PDGF在新生儿缺氧缺血性脑损伤中脑保护作用的研究进展

毕登芹，舒桂华

(扬州大学附属苏北人民医院新生儿科，江苏 扬州 225001)

新生儿缺氧缺血性脑损伤(hypoxic ischemic brain damage，HIBD)是由多种原因导致的胎儿或新生儿部分或完全脑缺氧、脑血流减少(或暂停)引起的不同程度的脑损伤，严重者可导致新生儿死亡，幸存患儿亦多伴有神经系统并发症。据文献报道，约25%的HIBD存活患儿存在不可逆性脑损害[1-2]。因此，及时干预、积极防治可最大限度地降低新生儿HIBD发病率，提高患儿生活质量。但目前关于新生儿HIBD的发病机制尚未完全阐明，可能涉及脑细胞能量代谢衰竭、兴奋毒性细胞损伤、氧自由基损伤、一氧化氮合酶活化、细胞凋亡等[3-4]。近年随着分子水平研究的深入，越来越多的证据支持细胞因子在新生儿HIBD发生发展中发挥了重要作用[5]。血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)作为神经营养剂在其中扮演重要角色，其可促进细胞分裂、加速血管生成；延缓细胞衰老、抵抗细胞凋亡；减少氧化代谢产物、降低氧化应激反应；降低神经元诱发电流、抑制突触传递，进而发挥脑保护作用[6]。现就PDGF在新生儿HIBD中脑保护作用的研究进展予以综述。

1 PDGF概述

1.1PDGF的分子结构 PDGF是一类碱性蛋白质，分子量为28 000～35 000。1987年Ross[7]发现PDGF存在于血小板α颗粒中，并将其成功分离、纯化。PDGF在多种细胞中表达，包括神经前体细胞、神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞等脑细胞[8]。PDGF家族由4种配体(PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D)和2种酪氨酸激酶受体[PDGF受体(PDGF receptor，PDGFR)-α和PDGFR-β]组成[9-10]。编码PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D链的基因分别位于人类的第7、22、4和11号染色体以及小鼠的第5、15、3和9号染色体；而PDGFR-α和PDGFR-β的基因定位于人类的第4和5号染色体以及小鼠的第5和18号染色体[11]。PDGF的4种配体以二硫键形式组成同源二聚体PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD或异源二聚体PDGF-AB。活性配体-受体复合物由两条与同一个二聚体配体相连的受体链组成，其中PDGFR-α可与除PDGF-DD以外的所有PDGF亚型结合，而PDGFR-β仅与PDGF-BB和PDGF-DD结合[12]。PDGF与PDGFR结合后发挥生物学功能，如促进细胞有丝分裂、细胞骨架重排、细胞趋化[8-9]。

1.2PDGF的生物学功能 PDGF主要以自分泌和旁分泌方式发挥作用，通过促进有丝分裂因子的表达刺激特定细胞群分裂，参与多种生理病理过程，包括细胞增殖、分化和纤维化形成等[13]。PDGF介导的信号还可调节中枢神经系统功能，包括神经和突触形成、细胞存活、配体门控离子通道的调节以及特定类型神经元的发育等[14]。研究表明，PDGF还参与大脑的正常发育，如PDGF-AA已被证实是一种有效的少突胶质前体细胞有丝分裂原，在体外实验中外源性加入PDGF-AA可使神经干细胞分化为神经元或少突胶质细胞[8]。Lewandowski等[15]发现，PDGF-BB可参与干细胞的调节，使干细胞分化为神经元，并促进新生神经元向大脑纹状体和黑质增殖、迁移，同时PDGF在少突胶质细胞成熟过程中也发挥至关重要的作用。Andrae等[16]研究显示，PDGF-CC在实验动物中枢神经系统发育中起重要作用，包括脑膜形成和大脑皮质神经元过度迁移。Munk等[17]通过实验发现了小鼠淋巴系统的自然发育过程，并确定PDGF-BB在小鼠脑脊液运输过程中起关键作用。Iihara等[18]和Ohno等[19]的研究均显示，PDGF可通过诱导中枢神经系统少突胶质前体细胞的增殖、迁移和分化刺激轴突和髓鞘重新形成。

