神经生长因子

神经生长因子 脑缺血再灌注损伤后神经生长因子保护作用及机制研究进展 詹 剑 【摘要】 神经生长因子(nerve growth factor，NGF)是最早被发现具有神经元营养和促 突触生长双重生物学功能的一种细胞调节因子，具有促进神经元的生长发育、维持神经元存 活，参与受损神经元修复等作用。现将近年来与其相关的文献进行综合，对其在脑缺血 再灌注损伤后的达、保护作用及其机制进行探讨，了解脑缺血再灌注损伤与神经生长因子 表达的关系，以及影响神经生长因子表达的因素，有助于神经生长因子在临床预防和治疗脑 缺血再灌注损伤中的应用。 【关键词】 神经生长因子;脑缺血再灌注损伤;细胞凋亡 【Abstract】The nerve growth factor is one kind of the first discovered cell regulatory factors which possess the dual biological functions of neuron nutrition and promoting synaptic growth and have the effects of facilitating the growth and development of neurons , maintaining the survival of neurons, protecting and repairing the injured neurons. By carrying on the comprehensive analysis with its related literature which is reported in recent years , this paper is to investigate the expression, protective function and mechanism of NGF after cerebral ischemia-reperfusion injury and learn about the relations between NGF and cerebral ischemia-reperfusion injury together with influence factors of expression of NGF. By using these methods,it is helpful to the application of NGF in clinical prevention and treatment practice of cerebral ischemia-reperfusion injury. 【Key Words】nerve growth factor;cerebral ischemia-reperfusion injury ;apoptosis 神经生长因子是神经系统最重要的生物活性分子之一，是最早被发现具有神经元营养和 促突触生长双重生物学功能的一种细胞调节因子，具有促进神经元的生长发育、维持神经元 [1]存活，参与受损神经元修复等作用。神经生长因子在生理情况下能够促进神经元的发育和 [2]成熟，在病理状态下能够保护神经元避免损伤，提高存活率。而脑缺血再灌注损伤必然会 [3]导致迟发性神经元死亡(delayed neuronal death，DND)。 在自然状态下，中枢神经系统(CNS)损伤时都会引起内源性的NGF及其受体的表达 [4,5]增加。因此，神经生长因子在中枢神经系统的损伤修复中具有重要的作用。现分别从脑 缺血再灌注损伤后神经生长因子的表达及分布与细胞凋亡的关系、神经生长因子的脑保护作 用及其保护作用机制及与细胞凋亡的影响等方面综述如下。 1 脑缺血再灌注损伤后神经生长因子的表达及分布与细胞凋亡 神经生长因子在人体内主要分布于脑、神经节、虹膜、心脏、脾、胎盘等组织及成纤维 细胞、平滑肌、骨骼肌、胶质细胞、雪旺氏细胞等。