神經營養因子與帕金森病DA能神經元再生

孫雪 梁建慶，2 何建成 馬利芳

(1甘肅中醫藥大學基礎醫學院，甘肅 蘭州 730000；2敦煌醫學與轉化教育部重點實驗室；3上海中醫藥大學基礎醫學院)

神經營養因子(NTF)是一種能調節神經元生長凋亡的肽類物質〔1〕。神經營養因子對于神經元主要起營養、刺激的作用，并且其可以調節小膠質細胞。帕金森病(PD)是一種好發于中老年人的慢性進行性神經系統變性疾病〔2〕。PD發病主要表現為運動功能紊亂，如靜止性震顫、肌強直、體位障礙等。目前，人們對于PD的發病原因和機制尚未了然。經研究發現，黑質紋狀體NTF減少，可能是導致腦內多巴胺(DA)神經遞質減少出現PD的臨床癥狀的原因〔3〕?？梢姡琋TF刺激DA能神經元再生的功能與PD病理改變之間關系密切。近年來，NTF能促進DA能神經元的再生尤其成為關注的焦點。現今，臨床PD的治療方法僅能緩解癥狀，并不能治愈PD，這就使我們對NTF的研究應用尤為重要。本文旨在對與帕金森病DA能神經元再生的相關研究進展進行綜述。

1 NTF的來源與基本結構

1.1NTF的來源 NTF包括在神經和非神經組織中具有多種功能的基本分泌蛋白，介導外周和中樞神經系統的發育、存活和維持〔4〕。NTF有豐富的來源，多種NTF可被同一種細胞表達，多種細胞也可以產生同一種NTF。腦源性神經營養因子(BDNF)、膠質源性神經生長因子(GDNF)、睫狀神經生長因子(CNTF)、神經生長因子(NGF)；成纖維細胞生長因子(FGF)均由多種細胞表達〔5〕。

1.2NTF的基本結構 首先，依據其結構和基因表達的差異及同源性，NTF可分為NGF家族(NGF、BDNF、NT-3、NT-4)，保守性DA NTF家族〔中腦星形膠質細胞源性神經營養因子(MANF)、保守型多巴胺神經營養因子(CDNF)〕和膠質細胞源性NGF(GDNF)家族(GDNF，NTN、ARTN、PSPN)。NGF家族龐大，種類豐富，其基本結構也各不相同。下面將針對NGF 、BDNF 、NT-3 、NT-4、CNTF、GDNF 的基本結構進行簡單介紹。

NGF是目前研究最多最清晰的具有生物學特性的一種神經細胞生長調節因子。NGF是由兩個氨基酸單鏈結合的二聚體，這種結構與人體NGF的結構具有高度的同源性。BDNF是黑質和中腦被蓋側DA能神經元表達的一種NTF，是一種堿性蛋白質。BDNF是由19個氨基酸組成，BDNF與NGF約 50 % 的氨基酸相同。NT-3是一類重要的生長因子，是由119個基酸組成的多肽。NT-4在神經系統的發育、分化及損傷修復中發揮重要作用。NT-4是由130個氨基酸構成的堿性蛋白。CNTF即是第1個被發現的能維持在體和離體脊髓運動神經元的存活及突起生長的NTF。CNTF是一種酸性蛋白，由200個氨基酸殘基組成，人、大鼠、兔的CNTF同源性達 85%。GDNF是一種分泌性蛋白，是由134個氨基酸組成的含硫蛋白，人和大鼠同源性為93%。

由此可以看出NTF家族的成員基本結構有相似性，氨基酸的組成高度同源，但其表達卻具有明顯的階段特異性和組織特異性。NTF家族成員結構的多樣性為PD的治療提供了更廣泛的靶點與通路。

2 NTF作用及機制

NTFs能促進和維持神經元生存、生長、分化并執行神經元的特異功能，它們在神經再生、突觸形成與可塑性、神經退行性疾病的發生發展過程中必不可少，對神經損傷后神經細胞的存活、軸突的生長也有重要的營養和誘導作用〔6〕。

2.1NTF的機制 NTF可通過與TrK 酪氨酸激酶和p75NT受體(p75NTR) 兩種類型細胞表面受體相結合，對神經元的存活、分化、生長和凋亡進行調控。NTF受體是啟動信號轉導，產生生物學效應的重要物質。NTF與特異的受體結合來發揮作用〔7〕。胞外區、跨膜區及胞內區共同組成了NTF的受體。胞外區的結構是一大段糖基化的多肽，其不同的結構結合不同的因子；跨膜區的結構是由疏水氨基酸組成，受體在細胞膜上運動及與配體的作用和活化都賴于此結構；胞內區存在酪氨酸蛋白激酶區(TK區)，此區域在配體結合反應及信號通路活化方面必不可少〔8〕。NTF家族龐大，種類繁多，但其分工明確，每種因子都獨立激活特異的信號傳導通路。而調控網絡則通過傳導通路中各相關分子相互作用、調控而形成。綜上，特異性受體結合及特定的機制使NTF維持神經細胞的內環境相對穩定和促使其再生的。

