神經生長因子在糖尿病心血管系統病變中作用的研究進展

高 盼 岳 維

糖尿病是一組以血糖持續性升高、糖脂代謝紊亂和胰島細胞破壞為特征的慢性代謝性疾病。這種疾病幾乎影響身體的每一個組織，誘發重要的器官功能障礙，導致糖尿病相關的高發生率和高病死率。心血管系統疾病是糖尿病病程中重要的合并癥，病理過程主要累及內皮細胞、血管組織，同時引起氧化應激反應等，造成血管功能狀態改變、內皮細胞凋亡和心肌纖維化[1]。神經生長因子(NGF)被認為是參與細胞增殖、分化和神經元髓鞘形成的趨化因子，然而，研究發現NGF還可通過自分泌與旁分泌的作用方式在心血管系統中調節內皮細胞、血管平滑肌細胞、心肌細胞和神經組織的存活和生長[2]。糖尿病心血管疾病的致病因素有很多， NGF表達下調也是其中一個致病因素。NGF表達下調后，可影響多器官信號通路活性，如氧化應激反應、腎素-血管緊張素系統和內皮細胞功能等，導致血管調節功能障礙、內皮細胞損傷和心肌纖維化影響血管和心肌收縮功能。

一、神經生長因子概況及其生物學效應

神經營養因子作為蛋白類物質對神經元的發育、存活和凋亡起重要作用，其神經營養因子家族成員包括NGF、腦源性生長因子(BDNF)、神經營養因子3(NT-3)、神經營養因子4(NT-4)等。NGF是Rita Levi montalcini和Stanley Cohen 發現的神經營養因子家族的重要一員，也是一個已經得到充分研究的神經營養因子。NGF合成后以囊泡形式與靶器官神經元或者神經末梢低親和力受體(p75NTR)和高親和力受體(Trks)結合。NGF經逆向軸漿轉運形式被運輸至胞體，通過第二信使轉導，對靶區域內細胞的基因表達進行調控，然后誘導相關神經遞質合成，蛋白質磷酸化、甲基化修飾和ras-蛋白的基因表達及所需酶的合成。同時，對交感神經神經元和周圍神經系統的小纖維感覺神經元進行營養和促進其再生，發揮交感神經、感覺神經和中樞部分膽堿能神經元發育、分化，損傷修復等生物學效應[3，4]。NGF作為一種“多向性”分子，除了維持神經系統的正常生理功能之外， NGF還促進新生血管形成、內皮細胞NGF受體表達、平滑肌細胞和心肌細胞存活，并參與組織炎癥、神經肽表達調節和外周組織再生等多種外周活動[5]。

二、NGF及其受體

1.NGF的合成:NGF最早于1949年在一項小鼠肉瘤植入雞胚實驗中被Levi.MontalciniR發現，經過分離純化被定義為一種蛋白質，其轉錄翻譯后合成較大且復雜的復合物稱為7S復合物。其7S前體蛋白復合物由3種不同的分子組成:α亞基：功能未知；γ亞基：具有蛋白酶活性；β亞基：NGF的生物活性形式[5]。

2.NGF受體及信號通路:研究表明，NGF是一個高度保守的分子，具有高度的種間同源性，其生物學活性由兩個結構無關的受體調控：低親和力p75NTR受體和Trk酪氨酸激酶受體家族的高親和力TrkA受體[6]。NGF通過與這兩類受體結合發揮生物學作用。

高親和力受體酪氨酸蛋白激酶，包括3種類型：TrkA、TrkB和TrkC，統稱為Trk受體。由于組織環境和親和力的不同，NGF更易于與TrkA結合。NGF與TrkA結合，促進TrkA磷酸化，觸發下游信號通路：磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase,PI3K)、激活絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)及磷脂酶(phospholipase C, PLC)。同時，NGF-TrkA 也可以激活MAPK-P38和MAPK-JNK通路而發揮細胞保護作用同時減少炎性反應的作用。MAPK/細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK) 通路可激NF-κB和 Rho激酶信號途徑，促進神經元的分化和軸突生長。這一通路主要作用參與神經和細胞的增殖、分化、凋亡和葡萄糖轉運，同時激活下游第二信使與細胞內相關蛋白3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(3-inositol dependent protein kinase 1，PDK1)和Akt結合，活化的Akt蛋白在磷酸化作用下激活或抑制下游蛋白Foxo3a、caspase-9、Bad蛋白等，進一步調節細胞增殖分化、凋亡來發揮生物學作用[7]。

