神經生長因子與腦梗死的相關性分析

李 揚，陳曉迪，李愛麗

(吉林大學第二醫院 神經內科，吉林 長春130041)

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*通訊作者

神經生長因子與腦梗死的相關性分析

李 揚，陳曉迪，李愛麗*

(吉林大學第二醫院 神經內科，吉林 長春130041)

近年來，我國腦梗死發病率呈連續攀升的趨勢，日益增長的病死率、致殘率，使腦梗死成為嚴重危害人類健康的“殺手”之一，同時由于其高致殘率，給病人心理也造成了極大壓力。青年人腦梗死患者的比重增加，使患者及親屬背負的負擔變得愈加繁重。如何保護和修復受損神經細胞，最大限度地降低致殘率和死亡率，是醫治腦梗死的重點?？焖?、有效地治療腦梗死的臨床手段，越來越受到臨床一線醫師的重視。NGF是目前可以應用于臨床治療的神經蛋白質因子[1]，對調節神經細胞的生發、分化，維持成熟神經細胞生存以及對損傷神經的修復具有重要意義及臨床價值[2,3]。自1986年意大利科學家Levi-Montalcini通過實驗證明NGF可促進神經系統的生長發育，并因此獲得第86屆諾貝爾生理獎和醫學獎以來，眾多國內外專家、制藥公司及藥物研究機構對NGF進行了深入的研究與開發，其探索重點也逐漸轉移至中樞神經系統，NGF對于腦梗死的臨床應用價值也不斷得被挖掘，并逐步應用于臨床治療。

1 NGF的生物學特性

1.1 NGF的結構及分布

NGF是一種具有高同源性的堿性蛋白分子，相對分子量約為140×10 kD，基因編碼定位于1號染色體。α、β、γ三個亞單位以非共價鍵的方式，并依據α2β2γ2的形式構成NGF多聚復合體，β亞單位是整個蛋白分子的活性區域，我們一般所指的NGF，即為β-NGF[4]，它由2條相同的肽鏈通過非共價鍵組成二聚體，總計236個氨基酸。成熟的NGF有3對鏈內二硫鍵，分別對應連接鏈內6個半胱氨酸殘基，二硫鍵對于維持NGF的生物活性至關重要，二硫鍵一旦被破壞，其生物活性也將不復存在。NGF的表達不局限于中樞神經系統內，亦可見于其他組織，正常生理狀態下NGF在腦內的濃度由低到高依次為Striatum、cerebellum、basal forebrain、olfactory bulb、cerebral cortex和hippocampus，在各腦區呈不均衡分布[5]。NGF的高度同源特性致使目前NGF的各類上市產品主要從雄性小鼠的頜下腺中提取、純化，稱為鼠NGF(mouse nerve growth factor，mNGF)，mNGF與人NGF同源性可高達90%，且都能促進中樞及外周神經系統的發育和分化、維持成熟神經細胞的正常生理功能、提高損傷神經的修復效率。在生物效應方面沒有顯著的種屬特異性，使得mNGF在臨床研究與治療中得到廣泛應用。

1.2 NGF的受體及信號傳導通路

根據NGF表面糖蛋白與凝集素結合能力差異，其受體類別可分為高親和力受體酪氨酸激酶A(tyrosine kinase receptor A，Trk A)和低親和力受體神經營養素p75(neurotrophin receptor p75)[6]。Trk A受體分布在NGF效應細胞的細胞膜上，是NGF的功能性受體，可與NGF特異性結合，啟動信號傳導通路，進而產生生物學效應；p75是彌漫分布在中樞神經系統的跨膜糖蛋白，富含半胱氨酸，分布范圍較廣，雖然與NGF結合不能直接發揮生物學效應，但p75可識別NGF家族所有成員并與之結合，發揮其獨特的功能[7]：(1)通過提高Trk A與NGF的親和力及結合后的信號傳導速度[8]，間接地調節酪氨酸激酶的活性；(2)激發病損軸突逆向運輸NGF，使其到達胞體參與神經修復，多見于周圍神經損傷；(3)促進神經鞘磷脂水解；(4)通過鳥苷酸結合蛋白耦聯機制傳遞生物信息；(5)在促進細胞凋亡中占據重要地位。

