神經(jīng)生長因子與哮喘

佘巍巍 王昌明 (桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，廣西 桂林 541001)

神經(jīng)生長因子與哮喘

佘巍巍 王昌明 (桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，廣西 桂林 541001)

神經(jīng)生長因子;支氣管哮喘;氣道炎癥

近年來研究發(fā)現(xiàn)哮喘及其他許多致敏性疾病的發(fā)病可能與神經(jīng)生長因子(NGF)直接相關(guān)〔1〕，同時人們發(fā)現(xiàn)NGF與變態(tài)反應(yīng)性和炎癥性疾病的發(fā)病有關(guān)〔2〕。哮喘患者體內(nèi)存在神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)失衡，表現(xiàn)為以NGF為主的神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)肽的過度表達。NGF在周圍神經(jīng)系統(tǒng)的交感和感覺神經(jīng)的生長和分化中發(fā)揮重要作用。越來越多的證據(jù)表明，NGF是一種多功能的細胞生長和調(diào)節(jié)因子，除對神經(jīng)系統(tǒng)的作用外，也參與免疫炎癥調(diào)控及復(fù)雜的神經(jīng)-免疫相互作用，并認為是神經(jīng)可塑性和免疫可塑性的雙重調(diào)控介質(zhì)〔3〕。近年來，研究〔4〕發(fā)現(xiàn)NGF在支氣管哮喘等變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)病過程中亦有重要作用。本文就NGF的生物學(xué)特征、氣道炎癥、信號通路和氣道重塑的關(guān)系作一綜述。

1 NGF的生物學(xué)特征

NGF編碼基因位于1號染色體短臂近端，氨基酸序列在脊椎動物之間高度保守，功能也相似。NGF是一種對神經(jīng)細胞生長、分化起營養(yǎng)作用的神經(jīng)肽類。其分子質(zhì)量為140 kD的糖蛋白，它由 α、β、γ3種肽鏈，按 α2βγ2的比例構(gòu)成的以共價鍵結(jié)合的多聚體及2個鋅指結(jié)構(gòu)構(gòu)成。α亞單位為非勻質(zhì)性酸性蛋白可以阻止γ亞單位對β亞單位的水解;β亞單位由2條氨基酸單鏈經(jīng)非共價鍵結(jié)合在一起的二聚體;γ亞單位由233個氨基酸組成，有脂酶活性，可將無活性的β亞單位轉(zhuǎn)化為有活性的β亞單位。各個亞單位以“半胱氨酸結(jié)點”結(jié)合，來維持β-NGF生物學(xué)活性。

2 NGF受體及信號通路

NGF及其受體屬于神經(jīng)營養(yǎng)因子家族。NGF的生物學(xué)效應(yīng)主要是通過其高親和力受體酪氨酸激酶(Trk)A介導(dǎo)的，而最近的研究〔2〕表明其低親和力受體p75在介導(dǎo)NGF功能中也起重要作用，NGF受體廣泛表達于外周及中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的神經(jīng)元，同時這些受體也表達于非神經(jīng)元細胞，包括免疫炎性細胞、肌細胞和上皮細胞。NGF靶細胞上有3種結(jié)合部位，即膜結(jié)合部位(膜受體)、核結(jié)合部位(核受體)、與突觸結(jié)合部位(突觸受體)。NGF與膜受體結(jié)合后呈內(nèi)在化，絕大部分與溶酶體發(fā)生作用，僅很少部分進入細胞核。這部分NGF攜帶著必要的生理信息，對于聯(lián)系轉(zhuǎn)錄作用是必不可少的，NGF如果不與膜受體結(jié)合就不發(fā)生效應(yīng)。但內(nèi)在化并不是NGF起作用的全部生化過程，NGF的作用也依賴于膜結(jié)合與核結(jié)合。軸突膜上的NGF受體具有飽和性和專一性。NGF有兩種結(jié)構(gòu)方面并不相關(guān)的受體:一種是高親和力的NGF受體TrkA，是由原癌基因Trk編碼的一種酪氨酸蛋白激酶(PK)受體。另一種是低親和力的NGF受體p75，是一種糖蛋白，主要在對NGF起反應(yīng)的細胞上表達，與細胞凋亡和細胞遷移有關(guān)。受體的特性決定于它與NGF的親和力。已知NGF對TrkA有高親和力，而對p75NTR則呈低親和力。NGF可單獨與任一種受體結(jié)合;這兩種受體又有協(xié)同作用，并由此顯出生物學(xué)活性。NGF-TrkA受體的活化包括兩條不同的信號途徑:PKC選擇地激活p38和ras/raf通路，有選擇地活化細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2。近有研究〔5〕報道，Akt/PKB參與了哮喘發(fā)病機制中 NGF介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)通路。既往的實驗也證明 Akt/PKB能上調(diào)肺及C7-T5段脊神經(jīng)節(jié)及相應(yīng)脊髓后角內(nèi)白細胞介素(IL)-1β的表達，也能上調(diào)肺組織內(nèi)血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)的表達〔6〕。湯渝玲等〔5〕用人支氣管上皮細胞株進行細胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，NGF可能通過激活絲裂原活化蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(Ras/MAPK/c-fos信號傳導(dǎo)通路)來上調(diào)人支氣管上皮細胞神經(jīng)肽受體(NK-1R)的表達，參與哮喘神經(jīng)源性炎癥。