低親和力受體p75NTR是腫瘤壞死因子受體超家族成員，其主要的生物學作用是調節神經元生長，誘導神經元凋亡。NGF、p75NTR和TrkA相互組合形成穩定的聚合物，且p75NTR可以聚集大量的NGF使之與TrkA穩定結合[8]。

三、糖尿病心血管疾病中NGF的作用

1.與動脈粥樣硬化的關系:動脈粥樣硬化是一種慢性進行性血管病變，其病理學因素包含多種方面。首先是病變處平滑肌細胞、巨噬細胞及T細胞的聚集，其次是膠原蛋白、彈性纖維蛋白及蛋白多糖增多和平滑肌細胞的增殖，最后是脂質的沉積。Noller等[9]發現，動脈粥樣硬化的進展能夠引起交感神經的重構，而NGF是交感神經元存活和軸突生長的必需物質。動脈粥樣硬化形成比較復雜，起初新生內皮細胞擴張引起單核細胞聚集、浸潤，而后分化為巨噬細胞。病情進展過程中單核細胞和巨噬細胞分泌NGF，同時出現NGF受體過度表達，導致交感神經過度支配，加重了動脈硬化的進程。NGF 作為一種神經保護因子，可在ERK1/2和PI3K/Akt信號通路的介導下，激活Akt和有絲分裂原-激活素等信號轉導途徑，上調VEGF的表達，促進血管內皮祖細胞增殖、遷移、分化，介導血管生成[10]。王剛[11]研究發現，外源性給予NGF可引起損傷后人臍靜脈血管內皮細胞的細胞活力提升、ROS的產生、細胞凋亡率降低、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽分泌量增加，從而提高細胞抵抗氧化損傷的能力，并且通過NGF與TrkA受體相結合降低caspase-3表達，減弱氧化應激反應，可減少氧化應激誘導的細胞凋亡。表明NGF對血管內皮細胞損傷具有保護作用，并通過TrkA受體抑制細胞凋亡，對防止動脈粥樣硬化的產生具有重要價值。

2.與心肌缺血的關系：眾多研究表明NGF具有神經保護作用，大鼠嗜鉻細胞瘤PC 12細胞是交感神經元的常用模型，NGF通過激活絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節激酶(MAPK/ERK)途徑(包括p44/42 MAPK和p38 MAPK)，在血清缺少狀態下誘導神經元突起生長。Meloni等[12]研究顯示，運用轉基因方式向糖尿病小鼠體內轉染NGF基因可激活AKT/Foxo3a通路，從而抑制Foxo3a轉錄因子引發的促凋亡和負性血管調節作用，起到心肌保護作用。表明NGF可能通過Akt/Foxo3a通路調節途徑來抑制糖尿病小鼠心肌病的產生。另有研究發現，糖尿病心肌病的發病過程中NGF不僅發揮著神經保護作用，同時NGF還可在心血管系統發揮促生存作用，增加血管再生能力，抑制內皮細胞凋亡[13]。在體大鼠研究表明，心肌I/R后引起ROS分泌增加產生心肌細胞毒性作用，同時損害心交感神經和感覺神經的痛覺感受功能，而 NGF和BDNF的變化可能在一定程度上減少ROS的產生，保護心臟神經組織功能[14]。Zheng等[15]進行了糖尿病小鼠離體心臟I/R損傷實驗，外源性給予離體小鼠I/R心臟NGF治療，結果發現NGF可延緩糖尿病小鼠缺血區域的神經損傷，與對照組比較，經NGF治療組LVEDP降低，LVSP、+dp/dtmax和CF都增加，說明NGF改善缺血后心功能，對糖尿病神經性病變和缺血性心肌起保護作用。Ke等[16]研究發現，對離體心臟進行NGF灌注，可激活心肌的PI3K/AKT通路，抑制ER應激反應產生的細胞凋亡作用，保護缺血心臟免受I/R損傷。這些結果表明，NGF家族參與心肌缺血的病變過程，并可能通過保護心臟神經發揮一定的生物學作用。

