神经生长因子在创伤性脑损伤中的抗炎机制

朱文豪 李文臣 陈勃 王海峰

创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）是神经外科较为常见的外伤性疾病。随着交通运输业的迅速发展，TBI 的发生率逐年增加，其中重型TBI 患者约占总数的20%，其致残率与死亡率居高不下[1]。TBI 所致的损伤主要包括原发性损伤和继发性损伤，其中以继发性损伤更为严重。炎症反应与TBI 的预后紧密相关，损伤早期，炎症因子的过量表达将加剧TBI 后的急性继发性脑损伤。继发性炎症反应主要包括促炎因子的分泌、脑内小胶质细胞和星形胶质细胞的激活、外周免疫细胞的趋化等共同形成级联瀑布炎症反应[2,3]。临床随机对照研究表明急性期TBI 患者血清中肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α)及白细胞介素6（interleukin 6，IL-6)等炎症因子与患者预后有密切相关性，炎症检测指标越高，预后越差[4]。因而积极控制损伤早期过度炎症反应将有助于TBI 患者预后的改善[5]。

神经生长因子（nerve growth factor，NGF）是神经系统非常重要的生物活性分子之一，发现至今已有60 余年，其对调节神经元的生长、发育、分化、存活以及对损伤神经的再生修复具有十分重要的作用[6]。同时国内外也有许多文献报道其具有相关抗炎作用，本文就NGF 对TBI 后抗炎修复作用可能的机制展开综述，以期推进NGF 相关抗炎方向的研究。

一、NGF 及其相关受体

NGF 在皮层、海马和下丘脑垂体中产生最多，同时在基底神经节、丘脑、脊髓和视网膜等其他区域也有表达[7]。NGF受体广泛分布在海马、大脑皮层、中隔、Broca 斜角带、嗅球和纹状体等人体中枢神经系统的胆碱能神经元中[8,9]。NGF 是由1 个β 亚单位、2 个α 亚单位和2 个γ 亚单位以非共价键结合的具有高度同源性的保守蛋白分子。NGF 的生物活性主要依赖于β 亚单位，一般所说的NGF 就是β-NGF[8]。NGF 在促进神经元的生长、分化、存活、抗凋亡、加快轴突再生等各个方面也发挥着重要的生物学效应[10]。NGF 主要通过2 种受体调节细胞的增殖和分化，包括高亲和力的酪氨酸蛋白激酶受体（tyrosine kinase A，TrkA）和低亲和力非选择性的神经营养因子受体p75（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）[9]。TrkA 一般介导正向信号传导作用，如促进细胞生长、分化和活存。TrkA 是NGF 的功能受体。TrkA 受体被激活时将会发生自身磷酸化，从而进行信号的传导，改变相关基因表达和蛋白合成，进而产生诱导突触生长、增强细胞存活能力等效应。p75NTR 是一种跨膜糖蛋白，为肿瘤坏死因子超家族之一，能与所有类型的NGF 相结合。p75NTR 可以干预TrkA 的信号传导，同时在细胞迁移、细胞凋亡、调节神经递质的逆向转运、促进神经丛的形成以及神经轴突的生长等方面发挥作用。p75NTR 介导正向和反向信号，既可以介导程序性细胞凋亡，又可以协同NGF-TrkA 通路介导神经元存活。TrkA 和p75NTR 发出的信号相互间可发挥一致作用，也可对立。当TrkA 和p75NTR 同时存在时，p75NTR 可通过增加TrkA 与NGF 的亲和力促进神经细胞轴突的生长，但当p75NTR 单独存在时，则会介导细胞的凋亡[8,11,12]。

二、NGF 在脑损伤中的抗炎修复作用

急性TBI 可引起全身炎症反应综合征，致使机体内环境失衡。局部小胶质细胞被激活，同时释放大量炎症介质，促进血管内皮细胞黏附分子的产生，使血管内皮细胞的通透性增加，破坏血脑屏障[13]。大量炎症介质会加速脂质介质和氧自由基的合成，诱导花生四烯酸代谢产物的释放并激活其他炎症介质、细胞因子和趋化因子，致使炎症反应持续放大。二次炎症反应将导致血管通透性增加，局部微循环障碍，引起神经元和胶质细胞缺血缺氧，进一步加重脑组织水肿[14]。在TBI 的发生及发展过程中，炎症反应的持续激活是造成TBI 加剧的重要间接致伤因素[15,16]。然而NGF 可以通过下调干扰素γ（interferon-γ，IFN-γ）以及上调IL-10 的表达，降低患者血清炎症因子水平，促进血管形成等途径减轻炎症反应的发生。Arredondo 等[17]用NGF 治疗实验性变态反应性脑脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）小鼠的脑内炎症浸润和脱髓鞘反应，研究表明NGF 的治疗效果与IFN-γ 的产生减少，以及IL-10 的产生增多有关。IFN-γ 又叫巨噬细胞活化因子，具有强烈的促炎作用；IL-10 是目前公认的炎症抑制因子。IFN-γ 的减少以及IL-10 的增多均表明NGF 在EAE疾病的中起到了抗炎修复的作用。另外也有研究表面鼻内给予NGF 可以使急性期TBI 大鼠颅内IL-1β、TNF-α 和核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）显著降低[18]。同时有临床病例对照研究表明，在重型TBI 患者中应用鼠源NGF 进行辅助治疗可有效降低患者血清IL-1β、TNF-α、人高迁移率族蛋白B1等促炎因子水平[19,20]。由此看出TBI 后给予NGF 治疗，可以通过降低炎症因子的表达进而促进TBI 患者的预后改善。