2.2NTF的保護作用 NTF可以保護損傷的神經元。這種保護作用在DA能神經系統的神經變性和功能喪失中必不可少。這種保護機制主要體現在神經系統細胞凋亡的過程中。神經系統在發育之初會產生大量神經元，但由于被靶組織提供的NTF的數量是有限的，往往都會少于神經元的數量。這就導致部分神經元不能找到與之匹配的NTF最終凋亡。現研究證實，神經系統退行性疾病PD的發生正是DA能神經元的大量變性凋亡導致的。腦缺血的過程中會有大量神經元凋亡，進一步出現凋亡小體，核固縮，DNA發生降解〔9〕。新蛋白的合成、多種蛋白激酶的激活及胞內Ca2+濃度的變化也會隨著凋亡過程而發生〔10〕。綜上，NTFs通過抑制的過程達到對神經元的保護，對于神經系統退行性疾病引起的神經元死亡有重要地位。

2.3NTF的再生作用 NTF可以促進神經元再生。在PD發生過程中，會出現DA能神經元的變性壞死，而損傷的神經元再生能力可能會有缺陷，神經系統微環境下存在抑制神經修復再生的因素，已經不適合軸突再生。若想要神經元存活和再生，就需要NTF來促進表達。NGF可促進培養的隔區神經元膽堿乙酰轉移酶(ChAT)活性，BDNF可促進培養的中腦DA能神經元的DA的攝取，NTFs還可能促進了神經遞質系統功能的恢復〔11〕。NTFs可有效地延緩靶損傷引起的神經元死亡，維持部分神經元存活，在合適的環境及某些物質和因子作用下，可促進神經環路重建，最終恢復生理功能的重建〔12〕。綜上，NTFs對于神經元存活與再生的積極作用，這對于PD DA能神經元也有更重要的意義。

3 NTF在DA能神經元再生中的作用

3.1NGF NGF對交感、膽堿能神經元、黑質DA能神經元有營養作用，能維持其存活并誘導突觸生長，特別對DA能神經元有明顯作用。經研究發現，NGF具有提升神經細胞存活率和促神經細胞突觸生長的活性。經有關動物實驗所證明，NGF對于DA能神經元的存活、生長、發育有明顯的保護作用〔13〕。成年Rat切斷坐骨神經后，可在斷端吻合口觀察到NGF等活性修復物質的分泌，這說明NGF參與了神經元的再生修復過程〔14〕。NGF可促進神經元的修復，其對DA能神經元的再生修復更值得關注。NGF有防止和延緩神經元死亡的作用，并能在損傷后第一時間對神經環路進行重建〔15〕。經大量實驗證明，在DA能神經元再生過程中，NGF可通過參與再生修復過正、對DA能神經元的保護及對神經環路的重建等來達到對DA能神經元再生及其機體內環境的維護作用。

3.2BDNF BDNF是腦中含量最多的NTF。BDNF可以促進中樞神經元的發育、增殖分化及保證其存活，并能增強某些感覺神經元的存活能力，對于損傷后的神經元，BDNF還有修復和功能重塑的作用〔16〕。中樞神經系統 BDNF支持中腦DA能神經元存活、促進其分化，并且保護DA能神經元免受神經毒素如 6-羥DA的損害。這證實了BDNF在DA能再生中抑制毒素，對DA能神經元的保護作用〔17〕。綜上，BDNF在DA能再生中起保護作用。

3.3NT-3 對于損傷的神經元其可以提供有利修復的微環境，并可以維持和促進神經元存活、分化和再生等多方面的作用〔18〕。經研究發現，NTF對受損和變性的神經細胞作用突出；若神經元受到外傷或變性等，NTF及其受體的水平會發生改變，神經營養因子會抑制、延遲及阻止神經元變性、死亡〔19〕。實驗表明，給新生小鼠加入Anti-NT-3會出現大部分神經元死亡，這表明內源性NT-3缺乏會導致不同通路激活凋亡或死亡通路〔20〕。NT-3在體外促進神經膠質的發展，神經膠質細胞在神經細胞因損害或衰老而消失后進行分裂增生進行填補，起到修復再生的作用。神經膠質細胞的部分終足與神經元相接觸，可能起著運輸營養物質的作用。綜上，NT-3通過間接促進膠質細胞的發展而達到促進DA能神經元再生及營養的作用，并且對于DA能神經元的損傷有保護作用。

