中医药调控胶质细胞源性神经营养因子保护脑缺血再灌注损伤的研究进展

2015-01-25任非非,刘敬霞

中国老年学杂志 2015年10期

关键词：胶质脑缺血神经元

任非非刘敬霞1

(宁夏医科大学，宁夏银川750004)

关键词〔〕脑缺血再灌注；胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)；中医药

中图分类号〔〕R743〔

基金项目：国家自然科学

通讯作者：刘敬霞(1970-)，女，博士，教授，主要从事中医药防治老年病研究。

1宁夏医科大学中医学院宁夏医科大学附属回医中医院

第一作者：任非非(1987-)，男，在读硕士，主要从事中医药防治脑病研究。

缺血性脑血管病(ICVD)是目前威胁人类健康的主要疾病之一，约占全部脑血管病的59.2%～85%〔1〕。缺血性脑损伤包括缺血期原发性损伤和再灌注期继发性损伤。脑缺血再灌注损伤(CIRI)可发生于多种脑血管疾病中，其病理生理过程是多因素、多环节、多途径损伤的酶促级联反应，发病机制复杂〔2〕。胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)是一种作用广泛的神经营养因子，在中枢和外周神经系统的发育、生长、成熟及损伤修复中发挥重要作用。有研究〔3〕显示，CIRI本身可诱导缺血周边区星形胶质细胞表达GDNF，参与内源性神经保护过程，而GDNF也可促进CIRI后脑组织内源性神经干细胞增殖分化，促进神经功能恢复。中医药可通过调节CIRI后GDNF的表达发挥抗CIRI、促进神经功能恢复的作用。

1GDNF来源及其作用

GDNF是1993年由Lin等〔4〕最先从培养的大鼠胶质细胞系B49的无血清培养基中经浓缩、分离纯化出来的一种能激活鼠胚腹侧中脑多巴胺能神经元的神经营养因子〔5〕，与neurturin、persephin、ARTNemin共同组成胶质细胞源性神经营养因子家族。因其一级结构中均含有7个保守的、位置相同的半胱氨酸残基并具有相同结构，与转化生长因子β(TGF-β)结构相似，也被认为是TGF-β超家族的一个亚族〔5〕。成熟的GDNF是一种小分子二聚体蛋白质，分子单体由134个氨基酸残基组成，分子量为15 kD，有两个N-糖基化位点，有7个保守的半胱氨酸残基，参与二聚体间二硫键的形成。GDNF是一种神经营养因子，通过与由GDNF家族受体α(GFRα)和RET蛋白组合成的受体复合物结合，激活细胞内受体酪氨酸激酶信号传导通路〔6〕，发挥促进神经元生长及再生修复的作用。

GDNF具有多种生物学活性，不仅能高特异性地促进多巴胺能神经元的存活，减少其凋亡，增加对多巴胺的摄取，而且对外周自主神经系统，特别是运动神经元作用广泛〔7〕。夏思文等〔8〕认为GDNF可以促进运动神经元生长，且以100 ng/ml较为适宜，当浓度再高，随着神经元表面受体的饱和，诱向作用减弱。也有研究〔9,10〕显示，GDNF在促进胚胎发育过程中神经元的存活、轴突的生长、控制神经元的分化及调节突触传递中发挥重要作用。此外，GDNF可减少神经损伤后的神经元变性坏死，也是对该类疾病进行基因治疗的候选神经营养因子之一。

2GDNF对CIRI的影响及其机制

2.1CIRI后神经细胞变化及GDNF对其影响CIRI引起的神经损伤包括缺血中心区的神经元坏死和周围缺血半暗带区的神经元程序性凋亡两种形式，且凋亡是脑缺血后神经元死亡的重要形式。这些细胞的损害导致兴奋性氨基酸释放、Ca2+内流、自由基产生、蛋白激酶C(PKC)降低等一系列连锁反应〔11〕，特别是缺血后不配对电子的持续反应而导致自由基的产生〔12〕，被认为是导致脑功能障碍的主要原因。目前研究〔13〕已证实，当CIRI发生后，在脑组织缺血坏死区域与正常区域之间存在着缺血半暗带区，该区域脑组织处于低灌注状态，细胞完整性、代谢和功能仍然存在，如能及时恢复血供或进行药物干预，组织功能或能恢复，损伤程度减轻。因此，对CIRI后脑组织缺血半暗带区进行及时有效的神经保护是目前研究热点。

