神经生长因子在治疗脑梗死中的研究进展

徐静　葛汝丽　曹晓雨

神经生长因子属于神经营养因子家族，在中枢神经系统的发育和成熟中具有调节神经细胞增生、促进分化和维持细胞生物活性的作用。它可以通过影响脑血管疾病的病理生理过程，保护受损的神经细胞，为细胞修复提供有利的环境，从而改善脑梗死患者的感觉和运动功能。

脑梗死是神经系统常见疾病，是各种原因导致的脑组织血液供应中断而发生缺血、缺氧性坏死，严重威胁着人们的生命健康及降低生活质量。目前，动脉溶栓是脑梗死急性期唯一有效的干预措施，然而短暂的溶栓时间窗却使动脉溶栓的使用大大受限。因此，寻找多种有效的治疗措施是降低患者致死、致残率的关键。神经生长因子(nerve growth factor，NGF)是一种天然多肽，属于神经营养因子家族，具有营养神经、保护细胞的作用，也参与了多种神经精神药物的作用机制[1]。本研究就神经生长因子在治疗脑梗死中的应用作一简要综述。

1　神经生长因子及其受体

NGF经基因转录翻译后先形成前体蛋白-7S NGF和2.5S NGF，长的前体蛋白水解加工后为7S NGF，是α2βγ2三种亚单位的复合体，相对分子质量为1 40 000左右。短的前体蛋白水解加工成2.5 NGF，为一碱性的118个氨基酸的蛋白，以二聚体形式存在，整个NGF 的生物活性全依赖β 亚单位，通常所说的神经生长因子就是β-NGF[2]。NGF是神经营养因子家族中最早发现的神经活性因子，神经营养因子家族还包括脑源性神经营养因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor，BDNF)、胶质细胞源性神经营养因子、神经营养素-3(Neurotrophin-3 ，NT3)和 神经营养素-4/5(Neurotrophin-4/5 ，NT4/5)[3]，还有神经营养因子-6和神经营养因子-7分别是从阔尾鱼和鲤鱼中发现的[4]。

NGF通过2种受体调节细胞的增殖、分化，参与细胞的存活与凋亡[5]，包括高亲和力的酪氨酸蛋白激酶受体(TrkR)和低亲和力非选择性的P75受体(P75NTR)。TrkR又有3个亚型：TrkA、TrkB、TrkC，神经营养因子可以和每一种受体亚型相结合，但在不同的组织和环境中亲和力不同，NGF易于与TrkA结合，BDNF和NT4/5易于与TrkB结合，NT-3易于与TrkC结合[6]，分别在不同的信号通路中占主导地位又相互协同。P75NTR是一种跨膜糖蛋白，为肿瘤坏死因子超家族之一，可与所有的神经营养因子及其前体相结合，有相似的亲和力，既可以介导程序性细胞凋亡[7]，又可以协同NGF-TrkR通路介导神经元存活[8]。一项动物实验提示受损细胞的走向可能和细胞内TrkA/P75NTR的比率有关[9]。

2　神经生长因子的主要信号通路

2.1NGF与TrkATrkA存在于细胞内外，细胞外受体主要介导细胞存活，细胞内受体主要介导细胞分化。有研究证实在PC12细胞和胆碱能基地前脑神经元中NGF疗法可以增加TrkA mRNA的水平，Laura Calvo等[10]人推断这可能是通过Bex3调控TrkA基因启动子而间接影响TrkA表达。NGF与TrkA结合，TrkA发生磷酸化，触发下游信号通路如激活丝裂原激活蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)及磷脂酶c(phospholipase C，PLC)[11]。其中有两种主要的信号机制：①PI3K-Akt通路，抑制与细胞凋亡相关的叉头基因功能和与BCL-2相关的促凋亡蛋白(BAD)，阻碍细胞死亡的必要过程。一项动物实验表明NGF对缺血缺氧的心肌细胞的预治疗可以有效地减少心肌细胞死亡，这可能是由PI3K/Akt 通路介导的[12]；②MAPK-MEK(MAPK细胞外信号调节激酶ERK)通路，可以通过信号瀑布级联反应上调抗凋亡蛋白BCL-2和转录因子CREB[13]，抑制细胞凋亡。MEK-ERK通路可以上调血红素氧合酶-1发挥NGF的细胞保护作用[14]。另外，NGF-TrkA结合还可以激活MAPK-JNK和MAPK-P38通路而保护细胞应激和控制炎症反应[15]。