Trk A和p75分別與神經生長因子相互作用，調控著不同的信號通路，Trk A與NGF結合后所介導的信號通路主要有[9]：①MAPK通路：促進B-cell lymphoma-2基因表達，產生細胞存活促進因子，減緩細胞凋亡利于細胞生存；②PLC-γ通路：可促進神經細胞的存活；③PI3K/PKB通路：調控神經細胞的存活。而p75與NGF結合后傳導信號的通路包括：①NF-κB通路：此通路可使Trk A的活性增強；②JNK-p53-Bax通路：誘導細胞的凋亡；③神經酰胺(ceramide)通路：蛋白激酶C(PKC)可與不同濃度的ceramide相互作用，使得此通路介導的生物學效應具有雙效性。高濃度ceramide能降低PKC活性，加速神經細胞得凋亡。低濃度ceramide則激活PKC，對神經細胞的生發有促進效果。Trk A一般介導如促進神經細胞生發的正性信號，p75則既能介導促進神經細胞存活的正性信號，又能傳遞神經細胞凋亡的負性信號，但多以后者為主。兩種受體發出的信號或一致或對立，產生的生物學效應相互促進或是拮抗[8]，對調控神經細胞的存活、生長、分化、成熟神經細胞的功能及受損細胞的修復具有重要意義。當Trk A與p75同時表達時，Trk A可抑制p75誘導負性信號的能力，加快受損神經細胞增殖，所以其生物學總效應是促進神經細胞生發與修復。

1.3 腦梗死的病理變化和NGF的生物學效應

在腦梗死發生的早期，梗死區域的動脈內膜出現損傷，膽固醇逐漸沉積于破裂的內膜下方形成粥樣斑塊，使整個管壁厚度增加，變得僵硬，管腔形態呈彎曲、狹窄樣，最終造成動脈完全閉塞，損傷的供血區形成缺血性梗死，常伴隨毛細血管周圍血液呈點狀流出和腦部水腫。病灶處在腦梗死后期緩慢縮小，格子細胞清理掉壞死的組織，留下空腔和瘢痕組織，一般稱為缺血性壞死。大腦對缺血、缺氧的耐受性較其他器官最低，短時間即可引起梗死[10]。中央壞死區和周圍的缺血半暗帶共同構成了腦梗死急性期病灶，由于動脈完全閉塞致使區域內神經細胞死亡是中央壞死區最大的特點，而周邊的缺血半暗帶尚留存部分側支代償性循環，缺乏養料的神經細胞能得到一定的血液供應，恢復的血供能立即改善灶內部分神經細胞的生存環境，給予細胞存活及功能恢復的保障，由此可見改善處于缺血半暗帶細胞的養料供給條件是腦梗死急性期治療的關鍵。

NGF與其受體結合后所引發的生物學效應，不但可以促進神經系統發育階段，而且對神經系統目前的成熟狀態進行維持，還可以對神經系統損傷狀態進行修復，在非神經系統中也有部分作用[11]。其中，對神經系統損傷狀態的修復作用，是NGF可以治療腦梗死的生物效應依據。神經系統受損時，腦內NGF mRNA在病變處轉錄增多，通過穩定神經細胞存活的內部微環境和營造適合神經細胞生長的外部微環境，對受損神經細胞發揮保護作用，對處于可逆性損傷的神經細胞和膠質細胞在免遭繼續損害的基礎上進行修復，減緩腦梗死產生后神經細胞的死亡并改善可能相伴的神經功能缺損癥狀。

