1933年Walter根据动物实验和临床研究, 发现静脉内注射溴化物或有关药物后, 这些物质在血液、脑脊液和脑组织中的分布不一致, 认为在中枢神经系统内不只是一种屏障^[1]。目前已认定中枢神经系统存在一些具有交换或排斥分子物质和溶质的功能部位, 称之为脑屏障, 包括:血-脑屏障、血-脑脊液屏障和脑脊液-脑屏障。1956年曾有人研究家兔体内血液与脑脊液中的各种物质的分布, 清楚地看出脑脊液所含的钠与氯的浓度超过单纯血浆中的浓度, 提出脉络丛作为特殊细胞膜代表血-脑脊液屏障。1961年再次确认血-脑脊液屏障的解剖位置是脑室的脉络丛^[2]。近些年来, 应用电镜、酶化学、放射性核素、电泳等手段对脑屏障解剖结构及其功能进行了广泛的研究, 但有关超氧化物歧化酶、微蛋白在血-脑脊液屏障评价方面的系统研究较少。本文通过对正常人和脑疾患者脑脊液及血清SOD-1、Fer、β₂-m、SIgA含量进行平行配对检测, 旨在探讨生理和病理状况下血-脑脊液屏障状态, 希望这一结果能丰富脑屏障的研究并对临床应用提供依据。

1 材料与方法 1.1 检测对象 1.1.1 正常对照组

56例(男34例, 女22例), 年龄19~62岁, 平均48.2岁, 选择因下肢外科手术需施行蛛网膜下腔阻滞麻醉且心、肝、肺、肾、胃肠道及造血系统均无明显异常者。

1.1.2 脑疾患者组

89例(男52例, 女37例), 20~67岁, 平均52.8岁, 均经CT及实验室确诊。其中, 脑梗塞者34例; 脑出血者30例; 脑瘤者25例, 除神经系统疾患外其他系统均无明显异常。

1.2 标本采集

脑脊液和血液标本均同步采集。脑脊液经腰椎穿刺采集后装入试管内, 每次取1ml, 血性脑脊液舍弃不用。同时静脉取血2 ml, 室温放置0.5~1h, 离心分离血清, 切忌溶血。脑脊液和血清放置-20℃冰箱保存备用。

1.3 测定方法

脑脊液和血清SOD-1、Fer、β₂-m、SIgA测定均采用放射免疫分析(RIA)法, RIA试剂盒由中国原子能研究院同位素研究所提供, 严格按盒内说明书操作。RIA测量仪器系西安二六二厂产FJ-2003型全自动γ免疫计数器。

1.4 统计分析

测量结果用x ± s表示, 用t检验进行统计学处理。

2 结果 2.1

正常人脑脊液和血清超氧化物歧化酶、微蛋白含量结果(表 1)

2.2

正常人微蛋白(Fer、SIgA、β₂-mm)分子量与脑脊液/血清比值(CSF-serum ratio)间的关系(图 1)

2.3

脑疾患者脑脊液中超氧化物歧化酶、微蛋白含量(表 2)

2.4

脑疾患者血清中超氧化物歧化酶、微蛋白含量(表 3)

2.5

脑疾患者超氧化物歧化酶、微蛋白脑脊液∕血清比值结果(表 4)

3 讨论 3.1 生理状态下血-脑脊液屏障评价 3.1.1

正常人超氧化物歧化酶、微蛋白含量脑脊液与血清含量及其比值

3.1.1.1 超氧化物歧化酶(SOD-1)

氧自由基是一种高毒性化合物, 能作用于中枢神经组织中的糖蛋白及氨基酸, 导致蛋白变性及细胞膜失稳定甚至细胞死亡。SOD-1消除自由基连锁反映能力最强, 由21号染色体基因产生, 为带阴电荷的蛋白质, 分子量为32, 000道而顿, 主要分布于红细胞及体细胞浆中, 是机体阻止自由基氧化损害的重要防御酶, 其主要生理功能是使高毒性O₂^-首先歧化成H₂O₂, 再经过氧化氢酶(CAT)作用降解为H₂O^[3]。目前全血和血清超氧化物歧化酶的研究较多, 但有关脑脊液尤其与血清联合检测对血-脑脊液屏障的报道甚少^[4]。本组通过对56例正常人血清及脑脊液SOD-1含量测定, 表明脑脊液和血液中均含有SOD-1, 脑脊液含量为(8.86 ± 3.30) nmol/L; 血清含量为(14.61 ± 5.22) nmol/L, 脑脊液/血清比值为0.06 ± 0.10。男女性别间差异无统计学意义。

3.1.1.2 微蛋白(Fer、β₂-mm、SIgA)

网状内皮系统是主要的体内储铁场所, Fer分子量为45~48万道尔顿, 在通常无感染和肝病等情况下可很好地反映体内铁贮量。本组56例(男34, 女22)正常人脑脊液和血清含量分别为(0.018 ± 0.011)和(0.167 ± 0.131) nmol/L, 且男女性别间均存在显著性差异, 其中男女脑脊液含量分别为(0.023 ± 0.013)和(0.015 ± 0.009) nmol/L; 男女血清含量分别为(0.207 ± 0.120)和(0.121 ± 0.081) nmol/L。

1968年Berggard和Bearn首先从肾小管肾炎病人的尿中分离出β₂-m, 由于其分子量小(11 800道尔顿), 电泳时显示与β2区带, 故命名为β2-微球蛋白。本组正常人脑脊液和血清检测结果分别为(100.85 ± 18.65)和(172.89 ± 31.36) nmol/ L, 脑脊液/血清比值为0.45 ± 0.11。

