神经生长因子与脑梗死的相关性分析

李 扬，陈晓迪，李爱丽

(吉林大学第二医院 神经内科，吉林 长春130041)



*通讯作者

神经生长因子与脑梗死的相关性分析

李 扬，陈晓迪，李爱丽*

(吉林大学第二医院 神经内科，吉林 长春130041)

近年来，我国脑梗死发病率呈连续攀升的趋势，日益增长的病死率、致残率，使脑梗死成为严重危害人类健康的“杀手”之一，同时由于其高致残率，给病人心理也造成了极大压力。青年人脑梗死患者的比重增加，使患者及亲属背负的负担变得愈加繁重。如何保护和修复受损神经细胞，最大限度地降低致残率和死亡率，是医治脑梗死的重点。快速、有效地治疗脑梗死的临床手段，越来越受到临床一线医师的重视。NGF是目前可以应用于临床治疗的神经蛋白质因子[1]，对调节神经细胞的生发、分化，维持成熟神经细胞生存以及对损伤神经的修复具有重要意义及临床价值[2,3]。自1986年意大利科学家Levi-Montalcini通过实验证明NGF可促进神经系统的生长发育，并因此获得第86届诺贝尔生理奖和医学奖以来，众多国内外专家、制药公司及药物研究机构对NGF进行了深入的研究与开发，其探索重点也逐渐转移至中枢神经系统，NGF对于脑梗死的临床应用价值也不断得被挖掘，并逐步应用于临床治疗。

1 NGF的生物学特性

1.1 NGF的结构及分布

NGF是一种具有高同源性的碱性蛋白分子，相对分子量约为140×10 kD，基因编码定位于1号染色体。α、β、γ三个亚单位以非共价键的方式，并依据α2β2γ2的形式构成NGF多聚复合体，β亚单位是整个蛋白分子的活性区域，我们一般所指的NGF，即为β-NGF[4]，它由2条相同的肽链通过非共价键组成二聚体，总计236个氨基酸。成熟的NGF有3对链内二硫键，分别对应连接链内6个半胱氨酸残基，二硫键对于维持NGF的生物活性至关重要，二硫键一旦被破坏，其生物活性也将不复存在。NGF的表达不局限于中枢神经系统内，亦可见于其他组织，正常生理状态下NGF在脑内的浓度由低到高依次为Striatum、cerebellum、basal forebrain、olfactory bulb、cerebral cortex和hippocampus，在各脑区呈不均衡分布[5]。NGF的高度同源特性致使目前NGF的各类上市产品主要从雄性小鼠的颌下腺中提取、纯化，称为鼠NGF(mouse nerve growth factor，mNGF)，mNGF与人NGF同源性可高达90%，且都能促进中枢及外周神经系统的发育和分化、维持成熟神经细胞的正常生理功能、提高损伤神经的修复效率。在生物效应方面没有显著的种属特异性，使得mNGF在临床研究与治疗中得到广泛应用。

1.2 NGF的受体及信号传导通路

根据NGF表面糖蛋白与凝集素结合能力差异，其受体类别可分为高亲和力受体酪氨酸激酶A(tyrosine kinase receptor A，Trk A)和低亲和力受体神经营养素p75(neurotrophin receptor p75)[6]。Trk A受体分布在NGF效应细胞的细胞膜上，是NGF的功能性受体，可与NGF特异性结合，启动信号传导通路，进而产生生物学效应；p75是弥漫分布在中枢神经系统的跨膜糖蛋白，富含半胱氨酸，分布范围较广，虽然与NGF结合不能直接发挥生物学效应，但p75可识别NGF家族所有成员并与之结合，发挥其独特的功能[7]：(1)通过提高Trk A与NGF的亲和力及结合后的信号传导速度[8]，间接地调节酪氨酸激酶的活性；(2)激发病损轴突逆向运输NGF，使其到达胞体参与神经修复，多见于周围神经损伤；(3)促进神经鞘磷脂水解；(4)通过鸟苷酸结合蛋白耦联机制传递生物信息；(5)在促进细胞凋亡中占据重要地位。