2 NGF治療腦梗死的效應機制

腦梗死病灶的中央壞死區為不可逆損害，其周邊缺血半暗帶有部分神經細胞尚存在可拯救的條件，屬于可以進行臨床挽救的范疇[12]。NGF能加速缺血半暗帶內可挽救區域損傷細胞的修復，縮減梗死灶，還原其正常功能。腦梗死致神經細胞損傷機制及NGF相應的治療效應機制如下[13-15]：(1)自由基(Free radical，FR)過多：FR在生物體內普遍存在，正常生理情況下FR處在生成和滅活的平衡態，具有保護機體清除毒物的作用。腦梗死發生時，FR代謝失去平衡，氧自由基過多對梗死區組織造成損傷。NGF可加強谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase)、SOD、Glutathione peroxidase等FR清理劑的活性，提高FR清除率，減少對病灶處細胞的侵害；(2)興奮性氨基酸(excitatory amino acids，EAA)的神經毒性影響：胞內EAA主要是谷氨酸和天冬氨酸等酸性氨基酸，谷氨酸是中樞神經系統含量最多、作用最強的興奮性神經遞質，可參與多種生化反應。多項實驗證明，腦梗死時谷氨酸濃度不能恢復到正常水平，可引起急性、遲發性神經元壞死。NGF通過調控胞膜上離子通道、增強神經細胞和神經膠質細胞對EAA的攝取、減少EAA的超量釋放以及抑制EAA受體的生成等途徑，緩沖腦內酸性氨基酸濃度異常引起的反應性O2-增高及Ca2+劇增；(3)細胞內Ca2+濃度的穩態被打亂：多種Ca2+通道使生理狀態下Ca2+濃度梯度于細胞內外均保持穩定。腦梗死引發興奮性氨基酸的受體異?；钴S，導致Ca2+內流加劇，耗損大量的自由能使離子泵運作受限，胞內積聚的Ca2+難以排出，線粒體和內質網攝取Ca2+能力下降，Ca2+與鈣結合蛋白、鈣調素結合能力降低，以上諸因均造成細胞內Ca2+超載。NGF通過誘導鈣調素的表達、影響鈣通道與鈣排出系統的活化，從而促進Ca2+排出、緩沖胞內Ca2+濃度的上升以及減少Ca2+內流，最終使胞內Ca2+處于穩態，使損傷細胞得以保護；(4)引發神經細胞凋亡(apoptosis)：腦梗死發作時可激活各類調控神經細胞凋亡的因子，NGF可以通過調控Bcl-2/Bax、HSP70、c-fos、c-jun、Fas、P53、Caspase-3、ERK-1等多種與凋亡相關蛋白的表達，減緩受損處apoptosis速度；(5)一氧化氮(NO)的毒性作用：NO在生物體內由L-精氨酸(L-Ang)和O2經NO合成酶( nitric oxide synthetase,NOS)催化生成。NOS可存在于神經細胞內，具備多種生理功效。NO在梗死早期可以促進缺血半暗帶區血液循環，延緩受損神經細胞的死亡，晚期能加劇中央壞死區組織的損害，擁有兩種作用。NGF可以降低NOS的活性，抑制NO的負性作用。

除上述之外，NGF另有五種生物學效應來修復腦梗死所致的神經損傷：①NGF可直接促進軸突定向再生，促進髓鞘形成，防止脫髓鞘病變，重建細胞靶器官的神經功能環路[16]；②NGF通過提高神經細胞的代謝率來增強對氨基酸和小分子物質的攝取、加強對葡萄糖的利用，最終增加神經細胞DNA、RNA和蛋白質的合成，奠定受損神經細胞修復的物質基礎[17]；③NGF通過促進血管內皮細胞增殖、遷移以及VEGF的表達，誘導血管再生，改善缺血區的血液供應[18]；④TRPM7(transient receptor potential melastatin 7)在缺氧性神經細胞死亡中起重要作用，NGF激活Trk A后，可以抑制海馬神經元TRPM7表達的上調，來間接延緩腦梗死所致的神經細胞死亡[19]；⑤NGF可刺激神經干細胞(neural stem cell，NSCs)增殖、分化為神經細胞[20]。通過近來對NGF和NSCs深入地探究，中樞神經系統產生新的神經細胞和修復病損區的能力與腦內NSCs之間的關系逐漸明朗，NSCs在一定的條件下能夠分化為星形膠質細胞、少突膠質細胞和神經細胞，病灶處缺血缺氧導致中樞神經系統內環境產生改變、各種NGF的濃度出現變化，使NSCs得以激活，在病損處表達或者在其他部位大量增生后由趨化因子引導進入損傷區域分化，對可挽救區的神經細胞產生功能代償和損傷修復。