脑内GDNF的表达对于CIRI后脑内缺血半暗带区神经元的存活、分化及再生修复至关重要。有研究〔14〕显示，GDNF能够通过细胞黏附分子和细胞周期调节蛋白依赖激酶5介导趋化神经干细胞从室管膜下区向嗅球迁移，分化成特定区域的神经元表型，发挥生理作用，这就为CRIR后GNDF促进受损部位神经元再生修复提供可能。胡跃强等〔15〕研究提示CIRI后缺血半暗带区GDNF表达代偿性增高，参与保护CIRI损伤。

另外，有研究〔16〕显示，GDNF是脑缺血性损伤后内源性神经干细胞再生的影响因素之一，能激活神经干细胞再生机制，促进其再生。庞源广等〔17〕认为GDNF能促进神经干细胞增殖、分化成星形胶质细胞，发挥改善CIRI的作用。

以上研究均说明，脑缺血后机体可通过促进内源性GDNF的表达，提高神经元抵抗缺血性损伤的能力，促进受损神经元的修复和再生，是机体的一种自我保护性机制。但脑缺血后单纯脑组织自身GDNF的代偿性增高不足以抵抗损伤性因子的作用〔10〕，而外源性GDNF又由于脑内血脑屏障(BBB)存在导致弥散到脑组织内的含量甚少，不能充分发挥脑保护作用。因此，如何提高机体内源性GDNF的表达对于促进CIRI后神经功能的恢复至关重要。

2.2GDNF保护CIRI的基础及可能机制

2.2.1GDNF保护CIRI的基础研究表明，GDNF对神经元的保护及损伤修复是通过其受体复合物介导激活细胞内信号转导通路，产生相应的效应分子而发挥作用的。GDNF的受体复合物由GFRα和RET蛋白组成〔6〕。GFRα是通过糖基-磷脂酰肌醇(GPI)结合位点直接锚定于细胞膜的外侧，其信号不能通过细胞膜。在目前已知的GFRα4种亚型(GFRα1-4)中，GFRα1是GDNF的主要受体。RET蛋白是原癌基因c-Ret编码产物，其胞外有4个钙黏附素样结构(CLD1-4)和1个半胱氨酸富集区(CRD)，胞内有酪氨酸激酶区，胞内和胞外通过跨膜结构区域(TM)相连接，能调节细胞的生长分化〔18〕。GDNF先与GFRα1结合形成GDNF/GFRα1复合二聚体，但因GFRα1锚定于胞外，无跨膜结构，不能传导信号，故GDNF/GFRα1复合二聚体会促进GFRα1与RET蛋白结合形成GDNF/GFRα1/RET复合物，激活RET蛋白磷酸化，进而激活受体酪氨酸激酶信号转导通路，发挥生物学效应。也有研究〔19〕显示，GDNF可以不依赖RET，而与神经细胞间黏附分子(NCAM)、整合素β1结合发挥信号转导作用。由以上可知，GDNF发挥作用的基础是与GDNF/GFRα1/RET、NCAM、整合素β1受体等结合，产生相应效应分子发挥作用。