三、NGF 在脑损伤抗炎修复中的相关信号通路机制

TBI 时，持续激活的炎症反应与机体多种信号通路的功能变化紧密联系。目前广泛承认的与中枢神经系统炎症反应激活密切相关的信号通路主要有2 种，分别是Janus 蛋白酪氨酸激酶2/信号转导子和转录激活子3（Janus kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3，JAK2/STAT3），丝裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase，MAPK）激酶 （MAPK kinase，MEK）/细胞信号调节激酶1/2（extracellular signal-regulated kinases1/2，ERK1/2）通路。在局部损伤因素的诱导下，JAK2 发生激活并形成二聚体，然后与SH2 结构域集合来招募STAT3，促使STAT3 发生激活，从而使其进入细胞核并调控多种炎症介质表达[21,22]。有研究报道称，鼠源NGF 可以抑制JAK/STAT 信号通路功能，下调相关炎症因子表达量[23]。作为MAPK 信号通路的上游激活分子，MEK 可以诱导MAPK 多种成员激活，进一步促使ERK1/2 发生活化，从而参与调控炎症反应[24]。NGF 与其受体TrkA 结合后，诱导MAPK磷酸酶1 的转录激活和合成，激活MAPK 信号转导通路，进而抑制炎症因子表达[25]。有研究表明，鼠源NGF 可降低磷酸化p38 丝裂原活化蛋白激酶表达，进而降低炎性因子的含量[26]。另外有研究发现，NGF 可以通过调节Toll 样受体（Tolllike receptor，TLR）通路发挥抗炎作用。在单核细胞中，当TLR4 被促炎因子激活时，细胞表面的TrkA 表达上调，这种功能性的受体上调提示了TLR4 和TrkA 很可能共同在免疫功能中发挥特殊作用[27]。相关研究表明NGF 结合TrkA 后可以诱导TLR 下游蛋白激酶（protein kinase，AKT）磷酸化，减少IL-1β、TNF-α 等炎症因子的产生和诱导IL-10 等抗炎介质的释放[28]。同时NGF 诱导的Akt 磷酸化也可以通过激活丝氨酸/苏氨酸激酶抑制性磷酸化过程抑制NF-κB 活化以及向核内迁移，进而降低了NF-κB 依赖的促炎细胞因子基因转录，从而共同发挥抗炎的作用[29,30]。

四、NGF 与免疫系统的相关作用

神经系统和免疫系统都负责维持内环境的稳定。为了协调严密的调节反应，神经系统和免疫系统需要保持密切的配合联系，共享化学信号和特定的受体，而NGF 被认为是一种调节神经系统与免疫系统之间双向信号网络的重要分子[31-33]。NGF 对免疫系统的作用可分为直接免疫效应和间接免疫效应。TrkA 和p75NTR 广泛分布于各种免疫细胞表面，其表达水平受各种免疫细胞状态影响[34]。NGF 通过激活TrkA 通路，调节Bcl-2 等表达来抑制细胞凋亡，促进免疫细胞的存活[35]。NGF 可以调节单核巨噬细胞CXCR-4 的表达及其对低浓度CXCL-12 的趋化作用[36]。同时有相关文献综述报道，在体外实验中NGF 于炎症环境中刺激免疫细胞，可出现COX2、IL-6、IL-8、CXCR4、TNF 等炎症因子的表达改变[37]。故NGF 在发挥直接免疫效应可能通过调节免疫细胞趋化、中性粒细胞和巨噬细胞的吞噬、淋巴细胞的存活等方面发挥作用。另外，乙酰胆碱的释放和副交感神经的激活具有抑制炎症和激活抗炎途径的能力[38]。近来有研究表明NGF 可以激活副交感神经。中枢神经系统胆碱能神经元的存活和表型的维持依赖于NGF，并且NGF 可以通过增加胆碱乙酰转移酶活性来调节乙酰胆碱的合成[39]。炎性组织中升高的NGF 可以改变神经肽和神经递质的合成，调节各种神经递质在轴突末端的释放，从而增强抗炎效果[40]。故NGF 发挥间接免疫效应可能通过作用于神经递质的启动子或调节神经递质产生酶的活性来调节外周神经元神经肽和神经递质的表达,以此影响副交感神经元的活动，并有助于激活胆碱能抗炎调节通路，下调促炎因子表达。

五、总结与展望

NGF 可以通过TrkA 和p75NTR，抑制下游JAK2/STAT3、MEK/ERK1/2 和TLR 通路，进而降低局部以及全身炎症因子水平。同时，NGF 也可以激活免疫细胞的表面受体进而下调趋化因子表达发挥直接免疫效应，以及通过调节副交感神经发挥间接免疫效应。随着NGF 抗炎机制的不断呈现，将NGF 以局部给药方式进行应用，如经鼻内给药、可降解材料包载后的局部缓释给药等，可以使得NGF 在损伤局部达到较高浓度，从而在发挥神经修复作用的同时发挥急性期的抗炎作用，进而更好地改善患者预后[41]。研究NGF 的抗炎机制可以更好地指导临床应用并为治疗寻找新靶点奠定基础。

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