2.2NGF与P75NTRP75NTR是NGF的低亲和力受体，NGF与P75NTR结合主要介导细胞凋亡。P75NTR与肿瘤坏死因子α(TNF-α)受体有某些相同的结构域，研究发现NGF-P75NTR信号途径可以引起神经鞘磷脂水解作用，增加神经酰胺的水平，从而激活C-Jun N末端激酶，启动P75受体介导的细胞程序性死亡[16]。此外，细胞受损后NGF前体(Pro-NGF)也大量表达并结合P75NTR而引起细胞核内的染色体易位，核因子NF-κβ进入施万细胞的细胞核，这也可能参与细胞凋亡过程[17]。有研究发现在神经发育过程中P75NTR高水平表达，在成年后逐渐下降至最低水平，当神经受损或发生某些疾病如阿尔兹海默、皮质脊髓束损伤、癫痫或脑缺血时P75NTR的表达会上升[18]，但其发生机制还不清楚[19]。然而最近发现，P75NTR在神经存活过程中也发挥一定的积极作用，P75NTR和TrkR虽是NGF的两种受体，但其是相互作用的。对此，有两种说法[20]：①P75NTR、TrkA、NGF可组合成三元配合物，增加其稳定性；②P75NTR具有聚集NGF的作用，使之易于与TrkA结合[16]。动物实验发现在成年鼠中把P75NTR基因敲除后并不能改变神经元的数量，但可以延迟神经元凋亡的时间，增加神经分布区域[21]。也有研究发现P75NTR的抗凋亡作用一部分可能是通过神经营养因子-3(NT-3)实现的，P75NTR减少会减弱NT-3激活TrkA的能力，限制了TrkA信号机制保护细胞的作用，这还有待进一步证实。

3　神经生长因子在治疗脑梗死中的应用

3.1神经生长因子的作用

NGF能够促进细胞增殖、分化、改善轴突生长，提高突触可塑性，修复受损伤的细胞，维持细胞存活，在成熟的神经形态学中触发适应性改变，启动快速的突触应答。NGF介导的信号途径可以经过轴突逆向运输一种核内体，其中包括NGF、TrkA和激活该途径的中间介质如ERK[22]。在发育过程中建立这样运输的神经元在神经发育中幸存下来，无NGF营养支持的神经元则退化。在发育成熟后幸存下来的神经元会终生拥有这种逆向运输的能力，并借此维持细胞分化与存活[23]。在外周神经系统中NGF主要作用于感觉和交感神经，外源性的NGF可引起这类神经元轴突增生[24]；在中枢神经系统中NGF主要对胆碱能神经元有作用，研究发现当胆碱能神经系统受损时TrkA mRNA减少而TrkB、TrkC、P75NTR似乎无明显变化，提示NGF-trkA信号通路受损。在阿尔兹海默病中胆碱能系统是最早受到影响的，基底、前脑系统和它的神经支配区域都有神经缺失，外源性给予NGF可以保持神经对NGF的敏感性[3]。最近研究表明NGF 不但作用于胆碱能神经元，还可以作用于单胺类、肽类神经元，既可以维持神经元的生存，又能增加神经递质的合成，主要是影响参与神经递质合成和递质受体表达的通路中酶的合成。

3.2神经生长因子治疗脑梗死的基础

脑血管病的治疗在于挽救更多的神经细胞、神经轴突的再生、中枢神经系统功能的重组、潜伏神经通路的开放，建立持久的神经通路等。研究证实脑缺血后在大脑皮层区域NGF的表达是增加的[25]。因此，NGF有望成为治疗脑梗死的重要疗法。Claudia Fantacci等[26]认为心室内注射NGF可以改善脑血流，通过双皮质素的生物合成来激活神经发生分化的信号通路。细胞生物学研究表明外源性补充神经生长因子可促进受损局部神经修复，增加脑损伤耐受。Lian Hui 等[27]通过动物实验研究表明，神经生长因子可抑制运动神经元的凋亡是通过下调与细胞凋亡相关的Caspase-3的表达介导的。麦辉等[28]将90例脑梗死患者随机分为观察组和对照组，观察组在常规用药的基础上加用外源性NGF并观察疗效，结果显示2组患者治疗前NIHSS评分、MMSE评分、FMA评分比较，差异均无统计学意义(P>0.05)；观察组患者治疗后NIHSS评分低于对照组，MMSE评分和FMA评分高于对照组(P<0.05)。这一结果表明NGF能有效减轻急性脑梗死患者神经功能缺损程度，改善患者认知功能和肢体运动功能。

