La paroi de ces capillaires forme une barrière physiologique : la barrière hémato-encéphalique, qui sépare le système nerveux central de la circulation sanguine. Cette barrière régule l’homéostasie du cerveau en protégeant les cellules cérébrales des variations de concentrations d’hormones et de neurotransmetteurs, et des modifications de l’acidité (ou pH) du sang. Elle prévient également l’entrée de substances toxiques et de microorganismes pathogènes dans le cerveau et la moelle épinière.
La barrière hémato-encéphalique est constituée essentiellement de trois types cellulaires. Les cellules endothéliales polarisées, qui forment la paroi des vaisseaux sanguins (la face luminale de ces cellules étant en contact avec la circulation sanguine), sont entourées par une couche protéique de 40 à 50 nm d’épaisseur appelée lame basale. Elles sont liées par des jonctions serrées qui rendent imperméable l’espace entre les cellules. Les péricytes et les astrocytes sont les deux autres types cellulaires qui forment la barrière hémato-encéphalique cellulaire (Figure 1) [ 1]. Les péricytes sont intégrés dans la lame basale, alors que les astrocytes interagissent avec chaque microvaisseau. Les péricytes et les astrocytes sont importants pour la croissance et la fonction de la barrière hémato-encéphalique [ 2].
Malgré son étanchéité, cette barrière doit assurer le transport de nutriments et d’oxygène vers le cerveau ainsi que l’élimination des produits toxiques issus du métabolisme. Ces échanges se font par l’intermédiaire de différents mécanismes. Certaines petites molécules lipidiques peuvent entrer dans le cerveau par transport passif. Des transporteurs spécialisés sont aussi présents sur la membrane des cellules endothéliales et facilitent le passage de certaines macromolécules. C’est le cas de molécules vitales comme le glucose, les acides aminés et les nucléosides. D’autres molécules contenues dans le sang, comme l’insuline et la transferrine, utilisent des récepteurs spécifiques et le mécanisme de transcytose pour accéder au tissu nerveux [1]. La transcytose est un mécanisme cellulaire qui a lieu dans des cellules polarisées. Il permet le passage de molécules du domaine apical au domaine basal des cellules. Au niveau du système vasculaire cérébral, la transferrine interagit avec son récepteur (TfR) qui est situé sur la face luminale des cellules endothéliales. Le complexe transferrine-TfR formé est alors internalisé, un mécanisme appelé endocytose. Ce processus d’endocytose implique que la membrane plasmique s’invagine pour entourer le récepteur et son ligand et ainsi former des structures vésiculaires intracellulaires. Les vésicules traversent ensuite le cytoplasme pour atteindre la face opposée de la cellule ou elles fusionnent avec la membrane plasmique et libèrent la transferrine dans le tissu nerveux (Figure 2).