血液脳と血液脳脊髄液の障壁の分子生物学：類似点と違い

中枢神経系（CNS）による情報の効率的な処理は、重要な進化的利点を表しています。したがって、高度に制御された安定した微小環境を含む、ニューロンのシグナル伝達に適切な状況を提供する恒常性メカニズムが開発されています。ニューロンにそのような環境を提供するために、CNSの細胞外液は、3つの主要な界面で血液の変化可能な環境から分離されています。血液脳関門（BBB）によって脳毛細血管で、内皮細胞のレベルで局在しています。脳間質液（ISF）を血液から分離します。4つの脈絡叢の上皮層では、CSFをCP ISFから分離する血中脳脊髄液（CSF）バリア（BCSFB）、およびアラクノイド障壁。血液と脳細胞外液の最大界面であるBBBとBCSFBの最大の界面を表す2つの障壁は、それぞれ内皮細胞と上皮細胞を相互接続するタイトジャンクション（TJ）を含む複雑な形態学的特徴による極性分子の遊離傍細胞拡散を防ぎます。このレビューの最初の部分は、脳毛細血管内皮細胞およびCP上皮細胞のTJと接着接合部の分子生物学に焦点を当てています。ただし、CNSの正常な機能は、血液からのグルコースやアミノ酸などの必須分子の一定の供給、脳細胞外液と血液の間の電解質の交換、および代謝廃棄物の効率的な除去および過剰な神経伝達物質の効率的な除去に依存します。脳ISF。したがって、多くの特定の輸送タンパク質が、脳毛細血管内皮細胞およびCP上皮細胞で発現し、CNSへの栄養素とイオンの輸送とCSFからの廃棄物およびイオンの除去を提供します。このレビューの2番目の部分は、これら2つの障壁でさまざまな溶質キャリア（SLC）輸送タンパク質の分子生物学に集中し、2つの障壁の間の発現の違いを強調しています。また、多くの血液媒介分子と生体異物は、物理化学的特性のために脳ISFに拡散し、次に神経膜に拡散する可能性があります。これらの化合物の侵入は、神経伝達とシグナル伝達に有害である可能性があります。したがって、BBBおよびBCSFBは、血液からの親油性および両親媒性物質の侵入を積極的に制限し、脳細胞外液からそれらの分子を除去する輸送タンパク質を発現します。このレビューの3番目の部分は、ATP結合カセット（ABC）トランスポーターの分子生物学と、Xenobioticsの排出輸送に関与するSLCトランスポーター、BBBおよびBCSFBでの発現、および2つの主要な血液の発現の違いに集中しています。- 脳インターフェイス。さらに、BBBおよびCP上皮によるイオンの輸送と拡散は、それぞれISFとCSFの液体の形成に関与しているため、このレビューの最後の部分では、脳のイオン輸送体/交換器とイオンチャネルの分子生物学について説明します。内皮およびCP上皮細胞。

Efficient processing of information by the central nervous system (CNS) represents an important evolutionary advantage. Thus, homeostatic mechanisms have developed that provide appropriate circumstances for neuronal signaling, including a highly controlled and stable microenvironment. To provide such a milieu for neurons, extracellular fluids of the CNS are separated from the changeable environment of blood at three major interfaces: at the brain capillaries by the blood-brain barrier (BBB), which is localized at the level of the endothelial cells and separates brain interstitial fluid (ISF) from blood; at the epithelial layer of four choroid plexuses, the blood-cerebrospinal fluid (CSF) barrier (BCSFB), which separates CSF from the CP ISF, and at the arachnoid barrier. The two barriers that represent the largest interface between blood and brain extracellular fluids, the BBB and the BCSFB, prevent the free paracellular diffusion of polar molecules by complex morphological features, including tight junctions (TJs) that interconnect the endothelial and epithelial cells, respectively. The first part of this review focuses on the molecular biology of TJs and adherens junctions in the brain capillary endothelial cells and in the CP epithelial cells. However, normal function of the CNS depends on a constant supply of essential molecules, like glucose and amino acids from the blood, exchange of electrolytes between brain extracellular fluids and blood, as well as on efficient removal of metabolic waste products and excess neurotransmitters from the brain ISF. Therefore, a number of specific transport proteins are expressed in brain capillary endothelial cells and CP epithelial cells that provide transport of nutrients and ions into the CNS and removal of waste products and ions from the CSF. The second part of this review concentrates on the molecular biology of various solute carrier (SLC) transport proteins at those two barriers and underlines differences in their expression between the two barriers. Also, many blood-borne molecules and xenobiotics can diffuse into brain ISF and then into neuronal membranes due to their physicochemical properties. Entry of these compounds could be detrimental for neural transmission and signalling. Thus, BBB and BCSFB express transport proteins that actively restrict entry of lipophilic and amphipathic substances from blood and/or remove those molecules from the brain extracellular fluids. The third part of this review concentrates on the molecular biology of ATP-binding cassette (ABC)-transporters and those SLC transporters that are involved in efflux transport of xenobiotics, their expression at the BBB and BCSFB and differences in expression in the two major blood-brain interfaces. In addition, transport and diffusion of ions by the BBB and CP epithelium are involved in the formation of fluid, the ISF and CSF, respectively, so the last part of this review discusses molecular biology of ion transporters/exchangers and ion channels in the brain endothelial and CP epithelial cells.