3 NGF與哮喘氣道重塑

哮喘氣道重塑指支氣管肺組織上皮細胞的損傷和修復(fù)，杯狀細胞增生，上皮下纖維化，氣道平滑肌增殖、肥大，氣道平滑肌細胞遷移及炎癥細胞浸潤和支氣管新生血管形成〔7〕。NGF參與哮喘氣道重塑〔8〕，哮喘氣道重塑包括支氣管肺組織上皮細胞損傷和修復(fù)兩個病理過程。其主要病理特征是:上皮下基質(zhì)纖維化，平滑肌增生、肥大，黏液腺體分泌亢進，炎癥細胞浸潤及新生血管形成等。NGF是通過誘導(dǎo)受體A的Trk活性和激酶-ERKZ磷酸化增加VEGF釋放間接促進血管生成〔9〕，并能直接刺激血管生成〔10〕。研究表明 NGF可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞增殖與移行，促進血管內(nèi)皮生長因子的合成與釋放，參與血管新生〔11〕。NGF-TrkA受體的活化包括兩條不同的途徑:PKC選擇地激活p38和ras/raf通路選擇性活化ERKI/2。兩條通路對于誘導(dǎo)人平滑肌細胞增殖都是必需的。有報道〔5〕皮摩爾濃聚物NGF能活化功能性受體TrkA引起人平滑肌細胞增殖，導(dǎo)致哮喘氣道重塑。NGF通過參與上皮下纖維變性、血管過度形成、神經(jīng)過度分布、平滑肌細胞增生等多種途徑參與哮喘時氣道重塑。另外，NGF通過對氣道神經(jīng)系統(tǒng)的影響，調(diào)控神經(jīng)元可塑性，使氣道神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)和功能改變造成氣道重塑。

4 NGF與哮喘神經(jīng)源性氣道炎癥

氣道炎癥是引起支氣管哮喘患者氣道高反應(yīng)性和氣道重構(gòu)的關(guān)鍵。NGF通過靶細胞分泌、自分泌或旁分泌的方式作用于CNS和外周傳入、傳出神經(jīng)元，誘導(dǎo)支氣管哮喘氣道炎癥的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，NGF可能通過調(diào)節(jié)IL-4、干擾素(IFN)-γ的失衡表達，引起Th2型細胞因子分泌允進，使其產(chǎn)生IL-4增加，而對Th1型細胞因子的分泌無明顯作用，進一歩加劇了 Th1/Th2的偏移狀態(tài)，導(dǎo)致免疫異常，誘導(dǎo)支氣管哮喘氣道炎癥的發(fā)生〔12，13〕。研究表明，哮喘氣道炎癥的發(fā)生與調(diào)控氣道的神經(jīng)系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的相互作用，并據(jù)此提出氣道神經(jīng)源性炎癥學(xué)說。所謂“氣道神經(jīng)源性炎癥”是指氣道上皮在炎癥反應(yīng)中受損脫落，從而暴露感覺神經(jīng)末梢，經(jīng)軸反射和背根反射刺激感覺神經(jīng)元釋放生物活性遞質(zhì)，后者作用于氣道及外周靶細胞(包括氣道結(jié)構(gòu)和免疫炎癥細胞)，由此導(dǎo)致氣道平滑肌持續(xù)收縮、大量炎癥細胞浸潤、黏液分泌劇增和乙酰膽堿釋放增多，從而促進哮喘慢性氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展。NGF是調(diào)控神經(jīng)源性炎癥關(guān)鍵的細胞因子，在抗NGF治療后，小鼠過敏性氣道炎癥減輕〔14〕，哮喘患者血清 NGF水平明顯增高，且過敏性哮喘病人血清NGF水平比非過敏性哮喘病人高。對過敏性哮喘小鼠進行抗NGF處理，可明顯減輕哮喘引起的氣道高反應(yīng)性，提示在哮喘發(fā)病的機制中，可能存在NGF與其他炎癥因子的協(xié)同作用〔15～19〕。近年來，研究〔5〕發(fā)現(xiàn)在哮喘的形成過程中，NGF 可增加感覺神經(jīng)的興奮性及神經(jīng)遞質(zhì)的合成，增加局部神經(jīng)多肽釋放和放大中樞神經(jīng)反射，從而導(dǎo)致神經(jīng)源性炎癥;另外，NGF還對包括免疫細胞在內(nèi)的非神經(jīng)細胞的生長、分化，激活等產(chǎn)生重要影響，從而參與哮喘的免疫失衡。因此，NGF可認為是神經(jīng)可塑性和免疫可塑性的雙重調(diào)控介質(zhì)，通過這兩條通路參與哮喘的發(fā)病機制。應(yīng)用神經(jīng)營養(yǎng)因子相關(guān)抗體阻斷神經(jīng)營養(yǎng)因子所誘導(dǎo)的氣道炎癥反應(yīng)有可能成為哮喘治療的新途徑。NGF在哮喘神經(jīng)免疫機制中的作用機制可能如下:在炎癥環(huán)境中，靶細胞合成NGF增加，一方面，NGF能夠直接作用于機體免疫細胞，造成免疫功能紊亂，另一方面，NGF被神經(jīng)突觸轉(zhuǎn)運到脊髓背根節(jié)細胞中儲存，并刺激神經(jīng)節(jié)細胞合成神經(jīng)肽P物質(zhì)(SP)等神經(jīng)肽類物質(zhì)增多，作用于氣道效應(yīng)細胞(上皮細胞、平滑肌細胞等)觸發(fā)氣道神經(jīng)源性炎癥反應(yīng)，反過來炎癥反應(yīng)又可以上調(diào)機體NGF的表達，從而形成惡性循環(huán)。

