鼠神经生长因子改善认知障碍的研究进展

胡晓蕊，康传依，王晓红，程畅，王怀志，卢佳，赵娜，胡建,刘蕾

(哈尔滨医科大学附属第一医院精神科，哈尔滨 150001)

1953年，Levi-Montalcini将一块小鼠肉瘤组织移植到翅膀被切除的鸡胚胎上，结果发现肿瘤组织产生了一种可溶性生长因子，其能诱导附近神经细胞纤维过度生长[1]；1960年，Levi-Montalcini与Cohen合作分离出了该物质，并证明该物质可促进神经节突起生长，因此将其命名为神经生长因子(nerve growth factor，NGF)[2]。Levi-Montalcini和Cohen因发现NGF是使神经元选择性存活的基础而获得诺贝尔奖。NGF在成年雄性小鼠的下颌腺中含量最多，以α2βγ2的7S NGF复合体形式存在，其中仅β亚基有生物学效应，称为鼠NGF(mouse NGF，mNGF)，也称β-NGF[3]。mNGF是目前发现最早、研究最清楚的一类神经营养因子，是神经系统非常重要的生物活性分子之一，能促进中枢和外周神经元的生长、发育、分化和成熟，维持交感神经和感觉神经的存活，并加快神经系统损伤后的修复[4]。自NGF发现以来，其对神经系统的作用就备受关注，大量研究表明，mNGF对大脑发育、神经系统损伤的修复和再生起决定作用[5-8]。认知障碍的特征是神经元结构和功能的逐渐丧失，目前尚缺乏特异性治疗药物。mNGF与人NGF同源性达90%[9]，因此mNGF在临床上的应用越来越广泛。现就mNGF的理化特性、受体、在神经系统中的功能及其用于认知障碍的研究现状进行综述。

1 mNGF概述

1.1mNGF的理化特性 编码NGF的基因位于第1号染色体近端短臂上，一级结构分为三部分：N端的信号肽序列、N连接糖基化位点的原序列、与生物活性一致的C端序列[4]。在小鼠颌下腺中基因转录生成NGF mRNA，翻译后先合成分子量为130 000的NGF前体蛋白(precursor NGF，proNGF)，proNGF由α-NGF、β-NGF和γ-NGF 3个蛋白形成，由γ-NGF与β-NGF组成的复合物可以处理proNGF N端和C端的Arg残基，加速形成具有生物学活性的分子量为26 000的成熟mNGF[10]。mNGF是由2条118个氨基酸组成的单链通过非共价键结合而成的二聚体，沉降系数为2.5 S，比活性≥22.5万AU/mg[11]。

1.2NGF的受体 NGF的生物学效应直接依赖于其与特定细胞表面受体的初始结合：包括低亲和力受体p75神经营养素受体(neurotrophin receptor，NTR)和高亲和力受体酪氨酸激酶受体(tyrosine kinase receptor，Trk)A。p75NTR是分子量为75 000的糖蛋白，属于肿瘤坏死因子受体超家族；而TrkA是分子量为140 000的跨膜酪氨酸激酶受体。p75NTR能与所有NGF结合，但只能起协同作用，NGF只有与高亲和力受体结合才能发挥作用。p75NTR的表达是TrkA高亲和力位点形成的必要前提，此外p75NTR也可通过TrkA调节信号转导[12]。p75NTR与NGF结合后抑制了细胞的迁移活性和细胞凋亡，p75NTR还可调节神经递质逆行转运、神经轴突生长及神经丛形成等[13]。

Trk包括TrkA、TrkB、TrkC，分别特异性结合NGF、脑源性神经营养因子和神经营养因子-3，TrkB同时也是NT-4/5的配体以及NT-3的第二配体[11]。TrkA是公认的NGF的功能性受体，与NGF结合可促进细胞某些蛋白或酶合成的增加，诱导细胞存活及突触生长，抑制细胞凋亡[14]。

