DOI: https://doi.org/10.3389/fnmol.2025.1714892
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602155
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Ewa Kozniewska وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات هيكل ووظيفة الحواجز
نظرة عامة
ارتفاع ضغط الدم الشرياني هو عامل خطر كبير للإصابة بالضعف الإدراكي والسكتة الدماغية، مما يؤدي إلى تغييرات ضارة في الميكروسيركولاسيون الدماغية على الرغم من التعديلات التكيفية في الأوعية الدموية الأكبر. تسلط هذه المراجعة الضوء على كيفية تعطيل ارتفاع ضغط الدم المزمن لوحدة الأعصاب والأوعية الدموية، مما يؤثر بشكل خاص على الخلايا البطانية، والأستروسيتات، والبيريستات. تشمل التغييرات الهيكلية الرئيسية خللًا في وظيفة الخلايا البطانية، وتفكك الحاجز الدموي الدماغي (BBB)، وضعف الاقتران العصبي الوعائي، مما يؤدي إلى نقص في التروية الوظيفية ويساهم في التدهور الإدراكي والخرف.
تؤكد الخاتمة على أن ارتفاع ضغط الدم يؤثر سلبًا على جميع مكونات وحدة الأعصاب والأوعية الدموية، كما يتضح من النتائج المستخلصة من نماذج حيوانية مختلفة مثل الفئران التي تعاني من ارتفاع ضغط الدم التلقائي (SHRs) وارتفاع ضغط الدم الناتج عن الأنجيوتنسين II. تشمل النتائج الشائعة زيادة نفاذية الخلايا البطانية، وتفكك الحاجز الدموي الدماغي، وتلف الجليكوكاليكس، والأستروغليوز، وتغيرات في ديناميات الكالسيوم للأستروسيتات، واحتمالية حدوث خلل في البيريستات. هذه التغييرات تعطل التواصل بين الخلايا العصبية، والأستروسيتات، والأوعية الدقيقة، مما يؤدي في النهاية إلى ضعف الاقتران العصبي الوعائي ونقص التروية الوظيفية، والتي ترتبط بالتدهور الإدراكي. قد تساعد فهم هذه التغييرات في تطوير علاجات مضادة لارتفاع ضغط الدم تحمي الوظائف الإدراكية، حيث ربطت بعض الدراسات مثل هذه العلاجات بتقليل الضعف الإدراكي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاعتماد الحاسم للدماغ على إمدادات الدم بسبب احتياجاته الأيضية العالية من الأكسجين والجلوكوز، حيث يتلقى حوالي 15% من الناتج القلبي على الرغم من أنه يشكل فقط 2% من وزن الجسم. تناقش المفهوم الخاص بتنظيم تدفق الدم الدماغي المحلي، الذي اقترحه روي وشيرنجتون لأول مرة في عام 1890، والذي يسمح بزيادة توصيل الدم إلى المناطق النشطة أيضًيا في الدماغ. يتم تسهيل هذا التنظيم بواسطة وحدة الأعصاب والأوعية الدموية (NVU)، وهي كيان هيكلي ووظيفي يتكون من الخلايا العصبية، والأستروسيتات، والخلايا البطانية، والتي تحافظ بشكل جماعي على الحاجز الدموي الدماغي (BBB) وتضمن توازن النظام العصبي المركزي (CNS).
تستعرض المراجعة أيضًا آثار ارتفاع ضغط الدم الشرياني المزمن على NVU والاقتران العصبي الوعائي (NVC)، الضروري لوظيفة الدماغ الطبيعية. ترتبط الاضطرابات في NVC بالتدهور الإدراكي والأمراض التنكسية العصبية. يخطط المؤلفون لمناقشة كيفية تأثير ارتفاع ضغط الدم على هيكل ووظيفة مكونات NVU، بما في ذلك الخلايا البطانية، والأستروسيتات، والبيريستات، مع دمج النتائج الحديثة حول دور الجليكوكاليكس البطاني ونظام الجليمفاتي في توازن NVU. تستند المراجعة إلى نماذج تجريبية لارتفاع ضغط الدم الشرياني البشري، باستخدام أساليب دوائية، وجينية، وجراحية لتوضيح هذه التأثيرات.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة الضوء على الأدوار الحاسمة للبطانة الدقيقة الوعائية الدماغية، والجليكوكاليكس، والأستروسيتات، والبيريستات في الحفاظ على سلامة الحاجز الدموي الدماغي (BBB) وتسهيل الاقتران العصبي الوعائي (NVC). تحدد الخلايا البطانية (ECs) للأوعية الشعرية، التي تتميز بوصلات ضيقة (TJs) تظهر مقاومة كهربائية عالية (~2,000 Ω cm²)، مرور المواد غير المرغوب فيها إلى الدماغ. الجليكوكاليكس البطاني (eGC)، وهو طبقة واقية مكونة من بروتيوغليكانات وبروتينات سكّرية، ضروري لاستشعار الضغط القصي وتنظيم وظيفة الخلايا البطانية، بما في ذلك إنتاج موسعات الأوعية مثل أكسيد النيتريك (NO) والبروستاسيكلين، والتي تعتبر أساسية للحفاظ على تدفق الدم الدماغي ومنع التخثر. يؤدي تعطيل eGC، كما هو موضح في الحالات المرضية، إلى زيادة النقل العابر وتسرب الحاجز الدموي الدماغي، مما يبرز دوره في استقرار الحاجز.