3.與心律失常及心臟性猝死的關系:糖尿病常伴發心臟自主神經病變，該并發癥是心源性猝死的高危致病因素。交感神經和副交感神經在心臟組織的支配范圍是極其豐富的，并且生物調節機制復雜。交感和副交感神經之間有效的作用和相互平衡維持著心臟的正常功能。心臟自主神經病變發生時，交感神經和副交感神經之間的平衡紊亂，心臟交感神經失神經，致命性心律失常和心臟猝死的發生率呈顯著增加[17]。在心肌梗死并伴有完全性房室傳導阻滯犬模型中，將NGF分別注射到兩側星狀神經節中，與正常未注射NGF組比較，注射NGF一側的非梗死區心室組織表現出交感神經過度生長和分布現象，這表明外源性給予NGF作用于星狀神經節，可促進心臟交感神經的生長和分布[18]。劉野等[19]研究發現，糖尿病病程進展心肌細胞中NGF的表達下調，引起心臟交感神經損傷，導致心臟交感神經去神經支配。糖尿病心臟自主神經病變引起左心室心肌組織各層NGF分布水平的下降和區域內各神經分布紊亂，其中交感神經發生去神經化支配，其去極化發生部位和NGF分布不均勻程度十分吻合。心臟電生理的異質性常導致心律失常的易感性增加，其原因可能與心臟交感神經不均衡的神經支配增加有關。外源性NGF的干預可促進了感神經再生，糾正交感神經和迷走神經的支配失衡，降低室性心律失常的易感性和發生率。

有研究者認為，NGF在心肌組織內的表達變化與心律失常和猝死的發生密切相關。因此，為了預防糖尿病慢性心肌損傷和心肌梗死引起的心律失常和心源性猝死，修復和再生糖尿病期間損傷的交感神經支配對于糖尿病心律失常患者可能是至關重要的。 NGF能促進神經系統的存活和再分化，其神經修復作用可能會成為治療這一疾病的新的治療思路。

4.與心力衰竭的關系：在大量的心力衰竭模型中，筆者發現NGF可以對交感和感覺神經的異常狀態進行調節。大鼠心力衰竭模型中，星狀神經節和背根神經節NGF含量顯著降低，說明慢性心力衰竭影響星狀神經節和背根神經節NGF的表達[20]。心力衰竭發生進展的病理生理學機制是左心室重塑,以心肌肥大和舒縮功能下降為主要標志。甄潔等[21]建立的心力衰竭模型顯示心臟向心性肥大，并出現舒縮功能障礙，心臟發生缺血后經檢測，心肌組織TH表達下降，但心肌NE含量增加，同時觀察心肌組織相關蛋白發現NGF和TrkA蛋白表達在心力衰竭心臟中顯著下降。因此甄潔等[21]認為發生心力衰竭時交感神經活性的顯著提高與心室重塑共存，但神經再生速度滯后于心肌細胞的增長，因此交感重塑相對于心肌細胞重塑而言其交感密度是相對下降的，同時心力衰竭大鼠NGF和TrkA表達也顯著降低。另外，Kaye等[22]研究發現，心力衰竭大鼠NGF和TrkA蛋白表達顯著降低，引起交感神經分化與再生能力下降，最終導致交感神經分布密度降低，自主調節紊亂。這一研究結論在另一方面證明了心力衰竭疾病與交感神經引起的NGF和TrkA蛋白下降存在相關關系。前文描述的研究結果證明，心力衰竭的發生引起交感神經分布密度相對下降，同時NGF和TrkA蛋白顯著降低，而交感神經的生理功能維持與NGF的關系密不可分，心肌中NGF和TrkA的含量下降，最終導致心臟交感神經分布的減少，自主調制紊亂，說明心力衰竭過程中與NGF相關的病理生理過程可能是心臟功能發生異常的原因。

綜上所述，神經生長因子在糖尿病心血管疾病有著密不可分的聯系，通過與不同受體結合發揮神經保護作用，同時促進內皮細胞、血管平滑肌及心肌細胞存活或凋亡。參與冠心病，心肌缺血、心力衰竭和心律失常等疾病的病理過程并發揮相應調節作用。基于神經生長因子的治療策略可有效修復損傷心功能，提高臨床治療效果。