Barrière hémato-encéphalique : Gardien du cerveau

Des mécanismes cellulaires élaborés contrôlent quelles substances passent ou ne passent pas de la circulation sanguine au cerveau. Les fins capillaires sanguins du cerveau sont tapissés de cellules endothéliales et entourés de péricytes. Le tout est enveloppé dans une mince pellicule. la membrane basale. Des prolongements astrocytaires sont en contact avec l'extérieur (voir la figure ci-contre). Les « jonctions serrées », des assemblages denses de protéines accumulés entre les cellules endothéliales, rendent les membranes cellulaires si étanches qu'aucune molécule ne peut se faufiler. Les molécules doivent passer par les corps cellulaires (voir la figure ci-dessous). Les gaz comme l'oxygène ou le dioxyde de carbone diffusent librement du sang vers le cerveau et inversement . Comme la membrane des cellules endothéliales est constituée de lipides. de petites molécules lipophiles peuvent aussi passer sans entrave. L'alcool, la caféine, l'extasy ou l'héroïne atteignent ainsi le cerveau et perturbent son fonctionnement.
Des molécules plus volumineuses ou des substances solubles dans l'eau ne peuvent pas traverser la membrane cellulaire. Des systèmes de transport spécifiques permettent aux substances essentielles pour la survie, telles que le glucose, les acides aminés ou les vitamines, d'accéder au cerveau .
La protéine GluTI. par exemple. transporte le glucose dans le cerveau. Le sucre présent dans le sang se lie à un transporteur (I, 2). localisé dans la membrane. qui change de conformation et libère le glucose à l'intérieur de la cellule endothéliale . Le sucre traverse la cellule et, de l'autre côté, se lie de nouveau à un transporteur GluT1 , qui transporte la molécule dans le cerveau ; Il y a également des transporteurs spécifiques des différents acides aminés qui.comme GluTI. ne consomment pas d'énergie.

Au contraire, les pompes à efflux, qui expulsent des molécules , consomment de l'énergie. Ces transporteurs rejettent diverses substances hors des cellules endothéliales, et les renvoient dans le sang. Il s'agit. par exemple, des substances liposolubles telles que les stéroïdes, les antibiotiques. les bêtabloquants, ainsi que des inhibiteurs du système immunitaire. La plupart de ces transporteurs appartiennent à la classe des transporteurs ABC (ATP Binding Cassette Proteins). Parmi eux, on trouve la glycoprotéine P, le filtre probablement le plus important de la barrière hemato-encéphalique. Lors de l'export, différentes protéines de transport des cellules endothéliales et des astrocytes peuvent coopérer. Un autre mécanisme important pour l'approvisionnement en nourriture est la transcytose dépendant des récepteurs (d). La protéine transferrine, par exemple, assure le transport du fer dans le sang. Elle se lie à des récepteurs sur les membranes des cellules endothéliales et entre ensuite à l'intérieur de la cellule. Dès que la transfortin chargée en fer s'est liée à son récepteur (I). la membrane s'invagine  et se détache à l'intérieur de la cellule sous forme d'une vésicule qui renferme le nutriment lié au récepteur. La vésicule fusionne avec la membrane opposée , la transferrine se détache de son récepteur et atteint ainsi le cerveau . Le même mécanisme est utilisé par d'autres récepteurs afin de transporter des molécules plus grandes, telle l'insuline, à travers les cellules endothéliales.