2.2.2GNDF保护CIRI的可能机制研究〔20〕表明，CIRI的机制包括Ca2+超载、自由基增多、兴奋性氨基酸毒性、细胞凋亡等，各个因素相互联系，相互影响。而GDNF保护CIRI的途径就是通过部分干预以上导致CIRI发生的机制过程进行的。①GDNF抑制细胞凋亡：半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶(Caspase)家族作为特异性的死亡信号转导分子，被认为是细胞凋亡的执行者。Yu等〔21〕研究显示，GDNF可抑制脑缺血损伤后Caspase-1、3的表达发挥抑制神经元凋亡的作用。陈贵军等〔22〕研究提示GDNF可促进NSCs增殖分化并抑制介导神经细胞凋亡的Caspase-3的表达发挥脑保护作用。②GDNF抑制Ca2+超载：当发生脑缺血损伤时，组织内谷氨酸浓度增高，N-乙酰谷氨酸(NMDA)受体被持续激活，激活Ca2+通道，细胞内Ca2+大量内流，造成Ca2+超载，导致神经元坏死或凋亡。Gomes等〔23〕研究发现，GDNF可抑制N-甲基-O天冬氨酸(NMDA)受体活性，抑制Ca2+超载。③GDNF抑制环氧酶(COX)：COX广泛参与机体损伤后的炎症反应过程，在CIRI后脑内炎症反应过程中发挥作用。周铁柱等〔24〕研究提示GDNF能通过降低COX-2表达发挥神经修复作用。④GDNF抑制星形胶质细胞过度增生：星形胶质细胞在神经系统发育、生长及突触传递等过程中发挥重要作用。其在CIRI发生后反应性增生可减少神经元坏死和凋亡，但与此同时，胶质细胞过度增生会引起胶质化，形成胶质瘢痕影响神经元修复。而GDNF可抑制细胞周期蛋白，组织细胞过度增生。

3中医药调控GDNF对CIRI的保护作用

CIRI属于中医“中风”病范畴，为本虚标实，上盛下虚之证。中医药以其整体调节和综合治疗优势，在调节内源性GDNF对CIRI的治疗中作用显著，已成为改善CIRI及其机制研究领域的热点。中药提取物、中药复方、针刺等研究日渐增多。

3.1单味中药及其有效成分对GDNF的调控作用

3.1.1葛根葛根素(Pue)是从中药葛根中提取的有效成分之一，韩江全等〔25〕提示葛根素(Pue)可以通过提高GDNF表达改善脑缺血损伤，同时也提示改善CIRI后半暗带区神经细胞功能对于脑缺血神经功能恢复有促进作用。

3.1.2人参人参皂苷(Rb)是从中药人参中提取出来的主要生物活性成分，其中以Rb1含量最高。徐鹏等〔26〕提示Rb1可通过提高CIRI后缺血周边区GDNF表达改善神经功能损伤。也有研究〔27〕显示，Rb1能调节GDNF mRNA表达对缺血脑组织起保护作用。

3.1.3胡黄连胡黄连甲醇是从中药胡黄连中提取的有效成分。位兰玲等〔28〕研究显示，胡黄连甲醇能调节CIRI后GDNF mRNA表达发挥神经保护作用。

3.1.4丹参丹参多酚酸是丹参水溶性成分中重要的有机酸类化合物，王强等〔29〕发现，丹参多酚酸能显著降低大鼠行为学评分，减小脑梗死体积，能显著提高脑内GDNF蛋白含量，且以高剂量(30mg/kg)时最明显，因此推测这可能是中药丹参发挥脑保护作用的机制之一。

以上资料表明，中药葛根、人参、胡黄连、丹参几味药均可通过上调CIRI后GDNG表达，发挥改善脑损伤作用，这也可能是其发挥作用的机制之一，为临床治疗缺血性脑损伤药物的选择提供基础。

3.2中药复方对GDNF的调控作用

3.2.1脑络欣通中药复方脑络欣通是治疗脑缺血的经验方，具有益气活血功效。胡建鹏等〔30〕提示脑络欣通可通过增强GDNF表达改善CIRI，且作用优于单独益气和单独活血。

3.2.2清热化瘀方清热化瘀方由水牛角、丹参、川芎、地龙、石菖蒲等10味中药组成，具有清热祛风化痰、活血化瘀通络的功效。胡跃强等〔31〕研究提示清热化瘀方能显著上调GDNF mRNA及其蛋白表达，保护受损神经元。

