các nghiên cứu và thực nghiệm đã ủng hộ ý
kiến này. Tuy nhiên, các khám phá gần đây đòi hỏi cần phải xem xét rộng rãi
hơn về vai trò của tế bào hình sao đối với hàng rào máu não, cũng như thực
nghiệm lại vai trò của các tế bào nhu mô não khác và chất nền ngoại bào.
Trong một thí nghiệm quan trọng được thực hiện bởi Stewart và Wiley
(1981), một mô não chưa trưởng thành và không có sự phân bố mạch máu của
phôi chim cút được cấy ghép vào phôi gà. Tương tự như vậy, lấy phần trung
bì sau của phôi chim cút cấy ghép vào não thất của phôi gà. Thực tế là cả hai
mẫu ghép chưa có sự phân bố mạch máu với hình thái của tế bào chim cút, có
thể làm yếu tố nhằm xác định nguồn gốc của mô mạch máu xâm lấn vào mẫu
thí nhiệm. Cả hai thí nghiệm đều thành công và cả hai được phân bố mạch
máu từ mô chung quanh của vật chủ. Người ta phát hiện ra rằng, mô não được
cấy ghép vào phôi gà đã phát triển các mao mạch có đặc điểm là màng đáy thì
mõng, các tế bào nội mô có nhiều ti lạp thể và liên kết với dãi bịt nhưng có ít
túi tế bào pinocyte. Trong khi đó, các mao mạch từ mẫu thí nghiệm thứ hai có
lượng ti lạp thể thấp nhưng lại có nhiều túi tế bào pinocyte, còn dãi bịt thì
không có. Hơn nữa, khi chích trypan xanh vào mẫu thí nghiệm chỉ ra rằng
mạch máu xâm nhập vào não ghép có tính thấm bị hạn chế giống như hàng
rào máu não, trong khi đó mạch máu não xâm nhập vào mẫu ghép trung bì thì
hoàn toàn yếu. Từ đó, các nhà khoa học kết luận rằng “ sự tương tác của mô
mạch máu đang phát triển với mô thần kinh là vấn đề then chốt trong sự phát
triển của hàng rào máu não”.

Thí nghiệm của Holash et al (1993) cho thấy các tế bào hình sao chỉ đơn
thuần giúp duy trì hình thái của hàng rào máu não. Các thí nghiệm trong in
vivo sau đó chỉ ra rằng vi mạch não có thể sống sót và duy trì tính nguyên
vẹn của nó ở vùng não vừa trải qua mất các tế bào hình sao nặng nề, mặc dù
kết quả nghiên cứu này mâu thuẩn với các nghiên cứu gần đây và cho thấy sự

13
mất và sự bảo tồn tính nguyên vẹn của hàng rào trong in vivo theo sau mất
khu trú các tế bào hình sao tạm thời. Người ta cũng nghiên cứu ra rằng, tế bào
hình sao có thể đóng vai trò trung gian hoặc cùng chung với neuron trong sự
điều chỉnh tính thấm của vi mạch não, đặc biệt bằng tín hiệu của kênh Ca2+
giữa tế bào hình sao và tế bào nội mô bằng khớp nối và sự lan truyền qua hệ
purinergic (Zonta et al, 2003) [1],[8].
3.2 Các tế bào ngoại mạch (Pericyte)
Ít được biết rõ về sự liên quan của tế bào ngoại mạch với hàng rào máu
não. Các protein có tính co rút đã được tìm thấy trong các tế bào ngoại mạch
ở não, điều này chỉ ra rằng chúng có thể điều chỉnh lưu lượng máu mao mạch
não. Khi thêm các tế bào ngoại mạch vào hổn hợp cấy tế bào nội mô và tế bào
hình sao thì dường như nó làm ổn định sự tạo thành cấu trúc giống mao mạch.
Các tế bào ngoại mạch ở vi mạch não có thể di trú xa khi đáp ứng nhanh với
tình trạng giảm oxy máu và tổn thương não do chấn thương, cả hai tình trạng
này thường kèm với gia tăng tính thấm hàng rào máu não. Sự di trú các tế bào
ngoại mạch có đóng vai trò là nguyên nhân trong suy hàng rào máu não hay
không thì vẫn chưa được làm rõ. Tuy nhiên, chất angiopoetin từ tế bào ngoại
mạch có thể tạo ra sự hiện diện occludin của tế bào nội mô, một yếu tố chính
tạo thành dãi bịt của hàng rào máu não, chỉ ra rằng tế bào ngoại mạch liên
quan đến việc tạo nên và hoặc là duy trì đặc tính của hàng rào máu não như
phương cách của hệ thần kinh đệm.
3.3 Neuron thần kinh (Neurons)
Dựa vào tính năng động của hoạt động thần kinh và nhu cầu chuyển hóa

