4.1.4　血流动力学对脑血管发育的影响及其机制

脑小血管病（CSVD）和脑卒中是目前世界上导致死亡和致残的主要原因。CSVD和脑卒中与发育缺陷有关，而血脑屏障（BBB）完整性受损常是CSVD和脑卒中发展的重要标志之一。BBB一般由内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞和胞外基质组成。内皮连接和周细胞覆盖对BBB的完整性至关重要。

自婴儿期以来，正常血流对健康的大脑微脉管系统发展的重要性已得到证明。成年人健康大脑的维护也与正常的血液动力学密切相关，患有心脏疾病的人也将遭受大脑衰老的困扰。神经活动和人的大脑微血管内皮细胞（HBMECs）之间的调节剂之一是周细胞，其根据神经递质控制中枢神经系统内的毛细血管直径。在成年大脑衰老过程中，还检测到周细胞是作为神经血管单位中血流的调节剂。在缺乏周细胞的模型小鼠中观察到了诸如BBB分解，神经退行性变和神经发炎等表型。周细胞表达a-SMA的能力表明该细胞具有调节血管直径和血流量的收缩能力。

牛大脑微血管内皮细胞的体外实验表明，一些与BBB，Occludin和ZO-1紧密连接有关的蛋白质受血流的调节。血流量减少将改变BBB处的离子稳态和胰岛素介导的胞吞转运，但不会显著改变细胞旁的转运。特别的是，HBMEC可以在高切应力下保持鹅卵石状外观，并且最有可能是通过最小化紧密连接的长度来最大程度减少细胞旁运输。

TGFβ/BMP超家族的多个组分，如Alk1、Alk5、TGFR2、Bmpr2、Endoglin和smads等，参与了血管生成，并被证实与血管疾病有关。此外在CSVD的病理过程中，细胞外基质的破坏与TGFβ/BMP信号的功能障碍有关，提示TGFβ/BMP信号的精确时空调控对脑血管发育至关重要。骨形态发生蛋白3（BMP3）是TGFβ超家族成员之一。据报道，BMP3以上下游信号依赖的方式调节TGFβ/BMP信号转导。最新研究显示，BMP3可以通过促进周细胞发育来调节斑马鱼脑内血脑屏障的完整性。通过MO敲低BMP3可导致斑马鱼胚胎脑出血和BBB渗漏（图4-10），同时会降低斑马鱼胚胎脑血管周细胞的覆盖率（图4-11）。从机制上讲，BMP3的敲低破坏了斑马鱼脑内BMP信号的模式和活性，从而打破了斑马鱼胚胎中TGFβ/BMP信号的平衡。(https://www.daowen.com)

图4-10　斑马鱼脑出血情况（48 hpf）。通过共聚焦显微镜观察48 hpf时Tg（fli1:GFP;gata1:dsRed）斑马鱼脑出血情况。（a）和（c）注射对照MO的斑马鱼胚胎。（b）和（d）注射bmp3-MO的斑马鱼胚胎，箭头显示斑马鱼脑出血部位。（e）斑马鱼脑出血情况统计结果。［引自：Lei DX, et al. BMP3 is required for integrity of blood brain barrier by promoting pericyte coverage in zebrafish embryos［J］. Curr Mol Med, 2017, 17（4）: 298-303.］
Figure 4-10　Zebrafish cerebral hemorrhage（48 hpf）. The cerebral hemorrhage of Tg（fli1:GFP;gata1:dsRed）zebrafish was observed by confocal microscope at 48hpf.（a）and（c）Zebrafish embryos injected with control MO.（b）and（d）Zebrafish embryos injected with bmp3-MO, the arrow shows the location of zebrafish cerebral hemorrhage.（e）Statistical results of zebrafish cerebral hemorrhage.［Adapted from: Lei DX, et al. BMP3 is required for integrity of blood brain barrier by promoting pericyte coverage in zebrafish embryos［J］. Curr Mol Med, 2017, 17（4）: 298-303.］

图4-11　斑马鱼脑血管周细胞的覆盖情况（6 dpf）。通过免疫荧光技术对Tg（fli1:GFP）斑马鱼胚胎周细胞进行染色。（a）—（c）注射对照MO的斑马鱼胚胎，箭头显示斑马鱼大脑中标记的周细胞。（d）—（f）注射bmp3-MO的斑马鱼胚胎。（g）斑马鱼脑周细胞覆盖情况的统计结果。［引自：Lei DX, et al. BMP3 is required for integrity of blood brain barrier by promoting pericyte coverage in zebrafish embryos［J］. Curr Mol Med, 2017, 17（4）:298-303.］
Figure 4-11　The coverage of cerebral perivascular cells in zebrafish（6 dpf）. Tg（fli1:GFP）zebrafish embryo pericytes were stained by immunofluorescence technique.（a）-（c）Zebrafish embryos injected with control MO, the arrow shows marked pericytes in the zebrafish brain.（d）-（f）zebrafish embryos injected with bmp3-MO.（g）statistical results of zebrafish brain cell coverage.［Adapted from: Lei DX, et al. BMP3 is required for integrity of blood brain barrier by promoting pericyte coverage in zebrafish embryos［J］. Curr Mol Med, 2017, 17（4）: 298-303.］