5 NGF與免疫炎性細胞及細胞因子

NGF能誘導(dǎo)免疫炎性細胞的生成、增殖、分化和成熟，介導(dǎo)炎性細胞向炎癥部位聚集，并能促進外周神經(jīng)元釋放神經(jīng)肽，是神經(jīng)源性炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì)，在許多過敏性疾病的發(fā)病中起著十分重要的作用〔20〕。許多炎性細胞又能旁、自分泌NGF正反饋作用于自身，擴大炎癥反應(yīng)。實驗〔12〕證明，NGF可促進外周組織肥大細胞浸潤，誘導(dǎo)其分化、增殖及釋放介質(zhì);此外，NGF還可增強變應(yīng)原特異性免疫球蛋白(Ig)E抗體的表達。Micera等〔21〕將肺成纖維細胞和NGF共同培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，NGF可以誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β釋放，引起纖維細胞表達可收縮蛋白α-平滑肌肌動蛋白(SMA)增加，使成纖維細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細胞，間接影響氣道成纖維細胞的功能，導(dǎo)致氣道重塑的發(fā)生、發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)炎癥條件下，大量非神經(jīng)細胞也可以產(chǎn)生NGF，包括炎癥細胞，如淋巴細胞、肥大細胞、嗜酸性粒細胞及巨噬細胞等，結(jié)構(gòu)細胞，如成纖維細胞、上皮細胞或平滑肌細胞。NGF參與調(diào)節(jié)免疫炎癥的機制與其對炎癥細胞和相關(guān)細胞因子的調(diào)控有關(guān)。NGF對炎癥細胞是一種生長因子，可以促進炎癥細胞的增殖、分化、存活及介導(dǎo)、促進炎癥介質(zhì)釋放，參與炎癥反應(yīng)。許多炎癥細胞又通過旁分泌、胞浸潤，上皮細胞增生和化生，上皮下纖維化，腺體增生肥大，細胞外基質(zhì)沉積、基底膜增厚、氣道平滑肌增厚及血管生成。可以認為在炎癥狀態(tài)下NGF受體表達上調(diào)，氣道炎性因子分泌NGF增多，兩者協(xié)同作用導(dǎo)致了氣道神經(jīng)源性炎癥及介導(dǎo)神經(jīng)元可塑性〔22〕，以致肺內(nèi)神經(jīng)分布解剖和功能上的變化，增加神經(jīng)興奮性和興奮性遞質(zhì)合成，參與哮喘氣道神經(jīng)源性炎癥的發(fā)生、發(fā)展。激發(fā)哮喘后，氣道感覺神經(jīng)發(fā)出沖動，啟動機體保護性防御機制引起咳嗽反射，同時釋放炎性介質(zhì)，促使這些細胞產(chǎn)生NGF，NGF能上調(diào)氣道感覺神經(jīng)元，調(diào)節(jié)釋放神經(jīng)肽并且提高這些神經(jīng)元接受刺激后的信號傳導(dǎo)〔23〕。

綜上，NGF在哮喘的發(fā)病機制中起著重要作用。浸潤氣道的炎性細胞能分泌NGF，NGF的分泌增多又作用于炎性細胞，進一步促進免疫反應(yīng)的進程和程度，在免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間調(diào)節(jié)和放大免疫信號，從而在哮喘發(fā)病中放大氣道高反應(yīng)并形成惡性循環(huán)〔24〕。NGF是接通氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性的一架橋梁。應(yīng)在哮喘動物模型中，應(yīng)用阻斷與內(nèi)源性TrkA受體結(jié)合的分子及抗NGF抗體可以抑制氣道炎癥和高反應(yīng)性。針對NGF治療哮喘可能是新目標(biāo)，因此，阻斷NGF的效應(yīng)可能成為治療哮喘的新方法。

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R562.2+5

A

1005-9202(2015)23-6939-03;

10.3969/j.issn.1005-9202.2015.23.135

廣西衛(wèi)生廳課題(No．Z2012168);廣西教育廳課題(LX2014262)

王昌明(1963-)，男，博士，主任醫(yī)師，主要從事慢性阻塞性肺疾病研究。

佘巍巍(1978-)，男，在讀博士，副主任醫(yī)師，主要從事哮喘研究。

〔2014-11-15修回〕

(編輯 杜 娟)