đáng kể của mô thần kinh, vi tuần hoàn não phải đáp ứng cao với các nhu cầu
của mô. Thật vậy, nhu cầu chuyển hóa cao của các hoạt động não khu trú đòi
hỏi gia tăng lưu lượng máu não là nền tảng của hình ảnh thần kinh chức năng,
mặc dù các cơ chế ở mức độ tế bào chưa được biết rõ (Pae-meleire, 2002).

14

Hình 3.2: Neuron thần kinh và các tế bào thần kinh đệm ở não người lớn
trong trạng thái sinh lý [25].
Sự phá hủy hàng rào máu não thường đi kèm với các thay đổi bệnh lý của
lưu lượng máu não, sự tưới máu não (ví dụ: nhồi máu não, xuất huyết não
hoặc chấn thương sọ não ), và đã có các bằng chứng về hiện tượng mở ra của
hàng rào máu não (Brain- Blood Barrier opening) có thể là bù trừ và có tính
chọn lọc hơn là sự phá hủy về mặt cấu trúc giải phẫu một cách đơn thuần (Lee
et al, 1999). Điều này gợi ý rằng sự liên lạc giữa các neuron thần kinh và
mạch máu não không chỉ đơn thuần điều chỉnh lưu lượng máu não, mà còn
liên quan đến tính thấm của hàng rào máu não. Các bằng chứng về mặt mô
học đã phát hiện ra sự phân bố trực tiếp của hệ noradrenergic, cholinergic,
neuron GABA-ergic và cũng như các hệ khác vào tế bào nội mô vi mạch não
có kết hợp hoặc không kết hợp với chân tế bào hình sao. Mất phân bố thần
kinh đáng kể của hệ cholinergic vào vi mạch võ não đã được phát hiện trong
bệnh Alzheimer, vì nó có thể dẫn đến rối loạn chức năng mạch não (Tong et
al, 1999). Các neuron thần kinh có vai trò chính trong sự phát triển kiểu hình
Tế bào
hình sao
Neuron
thần kinh

15
của hàng rào máu não hay không thì chưa được mô tả, nhưng rõ ràng là nó

đóng vai trò chính trong điều chỉnh chức năng hàng rào máu não.
3.4 Các chất nền ngoại bào (The Extracellular Matrix)
Ngoài tế bào hình sao, tế bào ngoại mạch và neuron thần kinh, chất nền
ngoại bào của màng đáy cũng tương tác với các tế bào nội mô vi mạch não.












Hình 3.3: Đơn vị mạch máu thần kinh. Sơ đồ cho thấy các thành phần trong
đơn vị mạch máu thần kinh tham gia vào điều chỉnh đặc tính thấm của vi
mạch não (microvascular permeability).

Sự phá hủy các chất nền ngoại bào thường kèm với sự gia tăng tính thấm
của hàng rào máu não trong tình trạng bệnh lý (Rascher et al, 2002). Các chất
nền ngoại bào níu giữ các tế bào nội mô bằng sự tương tác giữa các protein
màng đáy và protein nền khác với các thụ thể của tế bào nội mạc. Sự tương
tác giữa các chất nền và tế bào như vậy có thể kích thích một số tín hiệu nội
bào. Các protein nền có thể tác dụng lên sự hiện diện của các protein dãi bịt
(tight junction proteins) của tế bào nội mạc (Savettieri et al, 2000), điều này
Điều hòa tính thấm vi mạch não