Trk A和p75分别与神经生长因子相互作用，调控着不同的信号通路，Trk A与NGF结合后所介导的信号通路主要有[9]：①MAPK通路：促进B-cell lymphoma-2基因表达，产生细胞存活促进因子，减缓细胞凋亡利于细胞生存；②PLC-γ通路：可促进神经细胞的存活；③PI3K/PKB通路：调控神经细胞的存活。而p75与NGF结合后传导信号的通路包括：①NF-κB通路：此通路可使Trk A的活性增强；②JNK-p53-Bax通路：诱导细胞的凋亡；③神经酰胺(ceramide)通路：蛋白激酶C(PKC)可与不同浓度的ceramide相互作用，使得此通路介导的生物学效应具有双效性。高浓度ceramide能降低PKC活性，加速神经细胞得凋亡。低浓度ceramide则激活PKC，对神经细胞的生发有促进效果。Trk A一般介导如促进神经细胞生发的正性信号，p75则既能介导促进神经细胞存活的正性信号，又能传递神经细胞凋亡的负性信号，但多以后者为主。两种受体发出的信号或一致或对立，产生的生物学效应相互促进或是拮抗[8]，对调控神经细胞的存活、生长、分化、成熟神经细胞的功能及受损细胞的修复具有重要意义。当Trk A与p75同时表达时，Trk A可抑制p75诱导负性信号的能力，加快受损神经细胞增殖，所以其生物学总效应是促进神经细胞生发与修复。

1.3 脑梗死的病理变化和NGF的生物学效应

在脑梗死发生的早期，梗死区域的动脉内膜出现损伤，胆固醇逐渐沉积于破裂的内膜下方形成粥样斑块，使整个管壁厚度增加，变得僵硬，管腔形态呈弯曲、狭窄样，最终造成动脉完全闭塞，损伤的供血区形成缺血性梗死，常伴随毛细血管周围血液呈点状流出和脑部水肿。病灶处在脑梗死后期缓慢缩小，格子细胞清理掉坏死的组织，留下空腔和瘢痕组织，一般称为缺血性坏死。大脑对缺血、缺氧的耐受性较其他器官最低，短时间即可引起梗死[10]。中央坏死区和周围的缺血半暗带共同构成了脑梗死急性期病灶，由于动脉完全闭塞致使区域内神经细胞死亡是中央坏死区最大的特点，而周边的缺血半暗带尚留存部分侧支代偿性循环，缺乏养料的神经细胞能得到一定的血液供应，恢复的血供能立即改善灶内部分神经细胞的生存环境，给予细胞存活及功能恢复的保障，由此可见改善处于缺血半暗带细胞的养料供给条件是脑梗死急性期治疗的关键。

NGF与其受体结合后所引发的生物学效应，不但可以促进神经系统发育阶段，而且对神经系统目前的成熟状态进行维持，还可以对神经系统损伤状态进行修复，在非神经系统中也有部分作用[11]。其中，对神经系统损伤状态的修复作用，是NGF可以治疗脑梗死的生物效应依据。神经系统受损时，脑内NGF mRNA在病变处转录增多，通过稳定神经细胞存活的内部微环境和营造适合神经细胞生长的外部微环境，对受损神经细胞发挥保护作用，对处于可逆性损伤的神经细胞和胶质细胞在免遭继续损害的基础上进行修复，减缓脑梗死产生后神经细胞的死亡并改善可能相伴的神经功能缺损症状。

