神经生长因子在中枢神经功能修复中的研究进展

黄俊红 谭翱勇 谭占国

1）漯河医专一附院（漯河市中心医院）神经外科 漯河 462000 2）迈阿密大学·牛津分校

由于神经系统本身的特殊性和复杂性，神经功能修复需要适宜的神经介质和微环境。神经生长因子（nerve growth factor，NGF）是一种具有神经细胞营养和促进神经突起生长双重生物学功能的因子，对神经细胞的发育、分化、成熟及存活有重要作用［1］。

1 神经生长因子及其家族

NGF是1951年Levi-Montalcini等［2］在研究鸡胚的神经发育过程中发现的NGF，也是第一个被发现的神经营养因子。其他神经营养因子，如脑源性神经营养因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）、神经营养素-3（neurotrophin-3，NT-3）、神经营养素-4／5（neurotrophin-4／5，NT-4／5）、神经营养素-6（neurotrophin-6，NT-6）、神经营养素-7（neurotrophin-7，NT-7）、睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）和胶质细胞源 性神 经营养因子（glia cell linederived neurotrophic factor，GDTF），统称为神经营养因子（neurotrophic factors，NTFs）。根据分子结构、受体类型等可将NTFs分为神经营养素家族（neurotrophin，NTs）和其他NTFs两大类。NTs又称为NGF家族，包括NGF、BDNF、NT-3、NT-4／5、NT-6、NT-7，均起源于同一基因家族，活体形式均为二聚体，单体分子量为14kD左右，氨基酸序列同源性＞50%。其他NTFs主要包括CNTF和GDTF，CNTF属于成血细胞因子（hematopoietic cytokines）超家族；GDTF是转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族成员之一。NGF为一个碱性的118个氨基酸的蛋白质，由1个β亚单位和2个α亚单位以及2个γ亚单位以非共价键结合形成，其中β亚单位是唯一具有活性的亚基，因此β-NGF成为最为人熟悉的神经生长因子。它对周围神经系统的感觉神经元和交感神经元起作用。β-NGF在脑中也存在，对基底前脑的胆碱能神经元的发育和存活起重要作用［3］。

2 NGF的分布

NGF在中枢神经系统和外周组织中均表达，二者表达水平差别不大，来源主要为唾液腺、前列腺、胎盘组织以及神经系统内胆碱能神经细胞支配区。NGF主要在中枢胆碱能Meynert基底核的投射区（主要在海马和皮质）产生的［4］。生理状态下NGF在脑内的含量有低到高依次为纹状体、小脑、基底前脑、嗅球、大脑皮质和海马［5］。NGF在各脑区的分布不均衡性表明NGF在脑内的分布是和该脑区是否含有丰富的胆碱能神经元有关。

3 NGF受体类型

NGF生物学活性受两种受体的调节，即Trk酪氨酸激酶和p75神经营养因子受体（p75neurotrophin receptor，p75NTR）相结合来调控神经元的存活、分化和凋亡。Trk受体介导正向信号如促进生长和活存，p75NTR则介导正向和反向信号。两种受体发出的信号相互间或一致或对立。

Trk受体及其作用Trk即原肌球蛋白受体激酶（tropomyosin receptor kinase，Trk），是原癌基因trk的产物，由原肌球蛋白和酪氨酸激酶融合产生，分子量为120～160kD的单跨膜糖蛋白，是受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）家族中的成员，由胞外一个大的糖基化的配体结合区、跨膜区、胞内区（可分为近膜区、酪氨酸激酶区、羧基尾区）组成。Trk受体分为TrkA、TrkB、TrkC，相对分子量分别为140kD、145kD、145kD。TrkA是NGF的功能受体，含790个氨基酸残基，因其相对分子量为140kD，故又称为p140。TrkA受体的自身磷酸化进行信号传导，产生效应而改变基因的表达。NGF和TrkA受体结合后缓慢释放，其解离常数为10～11mol／L，故又称为高亲和力受体。TrkA主要表达于胚胎和成年动物神经嵴来源的感觉神经元和交感神经元，也在CNS中的运动神经元及基底前脑表达。由TrkA激活的主要信号感受器是小G蛋白Ras和Rap1，进一步导致基质金属蛋白酶、磷脂酰肌醇3激酶、磷脂酶和磷脂酶C-r9的激活，通过这些通路调节感觉神经元的敏感性［6-8］。

p75NTR能和所有的NTs以相似的亲和力结合，为一个相对分子量为75kD（故称为p75）的低亲和力受体，是富含半胱氨酸的糖蛋白。在远距离投射神经元，如视神经节细胞、基底前脑大胆碱能神经元、小蒲肯野细胞、背根节细胞等p75NTR和Trk共存。p75NTR是肿瘤坏死因子受体（tumor neurosis factor receptor，TNF-R）超家族成员之一，包括细胞内和细胞内跨膜结构域。p75NTR或通过与Trk受体间相互，或通过神经营养因子的独立作用，诱导神经突侧支形成和细胞存活或凋亡，多数机制尚有待阐明［9］。

4 NGF的神经功能修复机制

神经元的损伤修复期，在离体、培养动物实验和临床观察中，NGF能促进神经纤维的定向生长，诱导轴突、树突的发育，促进神经元的有丝分裂、分化、修复，促进雪旺细胞及胶质细胞生长，是髓鞘修复，且能保护受损神经元免遭继续损害，减少神经细胞的凋亡，支持神经元的存活，具体神经修复机制如下。