16

chỉ ra rằng: mặc dù dãi bịt (Tight junction TJ) tạo nên sự ngăn chặn khuếch
tán giữa các tế bào cạnh nhau, nhưng các protein của màng đáy dường như
liên quan đến việc duy trì chính bản thân nó hơn.
Từ sự khám phá trên, người ta đề nghị rằng: các tế bào nội mô vi mạch, tế
bào hình sao, tế bào ngoại mạch, các neuron thần kinh và các chất nền ngoại
bào tạo thành một “ đơn vị mạch máu-thần kinh” (the neurovascular unit),
việc nghiên cứu hàng rào máu não là vấn đề quan trọng nhằm hiểu rõ hơn về
sự phát triển và sinh lý của đơn vị mạch máu thần kinh (Wang et al, 2004).
Hơn nữa, khái niệm về “đơn vị mạch máu thần kinh” giúp thiết lập phương
pháp nghiên cứu thống nhất để hiểu não đáp ứng như thế nào đối với bệnh lý
mạch não (Lo et al, 2004). Cuối cùng khái niệm về “đơn vị mạch máu thần
kinh” tạo ra cơ sở về sự hiểu biết các trạng thái bệnh lý, đồng thời chúng ta có
thể biết được đặc tính thấm của vi mạch não thay đổi như thế nào trong tình
trạng bệnh lý hoặc được điều chỉnh bằng thuốc [1].
4. SINH LÝ PHÂN TỬ VÀ CHỨC NĂNG CỦA HÀNG RÀO
MÁU NÃO
4.1.Chức năng của hàng rào máu não
Khoảng trống giữa các tế bào nội mô vi mạch não có đặc điểm là sự hiện
diện phức hợp chức năng bao gồm: vùng dính (adherens junction AJ), dãi bịt
(tight junction TJ) và có thể có cả thể liên kết khe (gap junction GJ) (Simard
et al, 2003). Trong khi đó thể liên kết khe (nếu chúng hiện diện khe liên tế
bào nội mô của hàng rào máu não) làm trung gian cho sự liên lạc giữa các tế
bào. Cả hai, vùng dính và dãi bịt đều có nhiệm vụ hạn chế tính thấm của các
tế bào nội mô (Bazzoni et al, 2004).



17

Hình 4.1: Hình thái thể liên kết khe (gap junction GJ).

Hình 4.2: Hình thái và các protein của vùng dính (Adherens Junctions).

Màng tế bào
Đóng
Mở
Vùng dính
Màng tế bào

18
Vùng dính thường hiện diện trong các tế bào nội mô mạch máu và làm
trung gian cho sự kết dính các tế bào nội mô với nhau, xúc tác cho sự ức chế
trong quá trình sửa chửa và phát triển mạch máu, khởi đầu cho sự phân cực tế
bào và tham gia phần nào vào sự điều chỉnh tính thấm của các tế bào kế cận
nhau. Các thành phần chính của vùng dính bao gồm: VE-cadherin thuộc nội
mô mạch máu (VE), một protein điều chỉnh Ca2
+
. Nó làm trung gian cho sự
kết dính giữa tế bào với tế bào bằng sự tương tác giữa các protein ở ngoại bào
của các tế bào liền kề nhau. Đoạn cuối của VE-cadherin nằm trong tế bào chất
gắn với ß-catenin và plakoglobin, đến chu kỳ nó lại gắn α-catenin, α-actinin
và vinculin, mục đích là làm ổn định phức hợp vùng dính.

Hình 4.3: Hình thái và các protein của dãi bịt (Tight junction)[10].

Dải bịt
Lòng mạch
Màng tế bào
Khoảng gian bào

Phức hợp protein

19
Mặc dù sự phá hủy vùng dính có thể dẩn đến gia tăng tính thấm của hàng
rào máu não, nhưng chủ yếu dãi bịt có vai trò chính tạo ra tính thấm thấp giữa
các tế bào và sự đề kháng cao về mặt điện học. Dãi bịt có cấu tạo là một cấu
trúc phức tạp và tinh vi, chúng nối vùng đỉnh của khe liên tế bào biểu mô với
hàng rào nội mô (endothelial barrier). Chúng có chức năng như một “dây
kéo” (zipper) nhằm liên kết màng tế bào ở vùng đỉnh (apical membrane) và
vùng đáy ngoài (basolateral membrane), cho phép hạn chế tính thấm giữa các
tế bào cạnh nhau. Cũng như vùng dính (AJ), dãi bịt bao gồm các protein liên
màng tế bào, chúng tạo thành các liên kết chính bằng các protein phụ trợ với
khung tế bào actin (Vorbrodt et al, 2003).
4.2.Các protein của dãi bịt (Tight Junction)
Dãi bịt được cấu tạo gồm 3 loại protein màng có tên là: các phân tử kết
dính chức năng, occludin, claudin và một số protein phụ trợ thuộc tế bào chất
như ZO-1, ZO-2, ZO3, cingulin và một số protein khác [21].