2 NGF治疗脑梗死的效应机制

脑梗死病灶的中央坏死区为不可逆损害，其周边缺血半暗带有部分神经细胞尚存在可拯救的条件，属于可以进行临床挽救的范畴[12]。NGF能加速缺血半暗带内可挽救区域损伤细胞的修复，缩减梗死灶，还原其正常功能。脑梗死致神经细胞损伤机制及NGF相应的治疗效应机制如下[13-15]：(1)自由基(Free radical，FR)过多：FR在生物体内普遍存在，正常生理情况下FR处在生成和灭活的平衡态，具有保护机体清除毒物的作用。脑梗死发生时，FR代谢失去平衡，氧自由基过多对梗死区组织造成损伤。NGF可加强谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase)、SOD、Glutathione peroxidase等FR清理剂的活性，提高FR清除率，减少对病灶处细胞的侵害；(2)兴奋性氨基酸(excitatory amino acids，EAA)的神经毒性影响：胞内EAA主要是谷氨酸和天冬氨酸等酸性氨基酸，谷氨酸是中枢神经系统含量最多、作用最强的兴奋性神经递质，可参与多种生化反应。多项实验证明，脑梗死时谷氨酸浓度不能恢复到正常水平，可引起急性、迟发性神经元坏死。NGF通过调控胞膜上离子通道、增强神经细胞和神经胶质细胞对EAA的摄取、减少EAA的超量释放以及抑制EAA受体的生成等途径，缓冲脑内酸性氨基酸浓度异常引起的反应性O2-增高及Ca2+剧增；(3)细胞内Ca2+浓度的稳态被打乱：多种Ca2+通道使生理状态下Ca2+浓度梯度于细胞内外均保持稳定。脑梗死引发兴奋性氨基酸的受体异常活跃，导致Ca2+内流加剧，耗损大量的自由能使离子泵运作受限，胞内积聚的Ca2+难以排出，线粒体和内质网摄取Ca2+能力下降，Ca2+与钙结合蛋白、钙调素结合能力降低，以上诸因均造成细胞内Ca2+超载。NGF通过诱导钙调素的表达、影响钙通道与钙排出系统的活化，从而促进Ca2+排出、缓冲胞内Ca2+浓度的上升以及减少Ca2+内流，最终使胞内Ca2+处于稳态，使损伤细胞得以保护；(4)引发神经细胞凋亡(apoptosis)：脑梗死发作时可激活各类调控神经细胞凋亡的因子，NGF可以通过调控Bcl-2/Bax、HSP70、c-fos、c-jun、Fas、P53、Caspase-3、ERK-1等多种与凋亡相关蛋白的表达，减缓受损处apoptosis速度；(5)一氧化氮(NO)的毒性作用：NO在生物体内由L-精氨酸(L-Ang)和O2经NO合成酶( nitric oxide synthetase,NOS)催化生成。NOS可存在于神经细胞内，具备多种生理功效。NO在梗死早期可以促进缺血半暗带区血液循环，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，拥有两种作用。NGF可以降低NOS的活性，抑制NO的负性作用。

除上述之外，NGF另有五种生物学效应来修复脑梗死所致的神经损伤：①NGF可直接促进轴突定向再生，促进髓鞘形成，防止脱髓鞘病变，重建细胞靶器官的神经功能环路[16]；②NGF通过提高神经细胞的代谢率来增强对氨基酸和小分子物质的摄取、加强对葡萄糖的利用，最终增加神经细胞DNA、RNA和蛋白质的合成，奠定受损神经细胞修复的物质基础[17]；③NGF通过促进血管内皮细胞增殖、迁移以及VEGF的表达，诱导血管再生，改善缺血区的血液供应[18]；④TRPM7(transient receptor potential melastatin 7)在缺氧性神经细胞死亡中起重要作用，NGF激活Trk A后，可以抑制海马神经元TRPM7表达的上调，来间接延缓脑梗死所致的神经细胞死亡[19]；⑤NGF可刺激神经干细胞(neural stem cell，NSCs)增殖、分化为神经细胞[20]。通过近来对NGF和NSCs深入地探究，中枢神经系统产生新的神经细胞和修复病损区的能力与脑内NSCs之间的关系逐渐明朗，NSCs在一定的条件下能够分化为星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经细胞，病灶处缺血缺氧导致中枢神经系统内环境产生改变、各种NGF的浓度出现变化，使NSCs得以激活，在病损处表达或者在其他部位大量增生后由趋化因子引导进入损伤区域分化，对可挽救区的神经细胞产生功能代偿和损伤修复。

