혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier, 줄여서 BBB; 혈뇌장벽)은 이온, 분자, 병원체 같은 물질의 이동을 엄격하게 제어하면서 뇌에 혈액 속의 영양분을 공급하는 전문 혈관 구조를 말합니다. 혈액-뇌 장벽의 한쪽에는 단단하게 연결된 내피 세포(endothelial cell)와 다른 쪽에는 성상세포(astrocyte; 성상교세포; 별아교세포)로 구성되어 있습니다. 이 세포들은 함께 뇌를 보호하고 치료제 전달에 도전을 제기하는 반투과성 장벽을 제공합니다.
BBB는 내피 세포와 성상 세포 등 다양한 세포 성분으로 구성되어 있습니다. 이 세포들은 공통의 기저막(basement membrane)을 공유하고 요소가 순환과 뇌를 둘러싼 간질액(interstitial fluid)사이를 통과하는 것을 함께 조절합니다.
첫 번째 유형의 세포 구성 요소인 특수 내피 세포는 대뇌 모세혈관의 벽을 구성합니다. 내피 세포는 매우 단단하고 복잡한 세포간 접합부(intercellular junction)로 연결되어 있습니다. 이러한 접합은 선택적이고 물리적인 장벽을 만들어 포도당과 인슐린과 같은 평균 크기에서 큰 크기의 분자를 포함한 대부분의 물질의 단순 확산(simple diffusion)을 막습니다.
두 번째 세포 유형인 성상세포는 중추신경계(central nervous system)의 신경교세포(glial cell; 교세포; 신경아교세포)의 일종이며 뇌혈관과의 상호작용과 밀접한 연관성을 통해 뇌의 내피 세포 기능, 혈액 흐름, 이온 균형에 영향을 끼칩니다. 성상세포는 혈관과 뉴런 사이를 직접 연결합니다. 성상세포는 종족(end feet)이라는 돌기(process)를 이용해 한쪽 끝으론 혈관을 감싸고 다른쪽 끝은 시냅스(synapse)에서 뉴런과 밀접하게 접촉합니다.
물질이 BBB를 통과하는 능력과 이런 물질 교환이 일어나는 효율은 각 분자 또는 이온의 화학적, 분자적 특성에 달려 있습니다. 일반적으로 산소와 이산화탄소와 같은 작은 지용성 성분은 내피층을 통해 빠르게 단순 확산을 합니다. 이와는 대조적으로 더 크거나 수용성 성분은 종종 내피 세포를 통한 수동수송(passive transport) 또는 능동수송(active transport)을 수반할 수 있는 보다 선택적인 과정이 필요합니다. 이러한 물질의 교환은 일반적으로 내피 세포의 표면에 있는 분자별 수용체(receptor)와 수송 단백질(transport proteins) 상대적 풍부함과 효율성에 따라 더 느리게 일어나거나 전혀 발생하지 않을 수 있습니다.
BBB에 의해 촉진되는 신경의 보호는 적절한 뇌 건강과 기능에 매우 중요합니다. BBB의 잘못된 조절은 부적절한 혈액 공급으로 인해 다발성 경화증(multiple sclerosis), 감염, 허혈(ischemia) 등을 포함한 심각한 신경질환으로 이어질 수 있습니다. 반대로 BBB의 활동은 중추신경계로 향하는 신경활성제약의 통과를 방지하거나 감소 시켜 일부 신경질환의 치료에 해로울 수 있습니다. 이런 이유로 신경학적 표적이 있는 약물은 BBB를 쉽게 통과하도록 설계되어야 합니다.