2 PDGF在脑组织中的信号通路及表达

2.1PDGF在脑组织中的信号通路 PDGF信号通路在大脑发育过程中发挥关键作用。PDGF信号具有调节神经外胚层起源细胞的功能[8]。在血管生成过程中，PDGF信号在支持细胞的募集中起重要作用[9]。研究发现，脑组织中的PDGF信号通路主要为蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路和促分裂原活化的蛋白激酶通路[20-21]。而促分裂原活化的蛋白激酶家族又包括胞外信号调节激酶、c-Jun氨基端激酶和p38激酶[11]。PDGF与其受体结合可形成受体配体复合物并活化PDGFR-α，而活化的PDGFR-α可通过激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)和环腺苷酸促进蛋白质磷酸化[15]，从而将有丝分裂信号传递至细胞核，使核蛋白体上的丝氨酸残基磷酸化，进而诱导相应的基因表达，指导DNA、RNA、蛋白质合成，促进细胞分裂、增殖并阻止其凋亡[22]。由此可知，PDGF与PDGFR结合可激活受体固有酪氨酸激酶的活性，而被激活的PDGFR可促使Akt的底物核蛋白体上的丝氨酸残基磷酸化，驱动细胞信号级联反应，参与后续的细胞生化反应。

2.2PDGF在脑组织中的表达 PDGF和PDGFR广泛存在于脑组织中[23]，且在所有哺乳动物的中枢神经系统中均发现PDGF配体及其受体[24]。Hu等[25]研究表明，PDGF和PDGFR在脑细胞生长、分化以及细胞间的相互作用中发挥重要作用。在大脑组织中，几乎所有区域的神经细胞中均表达PDGF，其中PDGF-A主要表达于大脑皮质、海马、纹状体、杏仁体、丘脑、下丘脑、脑干、小脑Purk-inje细胞、脊髓和后根神经节的神经细胞；PDGF-B主要表达于海马、杏仁体、下丘脑的垂体后叶系统以及脑干的下橄榄核[26]；PDGF-C则主要表达于平滑肌细胞，PDGF-D主要表达于动脉外膜的成纤维细胞[11]。此外，PDGFR在成熟脑中亦表达丰富，其中PDGFR-α主要表达于脊髓、脑桥、延脑、小脑、上下丘、黑质、丘脑、苍白球、大脑皮质和嗅觉系统；PDGFR-β主要存在于海马锥体细胞、小脑颗粒细胞、基底节、三叉神经脊束核和脑室下区的神经元[26]。在脑细胞发生缺氧缺血性损伤时，PDGF及其受体在神经细胞中的表达显著增加[19]。由此可见，PDGF在脑内多个组织中均有表达，且在发生HIBD时表达增加。

