神經生長因子在創傷性腦損傷中的抗炎機制

朱文豪 李文臣 陳勃 王海峰

創傷性顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是神經外科較為常見的外傷性疾病。隨著交通運輸業的迅速發展，TBI 的發生率逐年增加，其中重型TBI 患者約占總數的20%，其致殘率與死亡率居高不下[1]。TBI 所致的損傷主要包括原發性損傷和繼發性損傷，其中以繼發性損傷更為嚴重。炎癥反應與TBI 的預后緊密相關，損傷早期，炎癥因子的過量表達將加劇TBI 后的急性繼發性腦損傷。繼發性炎癥反應主要包括促炎因子的分泌、腦內小膠質細胞和星形膠質細胞的激活、外周免疫細胞的趨化等共同形成級聯瀑布炎癥反應[2,3]。臨床隨機對照研究表明急性期TBI 患者血清中腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α)及白細胞介素6（interleukin 6，IL-6)等炎癥因子與患者預后有密切相關性，炎癥檢測指標越高，預后越差[4]。因而積極控制損傷早期過度炎癥反應將有助于TBI 患者預后的改善[5]。

神經生長因子（nerve growth factor，NGF）是神經系統非常重要的生物活性分子之一，發現至今已有60 余年，其對調節神經元的生長、發育、分化、存活以及對損傷神經的再生修復具有十分重要的作用[6]。同時國內外也有許多文獻報道其具有相關抗炎作用，本文就NGF 對TBI 后抗炎修復作用可能的機制展開綜述，以期推進NGF 相關抗炎方向的研究。

一、NGF 及其相關受體

NGF 在皮層、海馬和下丘腦垂體中產生最多，同時在基底神經節、丘腦、脊髓和視網膜等其他區域也有表達[7]。NGF受體廣泛分布在海馬、大腦皮層、中隔、Broca 斜角帶、嗅球和紋狀體等人體中樞神經系統的膽堿能神經元中[8,9]。NGF 是由1 個β 亞單位、2 個α 亞單位和2 個γ 亞單位以非共價鍵結合的具有高度同源性的保守蛋白分子。NGF 的生物活性主要依賴于β 亞單位，一般所說的NGF 就是β-NGF[8]。NGF 在促進神經元的生長、分化、存活、抗凋亡、加快軸突再生等各個方面也發揮著重要的生物學效應[10]。NGF 主要通過2 種受體調節細胞的增殖和分化，包括高親和力的酪氨酸蛋白激酶受體（tyrosine kinase A，TrkA）和低親和力非選擇性的神經營養因子受體p75（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）[9]。TrkA 一般介導正向信號傳導作用，如促進細胞生長、分化和活存。TrkA 是NGF 的功能受體。TrkA 受體被激活時將會發生自身磷酸化，從而進行信號的傳導，改變相關基因表達和蛋白合成，進而產生誘導突觸生長、增強細胞存活能力等效應。p75NTR 是一種跨膜糖蛋白，為腫瘤壞死因子超家族之一，能與所有類型的NGF 相結合。p75NTR 可以干預TrkA 的信號傳導，同時在細胞遷移、細胞凋亡、調節神經遞質的逆向轉運、促進神經叢的形成以及神經軸突的生長等方面發揮作用。p75NTR 介導正向和反向信號，既可以介導程序性細胞凋亡，又可以協同NGF-TrkA 通路介導神經元存活。TrkA 和p75NTR 發出的信號相互間可發揮一致作用，也可對立。當TrkA 和p75NTR 同時存在時，p75NTR 可通過增加TrkA 與NGF 的親和力促進神經細胞軸突的生長，但當p75NTR 單獨存在時，則會介導細胞的凋亡[8,11,12]。

二、NGF 在腦損傷中的抗炎修復作用

急性TBI 可引起全身炎癥反應綜合征，致使機體內環境失衡。局部小膠質細胞被激活，同時釋放大量炎癥介質，促進血管內皮細胞黏附分子的產生，使血管內皮細胞的通透性增加，破壞血腦屏障[13]。大量炎癥介質會加速脂質介質和氧自由基的合成，誘導花生四烯酸代謝產物的釋放并激活其他炎癥介質、細胞因子和趨化因子，致使炎癥反應持續放大。二次炎癥反應將導致血管通透性增加，局部微循環障礙，引起神經元和膠質細胞缺血缺氧，進一步加重腦組織水腫[14]。在TBI 的發生及發展過程中，炎癥反應的持續激活是造成TBI 加劇的重要間接致傷因素[15,16]。然而NGF 可以通過下調干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）以及上調IL-10 的表達，降低患者血清炎癥因子水平，促進血管形成等途徑減輕炎癥反應的發生。Arredondo 等[17]用NGF 治療實驗性變態反應性腦脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）小鼠的腦內炎癥浸潤和脫髓鞘反應，研究表明NGF 的治療效果與IFN-γ 的產生減少，以及IL-10 的產生增多有關。IFN-γ 又叫巨噬細胞活化因子，具有強烈的促炎作用；IL-10 是目前公認的炎癥抑制因子。IFN-γ 的減少以及IL-10 的增多均表明NGF 在EAE疾病的中起到了抗炎修復的作用。另外也有研究表面鼻內給予NGF 可以使急性期TBI 大鼠顱內IL-1β、TNF-α 和核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）顯著降低[18]。同時有臨床病例對照研究表明，在重型TBI 患者中應用鼠源NGF 進行輔助治療可有效降低患者血清IL-1β、TNF-α、人高遷移率族蛋白B1等促炎因子水平[19,20]。由此看出TBI 后給予NGF 治療，可以通過降低炎癥因子的表達進而促進TBI 患者的預后改善。