Hình 4.4: Hình ảnh phân bố các protein của dãi bịt (tight junction) và vùng
dính (adherens junction) ở hàng rào máu não. Dãi bịt có: JAM, occludin,
claudin là các protein xuyên màng tế bào và ZO-1, ZO-2, cingulin và các
protein thuộc tế bào chất khác [22].
Dải bịt
Vùng dính
Phân tử kết dính chức năng
Khoảng liên tế bào

20
4.2.1.Phân tử kết dính chức năng (Junctional Adhesion Molecules JAM)
Các phân tử kết dính chức năng hiện nay đã được biết bao gồm: JAM-1,

JAM-2 và JAM-3.
JAM-1 có trọng lượng phân tử 40 kDa, một thành phần của liên họ IgG và
nó đóng vai trò trong khởi đầu gắn kết của màng tế bào cạnh nhau. JAM-2 và
JAM-3 cũng hiện diện trong tế bào nội mô và tế bào bạch huyết, nhưng không
hiện diện ở biểu mô (Bauer et al, 2004). Trong quá trình phát triển của chúng,
JAMs có thể điều chỉnh sự di chuyển xuyên qua tế bào nội mô của bạch cầu,
nhưng chức năng của chúng đối với hàng rào máu não thì hầu như vẫn chưa
được biết.

Hình 4.5: Các thành phần cấu tạo cơ bản (JAM, occludin và claudin) của dãi
bịt ở hàng rào máu não (hình ảnh cắt dọc) [1].

NÃO
MÁU
Màng tế bào

21
4.2.2.Occludin
Occludin là một protein có trọng lượng phân tử 60-65kDa. Chúng gia tăng
sự đề kháng về mặt điện học ở tế bào chứa dãi bịt, một đặc tính do vòng xoắn
thứ hai nằm ngoài tế bào làm trung gian. Occludin có nhiều vị trí để cho quá
trình phosphorin hóa, xãy ra ở serine và threonine. Sự phosphorin hóa của
occludin dường như liên quan đến sự điều hòa sự kết hợp của nó với màng tế
bào, mặc dù cơ chế cụ thể thay đổi tùy theo mô và loài khác nhau. Đầu tận
cùng nằm trong tế bào chất liên quan đến sự kết hợp của occludin với khung
tế bào bằng các protein phụ trợ chẳng hạn như zonula occludens (ZO)-1 và
ZO-2. Phiên bản của occludin có đầu tận cùng C bị cắt cụt có thể dẫn đến gia
tăng tính thấm của các tế bào cạnh nhau đối với các phân tử có trọng lượng
thấp. Thật thú vị rằng, bằng các thực nghiệm người ta thấy occludin không
thiết yếu lắm cho sự hình thành dãi bịt, mặc dù thực tế là nếu giảm sự hiện

diện của occludin thường kết hợp với sự phá hủy chức năng hàng rào máu não
trong một số tình trạng bệnh lý (Brown et al, 2005) [1],[29].

Hình 4.6: Sơ đồ cấu trúc phân tử của Occludin[12].

Ngoại bào
Tế bào chất
Màng

22
4.2.3.Claudin
Claudin cũng có vị trí ở màng tế bào giống như occludin nhưng nó không
phải là đồng đẳng của occludin.
Claudin là một protein có trọng lượng phân tử 20-24 kDa. Có ít nhất 24
đồng đẳng claudin đã được phát hiện ở động vật có vú. Sự hiện diện quá mức
claudin ở nguyên bào sợi có thể gây ra kết dính tế bào và hình thành những
dãi giống dãi bịt.
Ngược lại, sự hiện diện của occludin không dẫn đến sự hình thành dãi bịt,
đúng hơn là occludin chỉ giúp định vị dãi bịt ở hàng rào máu não.
Như vậy, người ta đưa ra giả thuyết rằng claudin tạo thành “cái neo” chính
của dãi bịt, còn occludin đóng vai trò như một cấu trúc hổ trợ. Sự hiện diện
các kiểu claudin thay đổi ở các mô khác nhau, ở tế bào nội mô vi mạch não
thì đã xác định được hiện diện của claudin-1, claudin-3 và claudin-5, trong đó
claudin-5 hiện diện nhiều nhất.