3 PDGF在新生儿HIBD中的脑保护作用机制

PDGF家族通过促进神经细胞有丝分裂保护神经元免受神经毒素侵害，在神经元稳态中发挥关键作用[8]。生理状态下，PDGF以旁分泌、自分泌方式分泌并作用于一系列细胞介质，刺激脑细胞生长，维持脑组织正常功能[27]。PDGF的神经保护作用已在包括缺血在内的几种不同形式的神经元损伤动物模型研究中得到证实[28]。研究表明，缺血期间神经元中的PDGF-A、PDGF-B信使RNA以及PDGF-BB、PDGF-AB蛋白的表达均增加，提示在受损脑区配体对神经元的存活起重要作用[3]。PDGF-BB已被证明可通过上调PDGFR-β信号的表达保护原代海马神经元免受谷氨酸诱导的神经元损伤[8]。Shen等[29]研究发现，PDGFR-β信号可通过在神经元、周细胞、血管平滑肌细胞以及星形胶质细胞中的信号转导作用保护神经元，并修复内源性组织，恢复脑组织功能。此外，PDGF-CC也广泛存在于脑组织中。Tang等[28]研究证明，PDGF-CC通过蛋白质暴露或基因传递的方式在视网膜和神经元中发挥神经保护作用。机体还可通过激活星形胶质细胞中的PDGF、PDGFR信号调节代谢活动、细胞分化，进而调节神经递质，维持脑微血管系统正常功能[30]。脑损伤发生后，胶质细胞合成并分泌大量PDGF，而PDGF与PDGFR结合可促进转录因子环腺苷酸效应元件结合蛋白活化及转核，同时PDGFR的酪氨酸激酶活性也被激活，导致Akt的底物磷酸化，进而促进细胞分裂、趋化和血管收缩[8，31]。有研究表明，PDGF可保护脑细胞免受体外谷氨酸直接诱导的兴奋毒性和缺氧缺血损伤，同时还可保护海马神经元免受氧化损伤和能量剥夺[8]。PDGF可抑制新生大鼠HIBD后神经细胞凋亡，减轻细胞水肿，对缺氧缺血新生大鼠起到神经保护作用[20]。

3.1促进血管生成 促进新生血管形成是机体在缺血缺氧条件下一种重要的反馈调节机制，新生血管恢复脑内供血供氧是PDGF的神经保护机制之一。PDGF可通过刺激血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子的分泌增加血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子在新生血管内的表达，促进新生血管形成；PDGF还可通过调节内皮细胞迁移、促进血管发生对HIBD起到保护作用[32-33]。Sil等[8]研究证实，在脑缺血发生时，PDGF-BB、PDGFR-β通过内皮细胞、周细胞串扰，在血管生成、血管重构以及神经保护中发挥重要作用。Arimura等[34]研究发现，缺血48 h内脑组织缺血部位的PDGF-BB表达上调；同时，PDGF-BB可促进HIBD后的血管生成，在血管重构中发挥积极作用。在缺血条件下，PDGF-CC也可促进内皮祖细胞增殖、分化，同时还可诱导骨髓细胞增殖、分化为内皮细胞，并刺激内皮细胞迁移[8]。PDGF-DD则可通过诱导巨噬细胞募集、细胞外基质沉积和血管成熟促进血管生成进程；PDGF-DD还可诱导平滑肌细胞增殖、迁移，通过其对平滑肌细胞的影响稳定新生血管[35]。此外，PDGF还有助于调节血管张力，维持和修复血管，并可通过促进少突胶质细胞的增殖减轻HIBD，对脑细胞起到保护作用[36-37]。因此，当新生儿HIBD发生时，PDGF可通过促进血管内皮细胞分裂、迁移加快血管生成，恢复部分血流供应，减轻HIBD。

3.2抗细胞凋亡 细胞凋亡是HIBD神经元受损的主要机制之一，由于新生儿脑成熟度低，缺血后神经细胞和少突胶质细胞祖细胞凋亡更加严重[38]。PDGF可通过PI3K/Akt信号转导控制不同细胞的抗凋亡功能[39]。当HIBD发生时，PDGF通过与PDGFR结合调节机体内RNA转录、蛋白质翻译表达，阻断促凋亡信号，增强抗凋亡信号。如PDGFR-β通过激活PI3K/Akt信号通路诱导强烈的抗凋亡反应，从而抑制p53表达，减少凋亡小体产生，进而抑制细胞凋亡，使损伤后神经元继续存活[20]；PDGFR-α通过激活Akt降低p53水平，而抑制p53可促使细胞抵抗压力，延缓细胞衰老并抑制其凋亡[11，40]。另有研究发现，HIBD区域的周细胞中表达PDGF-BB，而PDGF-BB与PDGFR结合可使Akt发生强烈磷酸化，从而诱导细胞生长和抗凋亡反应[8]。Whitelaw[41]研究发现，内源性和外源性给予PDGF-CC均可抑制遭受不同程度损伤的大脑和视网膜中的神经细胞凋亡。周春清等[42]发现，PDGF可减少缺血缺氧导致的新生大鼠脑细胞凋亡。以上研究均表明，PDGF可抑制细胞凋亡及其诱发的程序性细胞死亡，减少神经细胞凋亡的数量，降低HIBD程度。