神经生长因子是由感觉和交感神经元支 配的靶组织所分泌，也可由某些其他神经元分泌。由神经元分泌的NGF受神经元的活动所 +调节，也依赖于细胞内Ca的动员释放。脑缺血损伤时脑内源性NGF表达增加，对神经元具 [6]有保护作用。而神经生长因子在脑缺血后表达具有时程差异性以及缺血程度的差异性。 [7]Marz等研究发现，NGF及其受体表达最高的区域为皮层和海马，表达时程因缺血时 间长短和程度轻重不同而不同，但无论缺血时间长短均可出现NGF表达增加，急性期表达 [8]增加一般出现在2 d以内。而陈伟峰等研究发现大鼠脑缺血再灌注损伤后，脑组织BDNF、 NGF含量升高，趋势为2 h开始上升，6 h达高峰，24 h回落接近正常。脑缺血后内源性NGF表达增加对保护神经细胞有重要意义，但这种表达水平有限，且在再灌注6h后就开始下降， [9]难以对受损神经元起全面持久的保护作用。 此外，脑缺血再灌注与细胞凋亡关系密切，在脑缺血以及再灌注过程中伴随的神经生长因子的表达与凋亡细胞的分布有一定的关联性。有研究认为，凋亡是脑缺血等疾病发展过程 ，[10][1112]中神经元死亡的重要形式。Li等研究发现，脑缺血再灌注后迟发性神经元死亡(DND)以细胞凋亡为主，细胞凋亡在脑缺血再灌注后30 min即出现，24,48 h达到高峰;脑缺血再灌注后细胞凋亡是一个不断发生的动态过程，随缺血及再灌注时间延长，细胞凋亡增加，且细胞凋亡主要位于半暗带，提示细胞凋亡对梗死灶的形成起一定的作用。而细胞凋亡被认为是对病理刺激产生的复杂生物反应，可改变基因表达，使细胞内蛋白重定位及激活蛋白水 [13]解酶级联。其中Caspase-3(天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3)是此级联反应中最关键的 [14]效应蛋白酶，决定最终梗死体积。Caspase-3是细胞凋亡执行阶段的关键蛋白酶，通过干预caspase-3表达可减少神经元凋亡。Shimoke等研究发现脑室内注入外源性NGF可防止新 [15]生大鼠缺血缺氧性脑损伤，且可抑制缺血时神经细胞caspase-3、c-fos(原癌基因蛋白)和 [16]CHOP(C,EBP homologous protein))的表达。而另有研究认为，NGF对脑缺血后神经细 [17]胞凋亡有抑制作用 ，这可能是神经生长因子在脑缺血再灌注损伤后的神经保护机制之一。 2 脑缺血再灌注损伤后神经生长因子保护作用 近年研究发现许多细胞因子对脑缺血再灌注损伤具有保护作用。有学者研究发现金属硫蛋白(Metallothionein，MT)对脑缺血再灌注损伤有神经保护作用，可能机制为促损伤神经元 [18]修复。金属硫蛋白是小分子可诱导蛋白，多种生理及病理情况下均有MT的变化，特别是 [19]内源性MT具有清除自由基和抗脂质过氧化的功能。但在脑缺血后神经保护研究中最多的是神经生长因子，作为神经系统中一种重要的生物活性物质，在神经缺血损伤中发挥着重要的保护作用。 [20]Guegan等研究发现神经生长因子对缺血再灌注损伤脑组织有确切的保护和治疗作 [21]用。而神经生长因子在脑缺血后的神经保护作用方面有不同的研究和报道。如陶轶等报道，脑源性神经生长因子可诱导神经干细胞向神经元分化并促进其成熟。而蒋祝昌等研究发现NGF能促进多种中枢及外周神经元的存活和突起生长，并促进体内损伤神经元的修复与 [22][23]再生 ，对神经元的发育和生存、轴突的生长、突触的重构及功能起着重要作用。脑室 [24] [25]内注入外源性NGF可防止新生大鼠缺血缺氧性脑损伤。谭永星等NGF预处理能明显减轻沙土鼠脑缺血再灌注引起的神经细胞凋亡，具有明显脑保护作用，以NGF预处理48 h脑 [26][27]保护效果最好。章军建和刁士元也曾报道脑缺血再灌注后脑室内注射神经生长因子对脑缺血所致的神经细胞凋亡有保护作用。 另有研究认为，原花青素可上调脑缺血再灌注后缺血脑组织内源性神经生长因子的表 [28]达，而起到脑保护作用。