3 NGF的给药时间及途径

脑内NGF在正常生理状态下的含量非常少，但对神经细胞生发的各个阶段及病损后的修复起着无可替代的作用。脑梗死造成的中枢神经系统损伤，会解除细胞表面高亲和力NGF受体Trk A的封闭状态，使之能够再次表达并将表达水平调整到适宜的新高度，进而增加脑源性NGF表达，表明维护损伤的神经需要NGF的滋养和支持。然而维持脑源性NGF大量表达的时间极短，表达水平提升的高度也有限，无法全面而持久地对受损神经细胞起到保护和修复作用。此时适当补充外源性NGF就显得尤为重要，为探讨外源性NGF是否具有缓解脑梗死急性期病情及促进缺损神经功能恢复的作用，方琪等[21]采用随机分组法，对120例不同时期脑梗死患者使用外源性NGF并观察疗效，结果表明，在脑梗死急性期(发病后24小时、4 天、10 天)使用外源性NGF治疗者，临床神经功能缺损平均减少分数显著高于在恢复期(发病30 d)使用者。这一结果显示NGF在脑梗死急性期即可发挥缓解病情并促进缺损神经功能恢复的功效。周邑东等[22]随机将84例急性脑梗死患者分为观察组和对照组，在相同常规内科药物治疗的基础上，给予观察组mNGF肌内注射治疗，通过对比两组患者的各项实验结果，以此来探讨mNGF对急性脑梗死患者神经、运动功能的影响，结果发现观察组的治疗有效率、巴塞尔指数及Fugl-Meyer评分均高于对照组(均P<0.05)，NIHSS评分低于对照组(P<0.05)。提示mNGF能有效降低神经功能缺损损害，促进运动功能恢复，提升日常生活质量。所以，只有在脑梗死急性期应尽早通过一定的给药途径来直接、及时、充足地给予外源性NGF如mNGF，改善梗死区血液循环，其保护和修复作用才能充分体现。

目前广泛用于治疗脑梗死的鼠颌下腺提取的mNGF一般经肌肉注射方式给药，其为水溶性的大分子蛋白，在自然状态下无法透过血脑屏障，但在脑梗死急性期的病理状态下，因血管内皮损伤，血脑屏障受损开放，血脑屏障通透性暂时增加，神经生长因子可以通过受损的血脑屏障进入中枢神经系统，在脑组织中达到较高的浓度，从而发挥神经保护和修复作用。有实验发现[23]，补充外源NGF可以减小局部脑缺血所致的梗死体积，所以也体现出了脑梗死急性期尽早使用NGF的必要性。除上述较为普遍的肌肉注射方式给药外，目前还有几种非常规的给药途径[24,25]：①经鼻-嗅神经通路用药；②放置脑外导管将NGF注入脑内；③颅内注入可表达NGF的重组成纤维细胞；④NGF滴眼液。

4 小结

多项实验表明mNGF治疗急性脑梗死效果显著，对恢复认知能力、减缓语言障碍和提升运动功能都有促进作用[26]。总之，对急性脑梗死患者，在急性期及时补充外源性NGF，可减少神经细胞的损害，改善运动功能，提高患者生存质量。NGF对脑梗死后神经损伤的病理生理过程发挥综合治疗作用，能促进原有损害的神经组织逐渐修复并恢复正常的功能。针对各种原因引起的脑梗死，NGF均具有良好的临床应用价值。NGF在临床应用中不良反应轻微，治疗急性脑梗死的安全性较高，常见不良反应为局部疼痛、一过性转氨酶升高、荨麻疹，偶见结膜充血[27]。随着对NGF探究得深入，其临床适用领域必将愈加广泛。

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1007-4287(2016)10-1792-04

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