3.2.3醒脑解毒汤醒脑解毒汤是辽宁省血栓病中西医结合医疗中心经验方，由冰片、大黄、水蛭、石菖蒲、黄连、栀子、泽泻组成，有开窍醒脑，解毒通络功效。于莉等〔32〕研究发现醒脑解毒汤能有效上调各个时间点GDNFmRNA表达，提示其能通过增加GDNF表达改善脑部损伤。

3.2.4脑脉通脑脉通由中药大黄、人参、川芎、葛根组成，具有益气活血、解毒降浊功效。研究〔33〕显示脑脉通可使MCAO大鼠脑组织GDNF表达增强，并能显著促进促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)向神经元分化及表达GDNF，发挥脑保护作用。

以上研究显示，以益气、活血、化痰、开窍等治则为基础组成的中药复方能显著上调GDNF蛋白的表达，改善缺血性脑损伤，这也切中脑卒中病后正虚邪盛、痰阻窍闭的病机，不仅证实了中药复方的作用，更为临床治疗疾病提供思路。

3.3针刺及电针对GDNF的调控作用

3.3.1普通针刺刘丹等〔34〕研究提示针刺可通过促进CIRI后GDNF表达发挥神经保护作用，且应尽早介入。

3.3.2电针电针是在针刺腧穴“得气”后，于针上通以接近人体生物电的微量电流波，以持续刺激穴位，达到防治疾病的一种疗法。沈峰等〔35〕认为电针可通过提高CIRI后脑内GDNF表达参与脑保护过程，但未进行各时间点之间的比较，对电针治疗的时间窗未研究。徐涛等〔36〕研究说明CIRI能引起脑组织神经营养因子自发性保护性增高，但作用时间较短；而电针能促进GDNF表达。

针刺治疗作为中医治疗手段之一，在ICVD治疗中有独特作用。以上资料显示，针刺可通过上调脑损伤后GDNF表达，改善缺血性脑损伤后神经功能，对损伤后神经功能的恢复起重要作用。

4思考与展望

GDNF作为近年来发现的一种新的、高效能并广泛存在的神经营养因子，探索其在缺血性脑损伤中的作用及药物干预机制已成为在缺血性脑损伤治疗方面取得突破的重要途径。虽然GDNF在改善CIRI方面发挥重要作用，但还是存在一些问题：①CIRI自身可诱导内源性GDNF表达代偿性增高，但含量较少，作用时间短暂，自我修复能力有限；②外源性GDNF为蛋白质类物质，不能通过消化道直接给药，给药方式受限；③GDNF作为大分子亲水物质，很难透过血脑屏障(BBB)，即使髓鞘内给药，其向脑损伤部位的弥散量也有限；④GDNF发挥作用依赖于与其受体特异性结合，而GDNF受体含量有限，不能满足CIRI后脑组织修复所需，存在受体不足限制。

中医药可通过多层次、多靶点来调节内源性GDNF表达，防治脑缺血再灌注损伤，但也有不足之处：①中医药对GDNF的调控研究大多停留实验室研究方面，如何安全有效的用于临床还需进一步探索；②目前大多研究只单纯性地说明中医药对GDNF有调控作用，但针对其影响机制研究及中医理论认识研究较少，研究形式单一；③虽然中药有效成分、复方、针刺等调控GDNF的研究均有开展，但研究中药种类较少；中药复方多是自拟方，而对于成方研究开展较少；针刺治疗目前大多为电针疗法，针药结合等多途径研究有待开展。④虽然实验室研究显示中医药可通过调控GDNF改善脑缺血损伤，但具体的干预时间窗不统一，对于中医药在CIRI后特定阶段及时有效干预研究还需深入。因此GDNF作为CIRI后神经干细胞治疗的新靶点，对其机制及中医药干预研究将成为今后努力的方向。

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