但有研究认为，家兔局灶性脑缺血再灌注3 h内给予NGF有较明 [29]显的治疗作用，而缺血再灌注6 h后给药则无明显治疗作用。另有研究发现与神经生长因子有高度同源性的GDNF(胶质细胞源性神经营养因子)在缺血性脑损伤中具有重要作用。 [30]魏传银等研究发现在缺血性模型动物，在缺氧前后分别给予GDNF可明显减轻缺血性脑损伤。 3 脑缺血再灌注损伤后神经生长因子保护作用机制及与细胞凋亡的影响 近年来的研究发现，许多细胞因子参与脑缺血再灌注损伤的过程。其中核因子-κB(NF- [31]κB)是神经系统损伤时调节细胞反应的重要信号因子，不仅参与了脑缺血后的损伤过程， [32]还可能在神经干细胞的增殖、迁移和分化中起着重要作用。脑源性和外源性NGF在脑缺血后神经保护方面都有重要的作用。 [33]石胜良等研究报道脑缺血再灌注损伤后经侧脑室给予vNGF，可以通过正性调NF-κ [34]B转导通路和负性调节ERK通路,从而促进神经再生和恢复神经缺损功能。曲鹏等研究发现，脑缺血再灌注损伤后诱导IL-1β(interleukin-1β)蛋白表达，NGF明显降低缺血再灌注大鼠顶叶皮质IL-1β蛋白表达，这可能是NGF发挥神经保护作用的分子机制之一。白细胞介素-1β(IL-1β)是一个调控急性脑缺血复杂病理变化的炎症因子，参与缺血后组织破坏、水肿形成等病理损伤。脑缺血再灌后IL-1βmRNA蛋白水平升高，应用外源性IL-1β可加重 [35]脑损伤，而使用其受体拮抗剂则可减轻炎症反应。杨冀萍等报道，NGF脑保护治疗时间窗与caspase-3表达相关，抑制caspase-3表达可能是NGF介导神经保护作用的机制之一。而半胱天冬酶-3(Caspase-3)是细胞凋亡执行阶段的关键蛋白酶，通过干预caspase-3表达可减少神经元凋亡。 [36]而Krekoski等研究证实NGF通过与反应性神经元表面特异性受体结合而起作用，其 [37]活性由两个受体蛋白P75和trk(酪氨酸激酶)来调节。卢宏等研究报道神经生长因子能影 ++++响膜上Na-K泵的活性，从而稳定脑内Na-K浓度，缓解兴奋性氨基酸的神经毒性，神经生长因子还能通过激活trkA受体引起胞内系统继发变化。脑缺血再灌注损伤可诱导c-fos、c-jun蛋白的表达和细胞凋亡。而NGF可通过促进Bcl-2蛋白和或抑制caspase-3、c-fos、c-jun 38—40[]和p53蛋白的表达减少缺血所致的神经元凋亡。而这几种与凋亡有关的蛋白在神经元凋亡的发生机制中有不同的调节作用。Bcl-2能够阻止细胞色素C从线粒体释放到细胞质，从而抑制了细胞凋亡。caspase-3被认为是各种凋亡刺激因子激活的caspase家族中的关键蛋白酶。局灶性脑缺血可以引起c-fos在缺血侧皮层的大量表达，抑制这种表达，能使局灶性脑 [41]缺动物模型的脑梗塞灶减小，完全阻断c-fos表达，导致脑梗塞灶体积明显增大。董玮等研究证实NGF对脑缺血再灌注损伤有保护作用，可能机制为抑制NOS活性;NGF可通过抑制NOS活性升高，减轻NO的神经毒性作用，最终延缓钙超载，减少DND发生，发挥脑缺血再灌注损伤保护作用。 综上所述，近年来脑缺血再灌注损伤与神经生长因子的研究表明脑缺血再灌注损伤后神经生长因子具有神经保护作用，其可能的机制为:?拮抗兴奋性氨基酸的神经毒性。NGF ++2+通过稳定脑内Na-K浓度，缓解兴奋性氨基酸的神经毒性;?稳定细胞内Ca的浓度。NGF可通过抑制NOS活性，延缓钙超载。?抑制缺血所致的迟发性神经元死亡。NGF可通过促进Bcl-2蛋白和或抑制caspase-3、c-fos、c-jun和p53蛋白的表达，而抑制迟发性神经元死亡。?抑制炎症反应机制。NGF明显降低缺血再灌注大鼠顶叶皮质IL-1β蛋白表达，抑制脑缺血再灌注损伤炎症反应，发挥脑缺血再灌注损伤后神经保护作用。 参考文献: [1]Yuen E C，Mobley W C. 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