18.4 : 血液脳関門

概要

血液脳関門（BBB）とは、イオンや分子、病原体などの移動を厳密に制御しながら、血液中の栄養分を脳に供給する特殊な血管のことです。BBBは、片側が緊密に結合した内皮細胞、もう片側がアストロサイトの突起で構成されています。これらが一体となって半透膜のバリアを形成し、脳を保護するとともに、治療薬の送達に独自の課題を与えています。

細胞の構成要素

BBBは、内皮細胞やアストロサイトなど、さまざまな細胞成分で構成されています。これらの細胞は共通の基底膜を共有しており、循環系と脳を取り巻く間質液の間の成分の通過を制御しています。

最初の細胞成分である特殊な内皮細胞は、脳の毛細血管の壁を構成しています。まず、脳の毛細血管の壁を作っているのは、特殊な内皮細胞です。これらの細胞間接合部は、選択的な物理的障壁となり、ブドウ糖やインスリンなどの平均的な大きさの分子を含むほとんどの物質の単純な拡散を妨げます。

第二の細胞タイプであるアストロサイトは、中枢神経系のグリア細胞の一種であり、脳血管系との相互作用や密接な関係を通じて、脳内の内皮細胞の機能や血流、イオンバランスに影響を与えます。グリア細胞は、血管と神経細胞を直接結びつける役割を果たしています。グリア細胞は、終足（エンドフィート、endfeet）と呼ばれる突起を伸ばし、一方では血管を包み込み、他方ではシナプスで神経細胞と密接に接触しています。

化学的交換

物質がBBBを通過する能力や交換の効率は、それぞれの分子やイオンの化学的・分子的特性に依存します。一般的に、酸素や二酸化炭素のような小さな脂溶性の成分は、内皮層を介して迅速かつ単純な拡散を行います。対照的に、大きい成分や水溶性の成分は、内皮細胞を介した受動的または能動的な輸送を含む、より選択的なプロセスを必要とすることが多いです。これらの物質の交換は、内皮細胞の表面にある分子特異的な受容体や輸送タンパク質の相対的な存在量や効率などに応じて、一般的にはよりゆっくりと行われるか、あるいは全く行われないこともあります。

BBBは脳を守る

BBBによる神経保護は、脳の健康と機能を正常に保つために重要です。BBBの調節機能が低下すると、多発性硬化症、感染症、血液供給不足による虚血など、重篤な神経疾患を引き起こす可能性があります。逆に、BBBの活性化は、神経活性のある医薬の中枢神経系への通過を妨げたり、実質的に減少させたりすることで、一部の神経疾患の治療に悪影響を及ぼすことがあります。このため、神経疾患をターゲットとする医薬品は、BBBを通過しやすいように設計されなければなりません。