1.3NGF在神经系统中的功能 NGF在神经系统中主要位于神经元细胞(如神经胶质细胞、星形胶质细胞)的胞体和突触内，在脑内的含量以海马中最高，其次是大脑皮质、嗅球、基底前脑、小脑纹状体等[15]。NGF的生物学效应广泛，对神经系统的主要作用是：①在胚胎发育期，NGF通过促进神经元分化、控制神经元存活数量、诱导神经纤维定向生长，达到促进神经细胞生长和发育的目的。②正常成熟神经细胞内NGF的水平和分布明显减少，NGF对成熟神经元主要起营养作用，并维持神经元的正常功能。③病理状态下，NGF的主要作用是促进神经芽生、抑制神经元死亡、促进神经元功能恢复，达到保护受损神经元的目的，并可促进炎症反应，从而趋化、再生神经的血管形成[16]。了解NGF的结构与功能为研究神经系统疾病的发病及改善认知障碍奠定了病理生理基础。

2 mNGF改善认知障碍的临床应用

认知障碍常起病隐匿，病程呈慢性进行性发展，目前药物在一定程度上可改善病情，但效果不理想。mNGF是神经保护剂，也是神经营养剂，其用于认知障碍的临床治疗备受关注，其中研究最多、应用最广的是用于阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)的治疗，此外mNGF也对脑梗死、脑出血、小儿脑瘫、缺氧缺血性脑损伤(hypoxic-ischemic brain damage,HIBD)所致的认知障碍有改善作用。

2.1mNGF改善AD所致认知障碍 AD主要表现为慢性记忆力减退、语言功能障碍等，直至丧失生活能力，给家庭和社会带来沉重的负担。目前用于AD治疗的药物主要是乙酰胆碱酯酶抑制剂、谷氨酸受体拮抗剂、抗氧化剂、金属螯合剂等，这些药物的治疗效果并不理想，只能改善少数AD初期患者的认知能力[17]。proNGF是一种潜在的疾病生物学标志物，脑脊液中proNGF水平的升高标志着轻度认知障碍的发生及其向AD的过渡[18]。AD发病机制复杂，基底前脑胆碱能神经元在大脑皮质和海马体有广泛的投射，推测其在AD中由于投射靶点失去神经营养支持而退化，致使皮质胆碱能神经递质传递功能降低，导致淀粉样蛋白沉积，最终形成AD[12]。

内源性NGF对基底前脑和海马的胆碱能神经发育有重要影响[19]。研究表明，胆碱营养神经元功能障碍与TrkA介导的存活信号和proNGF/p75NTR介导的促凋亡信号之间的失衡有关[20]，认知障碍的形成可能与NGF合成、代谢、信号转导的改变有关。在AD和轻度认知障碍样本中，TrkA的表达水平较低，而TrkA水平的降低导致更多的proNGF与p75NTR结合，使proNGF的作用从营养神经转变为促进神经细胞凋亡[21]。TrkA和p75NTR特殊存在于基底胆碱能神经元，这两种受体与NGF结合后具有促进基底前脑胆碱能神经元再生和神经保护作用[22]，促进胆碱能神经元的存活，增强皮质胆碱能神经的递质传递功能，使胆碱能细胞周围的NGF有效释放是治疗AD的新策略。另外，NGF可延迟β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)基因的表达和加工，阻止Aβ在海马中沉积，降低Aβ神经毒性，提高神经递质含量，改善神经细胞功能，促进脑功能恢复[23]。已有研究表明，在脑神经退行性疾病中NGF的合成及释放受到影响，而脑内给予NGF可延缓或预防年龄相关疾病(如AD)患者的脑神经元退化，改善患者认知功能[24]。NGF对Aβ诱导的海马神经元凋亡具有保护作用，可能是治疗AD的有潜力的药物。

2.2mNGF改善脑梗死所致认知障碍 脑卒中继发的血管性痴呆是仅次于AD的常见痴呆类型。促进损伤神经修复、开放潜在的神经通路、促进神经轴突再生、提高海马区记忆形成、改善认知功能是脑梗死患者康复治疗的根本目标。有证据显示，大脑皮质区域缺血后，NGF的表达增加[25]，而NGF能促进受损局部神经修复，增强脑组织对缺血缺氧的耐受性。