4.1 提高自由基清除的活力 神经细胞内含有许多清除自由基的酶，如过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶等。活化的白细胞能够释放多种有毒细胞因子，如白介素-6、干扰素-γ和氧自由基等，当颅脑损伤时上述细胞因子会加重脑损伤。NGF能增加多种自由基清除剂的活性而减轻脑损伤［10］。周政等［11］用NGF转基因鼠进行研究，发现短暂大脑中动脉闭塞后，皮质和海马神经元坏死和凋亡均明显减少，而铜锌超氧化物歧化酶、锰超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶等显著增高。

4.2 维持细胞内Ca＋＋浓度的稳态 NGF稳定细胞内Ca＋＋浓度的机制在于诱导结合蛋白的表达、影响钙通道于钙排出系统的表达与活化，从而促进的Ca＋＋排出和（或）缓冲细胞内Ca＋＋浓度的上升，以及减少Ca＋＋的内流，从而使胞内Ca＋＋处于稳态。细胞内Ca＋＋超载可通过多种机制激活蛋白激酶，破坏细胞骨架、膜损害以及细胞水解而最终导致神经元的凋亡和坏死，有研究表明［12］，可能是NGF增强细胞内排出Ca＋＋的能力以及Ca＋＋缓冲能力的结果，提示神经营养因子能够影响那些Ca＋＋内流的蛋白质的表达和功能，包括谷氨酸受体、兴奋性或抑制性神经递质受体、电压依赖Ca＋＋通道、Na＋和K＋通道等。伤后12h组［Ca＋＋］i达到峰 值（1127.56±215.45）nmol／L，是 对 照 组（126.77±33.29）nmol／L的10倍，说明细胞内Ca＋＋严重超载，NGF能够明显降低颅脑损伤后神经细胞严重的Ca＋＋超载，减轻Ca＋＋超载所致的神经细胞损伤［11］。

4.3 抑制神经细胞凋亡的发生 颅脑损伤后神经细胞经历了一个典型的凋亡过程，提示凋亡是神经细胞死亡的一种机制。神经生长因子对神经细胞的保护作用可能部分是通过抑制神经元发生凋亡的过程实现的，尤其在损伤后引起的迟发性神经细胞死亡中发挥重要作用，离体试验证明在培养液中去除NGF能够诱导神经细胞的凋亡［13］。金国华等［14］研究表明，给创伤性脑损伤的大鼠脑室灌注NGF后，减少了和学习记忆相关的脑隔区及海马神经元的凋亡。Hagihara等［15］研究表明，癫痫发作可诱导癫痫动物脑内NGF的表达增加，NGF作为一种内源性保护因子，可起到保护神经元，防止神经元凋亡的作用。

4.4 拮抗兴奋性氨基酸的神经毒性 脑内的酸性氨基酸如谷氨酸和门冬氨酸对神经元有极强的兴奋作用，故称为兴奋性氨基酸。兴奋性氨基酸的N-甲级-D-门冬氨酸（n-methyl-D-aspartate，NMDA）受体是配体门控的离子通道型受体，NMDA受体的过度兴奋激活，导致细胞内Ca＋＋超载，从而对神经元产生毒性作用。Zassler等［16］研究发现，如将能够分泌NGF的单核细胞移植于鼠模型的脑内，NMDA导致的胆碱能神经元凋亡可以被中和。

4.5 促进炎症反应的趋化作用和再生神经的血管形成 脑损伤后，损伤部位常引起血管的破坏、出血及局部缺血，因此在损伤部位血管内皮细胞增殖，重新形成新的血管，对于神经功能的重塑、残留神经元的存活及功能恢复十分重要。NGF具有促进新血管形成作用，其机制在于NGF能够促进神经细胞内Ca＋＋向细胞外释放，Ca＋＋外流导致神经细胞紧张性增强，细胞兴奋性降低，使血管扩张增强，从而加大血流量；NGF能促进神经病损后的肌梭的细胞分化，可促进皮肤和肺的成纤维细胞的修复［17］。Emanueli等［18］在大鼠单侧肢体缺血的研究中证实NGF是通过VEGF-AKt-NO依赖机制促进血管生成的，证实了NGF促进血管形成的机制是通过促进血管内皮细胞的增殖和迁移来实现的。Jadhao等［19］同样证实了NGF对血管再生有促进作用。

5 小结

尽管NGF从发现、命名、应用到现在已经有60余年的历史，其分子结构、受体的结构及性质、生物学特性均已被阐明，但神经修复是一个艰难而漫长的过程，NGF已经被应用到神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩脊髓侧索硬化等）、癫痫、脑卒中、颅脑损伤等治疗，已经获得一定的临床效果。将对神经再生有利的基因定位植入脑内特定的部位，使其长时间的持续合成并释放神经营养因子，并在损伤部位达到一定可控的水平，保护受损神经元及促进其再生，使神经功能修复而达到治疗的目的。随着NGF与神经系统疾病病因的关系阐明，随着基因治疗和脑移植技术等技术的进步，应用神经营养素基因家族成员诊断、治疗和预防神经系统疾病仍不失为最可行的途径，其应用必将成为现实。

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