3 NGF的給藥時間及途徑

腦內NGF在正常生理狀態下的含量非常少，但對神經細胞生發的各個階段及病損后的修復起著無可替代的作用。腦梗死造成的中樞神經系統損傷，會解除細胞表面高親和力NGF受體Trk A的封閉狀態，使之能夠再次表達并將表達水平調整到適宜的新高度，進而增加腦源性NGF表達，表明維護損傷的神經需要NGF的滋養和支持。然而維持腦源性NGF大量表達的時間極短，表達水平提升的高度也有限，無法全面而持久地對受損神經細胞起到保護和修復作用。此時適當補充外源性NGF就顯得尤為重要，為探討外源性NGF是否具有緩解腦梗死急性期病情及促進缺損神經功能恢復的作用，方琪等[21]采用隨機分組法，對120例不同時期腦梗死患者使用外源性NGF并觀察療效，結果表明，在腦梗死急性期(發病后24小時、4 天、10 天)使用外源性NGF治療者，臨床神經功能缺損平均減少分數顯著高于在恢復期(發病30 d)使用者。這一結果顯示NGF在腦梗死急性期即可發揮緩解病情并促進缺損神經功能恢復的功效。周邑東等[22]隨機將84例急性腦梗死患者分為觀察組和對照組，在相同常規內科藥物治療的基礎上，給予觀察組mNGF肌內注射治療，通過對比兩組患者的各項實驗結果，以此來探討mNGF對急性腦梗死患者神經、運動功能的影響，結果發現觀察組的治療有效率、巴塞爾指數及Fugl-Meyer評分均高于對照組(均P<0.05)，NIHSS評分低于對照組(P<0.05)。提示mNGF能有效降低神經功能缺損損害，促進運動功能恢復，提升日常生活質量。所以，只有在腦梗死急性期應盡早通過一定的給藥途徑來直接、及時、充足地給予外源性NGF如mNGF，改善梗死區血液循環，其保護和修復作用才能充分體現。

目前廣泛用于治療腦梗死的鼠頜下腺提取的mNGF一般經肌肉注射方式給藥，其為水溶性的大分子蛋白，在自然狀態下無法透過血腦屏障，但在腦梗死急性期的病理狀態下，因血管內皮損傷，血腦屏障受損開放，血腦屏障通透性暫時增加，神經生長因子可以通過受損的血腦屏障進入中樞神經系統，在腦組織中達到較高的濃度，從而發揮神經保護和修復作用。有實驗發現[23]，補充外源NGF可以減小局部腦缺血所致的梗死體積，所以也體現出了腦梗死急性期盡早使用NGF的必要性。除上述較為普遍的肌肉注射方式給藥外，目前還有幾種非常規的給藥途徑[24,25]：①經鼻-嗅神經通路用藥；②放置腦外導管將NGF注入腦內；③顱內注入可表達NGF的重組成纖維細胞；④NGF滴眼液。

4 小結

多項實驗表明mNGF治療急性腦梗死效果顯著，對恢復認知能力、減緩語言障礙和提升運動功能都有促進作用[26]?？傊?，對急性腦梗死患者，在急性期及時補充外源性NGF，可減少神經細胞的損害，改善運動功能，提高患者生存質量。NGF對腦梗死后神經損傷的病理生理過程發揮綜合治療作用，能促進原有損害的神經組織逐漸修復并恢復正常的功能。針對各種原因引起的腦梗死，NGF均具有良好的臨床應用價值。NGF在臨床應用中不良反應輕微，治療急性腦梗死的安全性較高，常見不良反應為局部疼痛、一過性轉氨酶升高、蕁麻疹，偶見結膜充血[27]。隨著對NGF探究得深入，其臨床適用領域必將愈加廣泛。

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1007-4287(2016)10-1792-04

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