三、NGF 在腦損傷抗炎修復中的相關信號通路機制

TBI 時，持續激活的炎癥反應與機體多種信號通路的功能變化緊密聯系。目前廣泛承認的與中樞神經系統炎癥反應激活密切相關的信號通路主要有2 種，分別是Janus 蛋白酪氨酸激酶2/信號轉導子和轉錄激活子3（Janus kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3，JAK2/STAT3），絲裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase，MAPK）激酶 （MAPK kinase，MEK）/細胞信號調節激酶1/2（extracellular signal-regulated kinases1/2，ERK1/2）通路。在局部損傷因素的誘導下，JAK2 發生激活并形成二聚體，然后與SH2 結構域集合來招募STAT3，促使STAT3 發生激活，從而使其進入細胞核并調控多種炎癥介質表達[21,22]。有研究報道稱，鼠源NGF 可以抑制JAK/STAT 信號通路功能，下調相關炎癥因子表達量[23]。作為MAPK 信號通路的上游激活分子，MEK 可以誘導MAPK 多種成員激活，進一步促使ERK1/2 發生活化，從而參與調控炎癥反應[24]。NGF 與其受體TrkA 結合后，誘導MAPK磷酸酶1 的轉錄激活和合成，激活MAPK 信號轉導通路，進而抑制炎癥因子表達[25]。有研究表明，鼠源NGF 可降低磷酸化p38 絲裂原活化蛋白激酶表達，進而降低炎性因子的含量[26]。另外有研究發現，NGF 可以通過調節Toll 樣受體（Tolllike receptor，TLR）通路發揮抗炎作用。在單核細胞中，當TLR4 被促炎因子激活時，細胞表面的TrkA 表達上調，這種功能性的受體上調提示了TLR4 和TrkA 很可能共同在免疫功能中發揮特殊作用[27]。相關研究表明NGF 結合TrkA 后可以誘導TLR 下游蛋白激酶（protein kinase，AKT）磷酸化，減少IL-1β、TNF-α 等炎癥因子的產生和誘導IL-10 等抗炎介質的釋放[28]。同時NGF 誘導的Akt 磷酸化也可以通過激活絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制性磷酸化過程抑制NF-κB 活化以及向核內遷移，進而降低了NF-κB 依賴的促炎細胞因子基因轉錄，從而共同發揮抗炎的作用[29,30]。

四、NGF 與免疫系統的相關作用

神經系統和免疫系統都負責維持內環境的穩定。為了協調嚴密的調節反應，神經系統和免疫系統需要保持密切的配合聯系，共享化學信號和特定的受體，而NGF 被認為是一種調節神經系統與免疫系統之間雙向信號網絡的重要分子[31-33]。NGF 對免疫系統的作用可分為直接免疫效應和間接免疫效應。TrkA 和p75NTR 廣泛分布于各種免疫細胞表面，其表達水平受各種免疫細胞狀態影響[34]。NGF 通過激活TrkA 通路，調節Bcl-2 等表達來抑制細胞凋亡，促進免疫細胞的存活[35]。NGF 可以調節單核巨噬細胞CXCR-4 的表達及其對低濃度CXCL-12 的趨化作用[36]。同時有相關文獻綜述報道，在體外實驗中NGF 于炎癥環境中刺激免疫細胞，可出現COX2、IL-6、IL-8、CXCR4、TNF 等炎癥因子的表達改變[37]。故NGF 在發揮直接免疫效應可能通過調節免疫細胞趨化、中性粒細胞和巨噬細胞的吞噬、淋巴細胞的存活等方面發揮作用。另外，乙酰膽堿的釋放和副交感神經的激活具有抑制炎癥和激活抗炎途徑的能力[38]。近來有研究表明NGF 可以激活副交感神經。中樞神經系統膽堿能神經元的存活和表型的維持依賴于NGF，并且NGF 可以通過增加膽堿乙酰轉移酶活性來調節乙酰膽堿的合成[39]。炎性組織中升高的NGF 可以改變神經肽和神經遞質的合成，調節各種神經遞質在軸突末端的釋放，從而增強抗炎效果[40]。故NGF 發揮間接免疫效應可能通過作用于神經遞質的啟動子或調節神經遞質產生酶的活性來調節外周神經元神經肽和神經遞質的表達,以此影響副交感神經元的活動，并有助于激活膽堿能抗炎調節通路，下調促炎因子表達。

五、總結與展望

NGF 可以通過TrkA 和p75NTR，抑制下游JAK2/STAT3、MEK/ERK1/2 和TLR 通路，進而降低局部以及全身炎癥因子水平。同時，NGF 也可以激活免疫細胞的表面受體進而下調趨化因子表達發揮直接免疫效應，以及通過調節副交感神經發揮間接免疫效應。隨著NGF 抗炎機制的不斷呈現，將NGF 以局部給藥方式進行應用，如經鼻內給藥、可降解材料包載后的局部緩釋給藥等，可以使得NGF 在損傷局部達到較高濃度，從而在發揮神經修復作用的同時發揮急性期的抗炎作用，進而更好地改善患者預后[41]。研究NGF 的抗炎機制可以更好地指導臨床應用并為治療尋找新靶點奠定基礎。

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