Hình 4.7: Hình ảnh claudin-5 (màu đỏ) ở vi mạch não qua phương pháp miễn
dịch đánh dấu. Claudin-5 hiện diện với mật độ cao trong vi mạch não [22].

23
4.2.4.Các protein giống Guanylate Kinase kết hợp màng tế bào
(Membrane- Associated Guanylate Kinase-Like Proteins MAGUK)
Ngoài các protein xuyên màng của dãi bịt đã trình bày trên, còn có nhiều
protein phụ trợ khác kết hợp với chúng trong tế bào chất. Các protein này là các
đồng đẳng của họ protein giống guanylate kinase kết hợp màng tế bào
(Membrane- Associated Guanylate Kinase-Like Proteins MAGUK) gọi tắt là
MAGUK protein. MAGUK protein có đặc tính là: protein tỷ trọng 95 kDa, ở
hậu synap, có hình dạng đĩa lớn, có vùng mang ZO-1, một vùng mang đồng
đẳng Src-3 và một vùng giống guanylate kinase. Những vùng đó làm gia tăng
khả năng tương tác giữa protein với protein. MAGUK protein dường như liên
quan đến sự điều hòa và tập trung các phức hợp protein đối với màng tế bào và
tạo thành những vùng đặc biệt trong màng tế bào. Có 3 loại MAGUK protein
đã được tìm thấy ở dãi bịt là: ZO-1, ZO-2 và ZO-3 (zonula occluden protein).
+ ZO-1 là protein đầu tiên kết hợp chặt chẽ với dãi bịt. Đó là một
phospho protein có trọng lượng phân tử 220 kDa, hiện diện ở các tế bào nội
mô và biểu mô cũng như trong nhiều loại tế bào khác mà chúng không có dãi
bịt. Ngoài kết hợp với dãi bịt, nó còn kết hợp với các protein của vùng dính và
thể liên kết khe. ZO-1 nối kết các protein xuyên màng của dãi bịt đến khung
tế bào actin. Sự tương tác này là quan trọng đối với sự ổn định và chức năng
của dãi bịt, bởi vì nếu phá hủy sự tương tác đó thì thường gây gia tăng tính
thấm qua màng tế bào (Mark et al, 2002). ZO-1 cũng có thể đóng vai trò như
một phân tử tín hiệu, chúng thông báo tình trạng của dãi bịt đến các thành
phần bên trong nội bào. ZO-1 còn giúp khu trú lại các nhân tế bào trong tình
trạng phát triển, tổn thương xảy ra sau hiện tượng phóng thích các ion ca
2+
và
trong đáp ứng với nicotine. Nó cũng đồng tồn tại với các yếu tố sao chép và
G-proteins (Meyer et al, 2002).
+ ZO-2, một phosphoprotein có trọng lượng phân tử 160 kDa, một