3.3降低氧化应激 HIBD最常见的机制是谷氨酸-N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受体介导的兴奋性毒性和氧化应激[3]。在人体器官中，大脑氧化代谢率最高，因此在生化反应过程中促氧化剂的代谢产物——活性氧的产生最多，病理状态下易导致氧化应激[43]。PDGF-BB可通过PI3K/Akt信号通路的抗氧化作用抑制新生大鼠脑中NMDA诱导的兴奋性毒性，并保护神经元免受谷氨酸或NMDA诱导的兴奋性毒性损伤，减少神经细胞凋亡[40]。Osborne等[44]发现，PDGF-B和PDGFR-β在啮齿动物新生脑中的表达上调，且PDGF-B水平与NMDA兴奋毒性呈负相关；而特异性敲除成年小鼠PDGFR-β基因后，小鼠神经细胞的NMDA兴奋毒性及其对兴奋毒性细胞死亡的敏感性均增加。Tang等[28]发现，在不同类型的神经细胞中，PDGF-C均可通过调节糖原合成酶激酶-3β的活性抑制氧化应激，减少神经毒素的产生。因此，PDGF可作为神经元兴奋性的内源性调节剂，通过增强神经细胞中的抗氧化酶活性降低细胞内的过氧化物水平，起到清除氧自由基的作用。

3.4抑制突触传递 在缺血缺氧条件下，脑内释放大量兴奋性神经递质导致神经元死亡[6]。PDGF可通过抑制兴奋性突触传递、降低兴奋性神经递质释放保护脑细胞。动物实验显示，PDGFR-β定位于缺氧缺血小鼠海马神经元的突触前膜和突触后膜，可调节突触的可塑性和功能，并可作为神经调节剂与不同的神经活动密切相关[45]。有研究表明，在HIBD大鼠海马区域短暂应用PDGF-BB即可长期抑制NMDA诱发的电流、降低大鼠海马CA1区锥体神经元的兴奋性突触后电位[46]。PDGF可通过诱导细胞内钙离子释放激活PDGFR-β，进而抑制前馈系统，减少神经元NMDA诱发的电流[47]。此外，PDGF-BB还可抑制由电刺激孤束诱发的α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸介导的小鼠孤束核二级神经元的兴奋性突触后电位[48]。在孤束核区，PDGF-B/PDGFR-β通过协同抑制α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸和NMDA受体的表达减弱谷氨酸能兴奋信号，在HIBD脑细胞的急性缺氧通气反应、功能性适应以及突触可塑性中均具有重要作用[37]。PDGF-BB可通过激活大鼠海马神经元中的促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信号调节激酶信号通路促进Arc/Arg3.1基因的表达，从而抑制突触传递，保护受损脑细胞。此外，PDGF还可诱导突触长时程增强效应，促进HIBD的恢复[49]。综上，PDGF可通过降低神经元诱发电流、抑制突触传递减轻HIBD程度。

4 小 结

新生儿HIBD是多种因素综合作用的结果，目前关于其发病机制的研究已取得一定进展，但仍处于初级阶段，还需进一步探索。近年来，随着分子生物学和基因组学的不断发展，生物制剂逐渐成为新生儿HIBD干预治疗中的研究热点。其中，PDGF在新生儿HIBD的发生发展过程中具有重要作用，可通过多种机制保护缺氧缺血脑细胞，因此有望成为中枢神经系统的特定靶向药物，为新生儿HIBD提供新的思路，同时在改善患儿生活质量，减轻家庭、社会负担等方面也具有重要的社会价值。