SIgA由二个单体及分泌小体和一个J链组成, 分子量为38万道尔顿。通过本组正常人SIgA检测, 表明脑脊液和血液中均存在SIgA, 男女性别间差异无统计学意义, 脑脊液和血清含量分别为(5.10 ± 1.58)和(32.51 ± 17.36) nmol/L, 脑脊液/血清比值为0.17 ± 0.06。

3.1.2 正常人超氧化物歧化酶、微蛋白脑脊液与血清含量比较分析

由本组56例正常人血清及脑脊液中SOD-1、Fer、β₂ -m、SIgA含量比较显示, 脑脊液含量明显低于血清, 经统计学处理存在非常显著性差异(P < 0.01)(表 1), 脑脊液/血清比值均小于1.0(表 4)。表明在生理状况下脑脊液与血液之间确实存在血-脑脊液屏障, 且对超氧化物歧化酶、微蛋白均具有不同程度的屏障作用。

3.1.3 正常状态下血-脑脊液屏障机制探讨

由图 1显示, 微蛋白Fer、SIgA、β₂-m分子量与脑脊液/血清比值呈负相关, 随着血液中微蛋白分子量的增大, 透过血-脑脊液屏障进入脑脊液的蛋白量而减少, 可以推测作为血-脑脊液屏障起作用的脉络丛滤过作用机制。然而, SOD-1分子量为2.3万, β₂-m分子量为1.18万, 若按照脉络丛滤过作用机制推测, SOD-1脑脊液/血清比值应小于β₂-m, 检测结果却相反, SOD-1比值为0.60 ± 0.10, β₂-m比值为0.45 ± 0.11, 用脉络丛单纯滤过作用机制不能解释。可见, 脉络丛的滤过作用机制不是血-脑脊液屏障唯一的机制, 可能仅是血-脑脊液屏障一个环节, 即:血浆首先通过脉络丛毛细血管内皮细胞结合的不紧密区, 由于液压作用产生超微滤过, 形成的滤过液进入绒毛上皮下方的周围结缔组织间质中, 一部分物质直接通过被动或易化扩散进入脑脊液(扩散机制), 另部分物质则通过脉络丛上皮经主动代谢过程使滤过液变成为分泌的脑脊液(分泌机制), 至于物质通过血-脑脊液屏障是哪种机制起作用, 除与血-脑脊液屏障解剖学结构有关外, 更重要的与被通过物质本身的特性有关。血-脑脊液屏障具有选择通透性, 可防止有害物质进入脑组织和脊髓中去, 能保持脑组织周围和脊髓周围有一个稳定的化学环境, 起到保护脑和脊髓的作用。

3.2 脑疾状况下血-脑脊液屏障评价及意义

本组89例脑疾患者脑脊液和血清测定结果显示, 脑梗塞和脑瘤患者SOD -1低于正常对照组(P < 0.05或P < 0.01), 脑出血患者高于正常对照组(P < 0.05或P < 0.01)。脑梗塞、脑出血、脑瘤患者微蛋白脑脊液含量较对照组增高(P < 0.05或P < 0.01), 而血清变化不大(P > 0.05)(表 2和表 3)。

脑梗塞是组织局部血流灌注中断或灌注减少到临界以下所产生的, 其病理过程是一种缺血-再灌注过程, 目前认为这种缺血后再灌注是氧自由基产生的基础, 由氧自由基介导的自由基连锁反应是脑梗塞神经损伤的重要原因。卞留贯等通过动物试验(兔)发现脑缺血后自由基终产物过氧化脂质(LPO)含量增加, 而SOD活性则下降, 说明脑缺血后线粒体产生的自由基参与了脑缺血损伤机制^[5]。脑梗塞时由于SOD-1降低而引起消除自由基的能力下降, 脑血管是自由基最先攻击和损伤最严重的组织, 其内皮细胞、平滑肌细胞以及周围的结缔组织均是自由基攻击的靶细胞, 一方面造成梗塞灶水肿加重; 另方面造成正常的供血重建十分困难, 引起神经元发生坏死^[6]。

大量动物实验显示, 抗氧化酶在消除过量的活性氧、减轻组织的缺血-再灌注损伤及延缓衰老等方面发挥重要作用, 是有广泛应用前景的药用酶。由本组资料可见, 脑梗塞患者SOD -1脑脊液/血清比值较正常对照稍有增高, 但变化不明显(P > 0.05), 说明脑梗塞时虽然屏障受到一定的损害, 但SOD-1透过血-脑脊液屏障能力还不够高, 可见, SOD-1用于脑梗塞治疗需新型和新的用药途径。

由表 4显示, 脑疾患者Fer、β₂-m、SIgA脑脊液/血清比值结果显示, 脑梗塞、脑出血、脑瘤均有增高(P < 0.05或P < 0.01), 表明血-脑脊液屏障均受到不同程度的损害。同时还发现, 脑瘤时3种微蛋白脑脊液/血清比值增高的程度也有所不同, 有的甚至超过1.0(β₂-m), 可见脑瘤时除了血-脑脊液屏障受损外, 还存在脑肿瘤的局部分泌直接进入脑脊液的可能。Fer、β₂-m、SIgA脑脊液/血清比值可作为脑瘤标志物用于诊断依据之一。