đồng đẳng của ZO-1và cùng kết tủa với ZO-1. Ít được biết về chức năng của

24
ZO-2, mặc dù nó giống ZO-1, nó kết thành khối với các thành phần cấu tạo
của dãi bịt và các phân tử tín hiệu, chẳng hạn như các yếu tố sao chép và khu
trú vào các nhân tế bào trong lúc bị stress hay quá trình phát triển.
Qua nghiên cứu các mẫu tế bào nội mô vi mạch não đã được cấy, người ta
thấy ZO-2 được khu trú dọc theo màng tế bào ở vị trí tiếp xúc giữa tế bào với
tế bào, mặc dù mẫu thí nghiệm có vi mạch não phân bố khắp nơi. ZO-2 có thể
có một ít chức năng mà không cần đến ZO-1, nó tự thay đổi vị trí của nó và
tạo điều kiện cho hình thành dãi bịt với hình thái bình thường. ZO-2 cũng
được phát hiện trong các mô không chứa dãi bịt.
+ ZO-3 cũng là một đồng đẳng với ZO-1, có trọng lượng phân tử 130
kDa, nó được tìm thấy trong các mô có chứa dãi bịt, ngày nay người ta đã xác
định nó không hiện diện trong hàng rào máu não (Inoko et al, 2003).
Tóm lại, ZO-1 là chủ yếu có trong dãi bịt các tế bào nội mô của hàng rào
máu não [1].
4.2.5.Các protein phụ trợ khác
Các protein phụ trợ khác của hàng rào máu não bao gồm : cingulin, AF-6
và 7H6. Cingulin là một protein có trọng lượng phân tử 140-160 kDa, chúng
kết hợp với ZOs , JAM-1 và myosin.
Người ta đưa ra giả thiết là nó làm trung gian tương tác giữa khung tế bào
và dãi bịt bằng lực truyền tính trạng. AF-6 là một protein có trọng lượng phân
tử 180 kDa, nó tương tác với ZO-1. Sự phá hủy phức hợp ZO-1/AF-6 có tính
quyết định trong điều biến dãi bịt.
Chức năng của 7H6 thì chưa được biết, nhưng protein có trọng lượng phân
tử 155 kDa này tách ra từ phức hợp dãi bịt trong tình trạng cạn kiệt ATP.
4.3.Các đƣờng tín hiệu nội bào liên quan đến các cấu trúc và chức năng
dãi bịt
Dãi bịt là một cấu trúc chức năng. Các protein của dãi bịt là các chủ thể để

thay đổi về sự hiện diện, sự định vị, sự tương tác giữa protein-protein trong

25
tình trạng sinh lý và bệnh lý (Huber et al, 2001). Các đường tín hiệu nội bào
điều chỉnh các quá trình trên chỉ bắt đầu được làm sáng tỏ bằng rất nhiều thực
nghiệm được tiến hành ở mô biểu mô. Ở hàng rào máu não, ngày nay người ta
biết rõ rằng đáp ứng của dãi bịt đối với các kích thích, thực tế có thể được làm
trung gian bởi nhiều con đường bệnh lý xãy ra cùng lúc.
+ Có hai quá trình dẫn truyền tín hiệu liên kết với dãi bịt:
1/ Các tín hiệu dẫn truyền từ bên trong tế bào hướng đến dãi bịt: để chỉ đạo
sự hình thành dãi bịt và điều chỉnh tính thấm giữa các tế bào cạnh nhau.
2/ Các tín hiệu truyền từ dãi bịt đến bên trong tế bào nội mô: để điều biến sự
hiện diện của gene, phát triển tế bào và sự khác biệt (Matter et al, 2003).
+ Cơ chế của quá trình dẫn truyền tín hiệu thì chưa được hiểu hoàn toàn.
Nhiều đường dẫn truyền tín hiệu và các protein có liên quan đến sự điều chỉnh
tạo thành dãi bịt, bao gồm: calcium, protein kinase A, protein kinase C,
protein G, calmodium, cAMP và phospho-lipase [22].
4.3.1.Calcium
Calcium hoạt động ở cả ngăn ngoại bào và ngăn nội bào nhằm điều chỉnh
các hoặt động của dãi bịt và đồng thời cùng nhiều phân tử khác điều biến tính
thấm hàng rào máu não.
Trước khi các protein của dãi bịt được mô tả một cách cụ thể, người ta biết
rằng sự thiếu hụt ion Ca
2+
ngoại bào và gia tăng nồng độ ion Ca
2+
nội bào có
thể dẫn đến sự phá hủy hàng rào máu não (Abbott et al, 1991). Mô biểu mô
được cấy trong môi trường thiếu ion Ca
2+

thì không có ZO-1, ZO-2 và
occludin ở màng tế bào và kéo theo là sự gia tăng tính thấm giữa các tế bào
cạnh nhau. Những hậu quả này bị làm suy giảm bởi các chất ức chế protein
kinase A. Sự hoạt hóa protein kinase C (PKC) cũng có thể chống lại các hậu
quả do nồng độ ion Ca
2+
ngoại bào thấp gây ra. Điều này chỉ ra rằng PKC liên
quan đến sự điều chỉnh dãi bịt và phụ thuộc nồng độ ion Ca
2+
. Cả hai trạng thái
nồng độ Ca
2+
nội bào cao bất thường hay thấp bất thường có thể phá hủy dãi bịt