麦辉等[26]在常规用药的基础上给予脑梗死患者mNGF治疗，治疗4周后美国国立卫生研究院卒中量表评分低于对照组(仅给予常规治疗)，而简易精神状态检查量表评分和Fugl-Meyer评定法评分高于对照组。这一结果表明mNGF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。衣春娜和毕朝晖[27]将135例急性脑梗死患者分为mNGF短疗程组、mNGF长疗程组和常规治疗组，长疗程组神经功能评分、简易精神状态检查评分、肢体功能简式Fugl-Meyer评定法评分的改善程度明显高于常规治疗组和短疗程组，短疗程组的总有效率与常规治疗组比较差异无统计学意义。推测这可能是因为神经元的修复和神经通路的建立是一个缓慢的过程，在此过程中长期持续补充外源性NGF可能更有益，短期内用药效果非常局限。因此，mNGF除了能促进急性脑梗死患者神经系统功能修复外，还可促进其运动功能和认知功能的恢复，长疗程应用效果更佳。mNGF可与其他药物联合用于改善脑梗死所致的认知障碍。有研究选取发病48 h内的脑梗死后认知功能障碍患者作为研究对象，在常规治疗的基础上加用mNGF及丹红注射液治疗2周后，简易精神状态检查量表评分高于常规治疗组[28]。郗欧等[29]选取卒中后偏瘫患者为研究对象，其中对照组给予常规药物治疗+常规康复训练+头皮针与体针治疗，治疗组在对照组基础上给予mNGF治疗，结果发现治疗组Fugl-Meyer评定法评分、简易精神状态检查量表评分、生活质量量表评分均高于对照组。因此，可在常规治疗的基础上联合mNGF治疗急性脑梗死所致认知障碍，且长程持续应用mNGF的效果更佳，可提高患者生活质量且安全性较高。

2.3mNGF改善脑出血所致认知障碍 脑出血是常见的严重急性脑血管疾病，发病率、致残率和死亡率均较高,多数幸存者伴有不同程度的语言功能障碍、认知障碍、运动障碍等远期后遗症。内科保守治疗脑出血可促进脑血肿吸收，但血肿压迫邻近脑组织会使神经细胞缺血缺氧，细胞凋亡和坏死，进而导致脑神经功能损伤并影响认知功能，显著提高脑出血后的致残率[30]。近年来，mNGF在脑出血所致认知障碍的治疗中取得显著效果。

最近一项研究发现，应用mNGF治疗脑出血患者4周后，患者的神经功能显著改善；治疗8周后，患者的行为功能持续改善，表明mNGF可改善急性脑出血患者的神经功能，改善并减少因疾病导致的残疾，且安全有效[30]。另有研究显示，mNGF联合尼莫地平治疗新生儿颅内出血具有良好的临床疗效，可较好地恢复神经功能，改善新生儿的运动和认知功能，其机制可能与减轻颅内炎症反应有关[31]。mNGF改善急性脑出血患者神经损伤的机制可能为mNGF进入中枢神经系统发挥细胞毒拮抗剂作用，抵抗自由基，抑制钙超载，缓解神经元凋亡，促进神经功能恢复[32]。mNGF可以降低脑钠肽水平，对脑出血引起的炎症性损伤有一定的抑制作用，从而保护神经元，改善神经功能[33]。综上，mNGF治疗脑出血可控制水肿范围，加快血肿消退，且可加快损伤神经元的修复速度、抑制机体炎症反应，降低神经功能损伤所致残疾程度，从而提高生活质量。

2.4mNGF改善小儿脑瘫所致认知障碍 小儿脑瘫是指胎儿或婴幼儿脑组织未完全发育成熟期间，由于各种原因导致的非进行性脑损伤，临床表现以中枢性姿势异常和运动障碍为主，常伴发智力障碍、语言障碍、感知觉障碍以及癫痫等。脑瘫患儿的脑损伤程度与脑组织的发育、能量代谢以及脑细胞凋亡程度密切相关[34]。目前小儿脑瘫尚无特效治疗方法，但由于儿童的神经系统尚未成熟，还处于生长发育期，故对未受损神经细胞的保护显得尤为重要[35]。