3.3神经生长因子对脑梗死的效应机制

大量研究表明NGF可能是通过以下途径在脑梗死中发挥效应的：(1)促进血管再生及改善血供。NGF具有促进新血管形成作用[9]，机制在于促进血管内皮细胞的增殖、迁移以及表达血管内皮生长因子[29]，同时改善血液循环如在皮瓣移植手术中能够增加血液供应；(2)稳定钙离子浓度。损伤细胞常由细胞内钙超载引起，NGF通过激活钙调素的表达[30]、影响钙通道系统的活化，从而促进Ca2+排出、缓冲细胞内Ca2+浓度的上升，最终使细胞内Ca2+处于稳态，防止细胞内钙离子超载；(3)抑制一氧化氮(NO)的毒性作用[31]。NO在梗死早期可以改善缺血半暗带血液循环，延缓受损神经细胞的死亡，晚期能加剧中央坏死区组织的损害。NGF能降低NO合成酶(NOS)的活性，抑制NO的负性作用；(4)提高自由基清除剂的活力。在各种脑损伤时脑组织中氧自由基的产生和脂质过氧反应均异常活跃，NGF 能增加过氧化氢酶、超氧化物歧化酶( SOD) 、谷胱光肽、谷胱光肽过氧化酶等自由基清除剂的活性[32]，提高受损细胞的抗氧化应激的能力，从而减轻细胞损伤；(5)拮抗兴奋性氨基酸的神经毒性作用[33]。脑内的兴奋性氨基酸包括谷氨酸和门冬氨酸，其受体(NMDA受体)过度激活会使细胞内钙超载，产生神经毒性作用。Zassler等[34]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；(6)抑制细胞凋亡。NGF与其受体结合启动细胞存活信号通路，上调抗凋亡因子以及抑制凋亡蛋白，为受损细胞提供生存和修复环境，同时介导无法挽救的细胞死亡，减少有毒物质如NO、氧自由基的产生。另外，NGF还可通过以下机制修复脑梗死所致的神经损伤。抑制梗死部位的炎性反应；促进轴突增生及生长延长，促进髓鞘形成；刺激神经干细胞增殖及分化等。

4　前　景

目前已经上市的神经生长因子为鼠神经生长因子(mNGF)，与人的同源性可达90%，是从鼠中提取的，工艺较简单，故成为第一个上市的NGF，应用于周围神经病，肿瘤，外伤、代谢性疾病、神经退行性疾病以及脑血管病等。之前有人认为NGF的药代动力学和生物利用度不足，不能通过血脑屏障对中枢神经系统发挥效应。然而,一项研究发现自动射线照相术实验表明血中的NGF能直接透过鼠的血脑屏障到达脑实质[35]。在正常生理状态下外源性NGF 肌注后的确不易透过血脑屏障，但在脑梗死急性期微血管收缩出现障碍，同时过氧化氢、活性氧族、内皮素-1、血管生成素-1等释放会刺激产生血管舒缩因子，血脑屏障通透性增加；在亚急性期导致其完整性破坏，最终血脑屏障受损开放，鼠神经生长因子可透过血脑屏障进入中枢神经系统，从而发挥神经保护和神经再生作用。另外，多壁碳纳米管神经生长因子复合物(MWCNTs-NGF)[36]技术也应运而生，大大增加了mNGF的生物利用度，经研究证实聚酰胺-胺功能化修饰的MWCNTs-NGF具有更好的生物相容性，并且减小了MWCNTs-NGF的细胞毒性。生物活性试验表明它能明显地促进细胞分化和神经生长。

在生命的神经发育和神经可塑性中NGF参与了神经的分化与增殖、存活和凋亡。在脑卒中的动物模型试验中NGF的改善脑损伤、保护神经功能的作用已被证实。一项脑卒中模型试验表明在脑梗死后整个神经功能恢复期NGF可改善60%～90%[37]的预后。因此，NGF有很大的潜在价值。关于NGF的作用机制还需要进一步研究，在将来其应用范围会愈加广泛。

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