تساهم الأستروسيتات والبيريستات أيضًا في السلامة الهيكلية والوظيفية للحاجز الدموي الدماغي. تقوم الأستروسيتات، من خلال أطرافها النهائية، بتغليف الخلايا البطانية وتسهيل التواصل بين الخلايا العصبية والأوعية الدموية، وإطلاق موسعات الأوعية استجابةً للنشاط العصبي. تنظم البيريستات، الموجودة على الجانب الخارجي للخلايا البطانية، قطر الأوعية الشعرية وتشارك في التعبير عن بروتينات الوصلات الضيقة، مما يؤثر على نفاذية الحاجز الدموي الدماغي. التفاعل بين هذه المكونات الخلوية ضروري لفعالية NVC، مما يضمن إمدادًا كافيًا من الدم أثناء تنشيط الخلايا العصبية. ومع ذلك، تؤثر حالات مثل ارتفاع ضغط الدم الشرياني سلبًا على NVU، مما يؤدي إلى ضعف التواصل وزيادة نفاذية الحاجز الدموي الدماغي، مما يساهم في التدهور الإدراكي والتغيرات التنكسية العصبية. تؤكد النتائج على الطبيعة الديناميكية للحاجز الدموي الدماغي وقابليته للإصابة بالأمراض القلبية الوعائية، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف لاستراتيجيات علاجية للحفاظ على وظيفته.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnmol.2025.1714892
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602155
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Ewa Kozniewska et al.
Primary Topic: Barrier Structure and Function Studies
Overview
Arterial hypertension is a significant risk factor for cognitive impairment and stroke, leading to detrimental changes in the cerebral microcirculation despite adaptive alterations in larger blood vessels. This review highlights how chronic hypertension disrupts the neurovascular unit, particularly affecting endothelial cells, astrocytes, and pericytes. Key structural changes include endothelial dysfunction, blood-brain barrier (BBB) disruption, and impaired neurovascular coupling, which result in inadequate functional hyperemia and contribute to cognitive decline and dementia.
The conclusion emphasizes that hypertension adversely impacts all components of the neurovascular unit, as evidenced by findings from various animal models such as spontaneously hypertensive rats (SHRs) and angiotensin II-induced hypertension. Common outcomes include increased endothelial permeability, BBB disruption, glycocalyx damage, astrogliosis, altered astrocyte calcium dynamics, and potential pericyte dysfunction. These changes disrupt communication among neurons, astrocytes, and microvessels, ultimately leading to poor neurovascular coupling and insufficient functional hyperemia, which are associated with cognitive decline. Understanding these alterations may inform the development of antihypertensive therapies that protect cognitive functions, as some studies have linked such treatments to reduced cognitive impairment.
Introduction
The introduction highlights the critical dependence of the brain on blood supply due to its high metabolic demands for oxygen and glucose, receiving approximately 15% of cardiac output despite constituting only 2% of body weight. It discusses the concept of local cerebral blood flow regulation, first proposed by Roy and Sherrington in 1890, which allows for increased blood delivery to metabolically active brain regions. This regulation is facilitated by the neurovascular unit (NVU), a structural and functional entity comprising neurons, astrocytes, and endothelial cells, which collectively maintain the blood-brain barrier (BBB) and ensure central nervous system (CNS) homeostasis.
The review further examines the implications of chronic arterial hypertension on the NVU and neurovascular coupling (NVC), essential for normal brain function. Impairments in NVC are linked to cognitive decline and neurodegenerative diseases. The authors plan to discuss how hypertension affects the structure and function of NVU components, including endothelial cells, astrocytes, and pericytes, while also incorporating recent findings on the endothelial glycocalyx and glymphatic system’s roles in NVU homeostasis. The review is grounded in experimental models of human arterial hypertension, utilizing pharmacological, genetic, and surgical approaches to elucidate these effects.
Discussion
The discussion section of the paper highlights the critical roles of cerebral microvascular endothelium, glycocalyx, astrocytes, and pericytes in maintaining the integrity of the blood-brain barrier (BBB) and facilitating neurovascular coupling (NVC). The endothelial cells (ECs) of capillaries, characterized by tight junctions (TJs) that exhibit high electrical resistance (~2,000 Ω cm²), restrict the passage of unwanted substances into the brain. The endothelial glycocalyx (eGC), a protective layer composed of proteoglycans and glycoproteins, is crucial for sensing shear stress and regulating endothelial function, including the production of vasodilators like nitric oxide (NO) and prostacyclin, which are essential for maintaining cerebral blood flow and preventing coagulation. Disruption of the eGC, as seen in pathological conditions, leads to increased transcytosis and BBB leakage, highlighting its role in barrier stability.
Astrocytes and pericytes further contribute to the structural and functional integrity of the BBB. Astrocytes, through their end-feet, envelop the endothelial cells and mediate communication between neurons and blood vessels, releasing vasodilators in response to neuronal activity. Pericytes, located on the abluminal side of ECs, regulate capillary diameter and are involved in the expression of tight junction proteins, thus influencing BBB permeability. The interplay between these cellular components is essential for effective NVC, which ensures adequate blood supply during neuronal activation. However, conditions such as arterial hypertension adversely affect the NVU, leading to impaired communication and increased BBB permeability, contributing to cognitive decline and neurodegenerative changes. The findings underscore the dynamic nature of the BBB and its susceptibility to cardiovascular diseases, necessitating further exploration of therapeutic strategies to preserve its function.