B5 · Tissu nerveux
Barrière hémato-encéphalique
Décrire les constituants de la barrière hémato-encéphalique et le rôle des jonctions serrées endothéliales et des astrocytes. Expliquer la sélectivité des échanges et ses conséquences pour la diffusion des médicaments.
Histologie6 min de lecture15 QCM corrigés
Organisation générale de la barrière
La barrière hémato-encéphalique, abrégée BHE, est située principalement au niveau des capillaires cérébraux. Elle ne constitue pas une enveloppe continue entourant l'encéphale : elle correspond à une spécialisation locale de la paroi microvasculaire.
Le tissu nerveux exige un milieu extracellulaire particulièrement stable. Une variation de la concentration ionique, l'entrée d'une substance toxique ou le passage incontrôlé de médiateurs circulants peuvent modifier l’excitabilité et le fonctionnement des neurones. La BHE assure donc une homéostasie cérébrale distincte de la simple composition du plasma.
La structure et les fonctions générales des astrocytes sont étudiées dans la fiche consacrée aux cellules gliales ; ici, seuls leurs rapports avec les capillaires sont envisagés.
Les constituants histologiques
L’endothélium capillaire cérébral
Dans les capillaires cérébraux, les cellules endothéliales sont continues et non fenestrées. Leur cytoplasme ne présente donc pas de pores autorisant un passage libre des solutés. Elles possèdent également une faible activité de transport vésiculaire non spécifique, ce qui limite les traversées incontrôlées à travers leur cytoplasme.
Ces cellules expriment en revanche de nombreux transporteurs membranaires. La BHE n’est donc pas une paroi totalement imperméable : elle remplace une perméabilité diffuse par des échanges précisément régulés.
Les jonctions serrées
Les jonctions serrées relient les cellules endothéliales sur tout leur pourtour. Elles reposent sur des protéines transmembranaires, notamment les claudines, l’occludine et les molécules d’adhérence jonctionnelle. Des protéines cytoplasmiques d’ancrage les relient au cytosquelette.
Elles remplissent deux fonctions complémentaires :
- elles ferment la voie paracellulaire, située entre les cellules ;
- elles maintiennent la polarité endothéliale, car elles empêchent le mélange libre des protéines des faces luminale et abluminale.
La face luminale est tournée vers le sang, tandis que la face abluminale est tournée vers le tissu nerveux. Cette polarité permet de répartir différemment les transporteurs sur les deux faces et d’organiser un transfert orienté.
Lame basale, péricytes et astrocytes
Les péricytes sont des cellules contractiles disposées au contact externe de l’endothélium et incluses dans la lame basale. Ils participent à la stabilité du capillaire, à la maturation de la barrière et à la régulation de la perméabilité vasculaire.
Les pieds astrocytaires entourent une grande partie de la surface externe des capillaires. Ils libèrent des signaux qui favorisent le maintien des jonctions serrées, la polarité des cellules endothéliales et l’expression de transporteurs spécifiques. Ils participent aussi aux échanges entre le capillaire et le tissu nerveux.
Sélectivité des échanges
Deux voies de passage
Une substance circulante peut théoriquement franchir une paroi capillaire par deux voies. La voie paracellulaire passe entre les cellules, tandis que la voie transcellulaire traverse successivement les membranes et le cytoplasme d’une cellule endothéliale.
La fermeture de la voie paracellulaire impose donc à la plupart des substances de traverser les cellules endothéliales. Cette traversée dépend de plusieurs mécanismes.
Diffusion passive et transports spécifiques
La diffusion transcellulaire passive favorise les molécules de petite taille, liposolubles et suffisamment non ionisées. Leur affinité pour les lipides leur permet de se dissoudre dans la membrane plasmique puis de la franchir selon leur gradient de concentration.
À l’inverse, les molécules hydrosolubles, ionisées ou volumineuses traversent difficilement la bicouche lipidique. Lorsqu’elles sont indispensables au tissu nerveux, leur passage nécessite des transporteurs membranaires spécifiques.
Certains transporteurs permettent l’entrée contrôlée de nutriments. D’autres réalisent un efflux, c’est-à-dire un transport dirigé du compartiment cérébral vers le sang. Ces systèmes d’efflux peuvent consommer de l’énergie et réduire l’accumulation intracérébrale de substances potentiellement nocives.
Les macromolécules ne diffusent pas librement. Leur passage éventuel nécessite une transcytose sélective, mécanisme au cours duquel une substance est captée sur une face de la cellule, transportée dans une vésicule puis libérée sur l’autre face.
Conséquences pour les médicaments
Pour exercer une action dans le SNC, un médicament doit atteindre le milieu extracellulaire cérébral à une concentration suffisante. Sa présence dans le sang ne garantit donc pas son accès au tissu nerveux.
La fraction liée aux protéines plasmatiques ne traverse généralement pas directement l’endothélium. C’est principalement la fraction libre qui peut diffuser ou être reconnue par un transporteur. Une forte fixation plasmatique réduit ainsi la quantité immédiatement disponible pour franchir la barrière.
La diffusion passive est favorisée par une faible taille moléculaire, une liposolubilité suffisante et une proportion importante de forme non ionisée au pH physiologique. Toutefois, une molécule capable d’entrer dans l’endothélium peut être rejetée vers le sang par un transporteur d’efflux. La perméabilité observée résulte donc d’un équilibre entre entrée, sortie et métabolisme endothélial.
La BHE a deux conséquences pharmacologiques opposées :
- elle protège le cerveau de nombreux médicaments destinés à agir sur des organes périphériques ;
- elle constitue un obstacle à l’administration de médicaments dont la cible se trouve dans le SNC.
Une altération des jonctions serrées ou des interactions entre endothélium, péricytes et astrocytes augmente la perméabilité vasculaire. Cette ouverture facilite l’entrée de substances circulantes, mais compromet simultanément la stabilité du milieu nerveux.
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