研究表明，采用针刺联合mNGF治疗可有效改善脑瘫幼鼠的神经行为能力，抑制神经细胞凋亡，此外脑组织生长相关蛋白43和单羧酸转运蛋白1的表达升高，促进了脑组织损伤修复和能量代谢[36]。已有研究证实认知功能结局与生长相关蛋白43水平相关[37]，单羧酸转运蛋白1表达的增加可降低乳酸水平，恢复海马神经功能，并促进认知功能恢复正常[38]。以上研究提示，mNGF可通过改变能量代谢及蛋白表达量，促进脑瘫患儿认知功能的恢复。另有研究显示，穴位注射mNGF可有效改善脑血流动力学和脑神经物质的代谢，从而显著改善脑瘫患儿运动功能发育[39]。该研究还发现，穴位注射mNGF后，脑瘫患儿脑组织中N-乙酰天门冬氨酸/肌酸升高，而胆碱复合物/肌酸和乳酸/肌酸降低[39]。既往研究显示，有认知功能障碍者海马N-乙酰天门冬氨酸/肌酸及胆碱复合物/肌酸降低[40]，提示脑功能连接和代谢物的变化可能是导致不同程度认知功能损害的结构基础。小儿脑瘫的脑损伤在一定程度上阻滞了神经细胞的内源性修复和再生，增加了脑损伤的易感性和认知功能紊乱，mNGF可能通过调节脑代谢产物改善脑血流，以改善脑瘫患儿的认知功能。综上，mNGF能减轻脑组织结构发育异常症状，提高患儿整体运动功能及智力，mNGF有望成为小儿脑瘫的潜在治疗靶点。

2.5mNGF改善HIBD所致认知障碍 HIBD主要由围生期或新生儿期窒息引起，可导致新生儿期死亡或不可逆性脑损伤，如脑瘫、癫痫、认知障碍等。迄今为止，尚无针对HIBD的特定补救措施，其是新生儿死亡和致残的主要原因。HIBD的严重程度主要取决于不可逆损伤的致病机制(如神经元凋亡、坏死或持续炎症)与内源性保护(神经元修复)之间的平衡。以往研究认为，神经细胞一旦受损便不可再生，但现在认为未成熟脑细胞的可塑性较强，给予适当的生长内环境，受损的神经细胞是可再生的[41]。HIBD在缺氧缺血后继发性功能衰竭之前，存在短暂的脑能量恢复阶段，在此阶段给予足够的能量供应，即神经保护治疗，可能对HIBD有一定的改善作用。一项研究认为，mNGF对HIBD具有潜在的治疗作用，其为HIBD的早期干预提供了新思路[42]。国内研究显示，亚低温疗法联合mNGF治疗HIBD在新生儿行为神经测定评分、神经反射恢复时间和意识恢复时间、临床症状改善所需时间、智能和运动发展水平改善方面均优于单用亚低温疗法治疗，且疗效安全[43]。

胶质纤维酸性蛋白是一种由星形胶质细胞产生的骨架蛋白，对于脑损伤后神经元的存活和突触形成至关重要。一项研究表明，mNGF可促进HIBD海马中胶质纤维酸性蛋白的表达，且随着缺氧缺血时间的延长，胶质纤维酸性蛋白表达无下调趋势，证实了mNGF在HIBD修复中的潜力[44]。mNGF可通过调节海马神经胶质细胞反应和增强星形胶质细胞增殖参与HIBD的恢复，而海马与记忆功能密切相关，能够进一步改善患者的认知功能[44]。

3 展 望

NGF与神经系统发育密切相关，NGF能有效保护基底前脑胆碱能神经元受损导致的神经变性。mNGF已广泛应用于神经系统疾病(如AD、脑梗死、脑出血、脑瘫)所致的认知障碍，并已取得一定的成果，但NGF在预防和改善认知功能障碍方面的临床应用仍有更广阔的发展空间，在酒精使用障碍、精神分裂症、重度抑郁症和孤独症等精神障碍中也可观察到NGF水平或信号转导异常，以及由此导致的认知功能障碍[16,45-47]。酒精使用障碍可导致大脑发育和认知功能障碍，乙醇诱导毒性是导致大脑中神经元、神经递质改变[48]和智力迟钝的诱因[44]，NGF可能保护乙醇诱导的细胞死亡。研究发现，NGF血浆水平降低与酒精依赖患者认知功能下降相关[45]，提示NGF在预防酒精依赖性患者的神经元损伤方面具有保护作用。综上所述，mNGF在许多方面具有潜在的应用价值和广阔的发展前景，未来可能用于精神疾病中认知障碍的治疗。