3.4NT-4 NT-4可以促進前腦、海馬及中腦腹側DA能及膽堿能神經元的存活〔21〕。NT-4還可促進神經-肌肉突觸重建、增加再生軸索的數量和長度、防止神經損傷后的肌肉損傷〔22〕。NT-4可以促進損傷處神經的再生〔23〕，大鼠坐骨神經橫斷2 w后，NT-4 mRNA 顯著上調，這說明其有促進軸突向外生長的作用。除此之外，NT-4還能促進DA神經元的存活、分化，使神經元數量增加〔24〕。NT-4即使在缺乏神經膠質細胞的培養物中仍能促進黑質DA神經元存活與分化，故認為其可能是在此神經元上直接產生作用〔25〕。另外，NT-4還可對DA能神經元產生保護作用〔26〕。綜上，NT-4通過直接促進DA能存活分化及對DA能神經元的保護作用，最終促進DA能神經元再生。

3.5CNTF CNTF對感覺、運動神經元，黑質DA神經元等多種神經元均有促進其存活、損傷保護、營養的作用。CNTF不僅能促進神經元的存活，還可以誘導多種神經細胞分化，減少神經細胞凋亡和促進軸突再生。神經損傷后見到雪旺細胞CNTF呈高水平表達，神經軸突逆轉運CNTF增加，這表明CNTF參與神經損傷后的修復、再生，損傷后CNTF反應性增高是細胞的保護性反應〔27〕。許家軍等〔28〕發現，CNTF能明顯促進周圍神經運動軸突再生，在神經損傷后，遠側段神經CNTF明顯減少，補充外源性CNTF可滿足再生軸突的需求。綜上，CNTF的特性對DA能神經元有營養、保護、促進其存活的作用，而其最突出的是促進軸突的再生作用，這一特性可直接作用于DA能神經元的再生過程。

3.6GDNF GDNF對發育及成熟的DA能神經元有保護 、修復及促進其分化的作用。黑質內注射 GDNF免疫組化顯示TH+軸突向注射位點“芽生”(SprOut)，DA 水平升高。這說明GDNF能增加中腦的DA通路。實驗運用劑量足夠大時，可以完全阻止黑質細胞損傷和萎縮，說明GDNF具有維持中腦DA表型的作用〔29〕，這證實了GDNF對DA能神經元的保護作用。另外，GDNF 對于培養的中腦DA具有營養作用，GDNF即表現出營養活性。當培養的神經元被1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶鹽酸鹽(MPTP)處理后，GDNF不能阻止其損傷，但是去除MPTP后，GDNF能阻止其死亡，刺激恢復。由此可以看出，GDNF不僅對中腦DA具有營養作用，并對損傷后的中腦DA具有拯救和刺激恢復的作用。綜上，GDNF對于DA能神經元再生發揮修復、營養及保護作用。

4 NTF在PD治療中的意義

4.1PD目前治療的局限性 現今，PD的臨床治療方法主要有兩種：一為替代藥物治療。藥物治療主要是補充患者腦中DA?，F臨床最有效的治療藥物是左旋多巴〔30〕，但該藥物長期使用會導致療效降低，運動障礙等后期并發癥。二為外科手術治療，主要是神經核毀損術和腦深部電刺激術(DBS)。手術治療對肢體震顫和(或)肌強直有較好療效，但對姿勢步態異常、平衡障礙效果不明顯〔31〕。無論是藥物治療還是手術治療都不是十分理想。這些治療措施只能緩解患者的癥狀，并不能阻止DA能神經元的進行性丟失，最終仍是無法控制疾病的發展〔32〕。PD的針對性治療還有待突破。

4.2NTF治療PD的機制 PD的發病機制尚不清楚，黑質紋狀體的DA能神經元發生退行性變是導致其發生的主要病理特征。尚認為此系統存在一定的可塑性，因其黑質的DA能神經元減少是發生在臨床癥狀出現之前，若能對DA能神經元進行調控，可改善臨床癥狀〔33〕。近年來，NTF被國內外學者認為最具有發展前景。經過科研人員的深入研究，發現NTF對DA能神經元的再生有保護、營養、促進等功能，這一特性使其有望成為人們對PD治療瓶頸的新突破。

NTF治療PD的可能機制：NTF對神經元具有明顯的保護作用、神經元再生作用及對DA能神經系統的刺激作用。NTF的三種功能均有利于DA能神經元〔34〕。NTF治療PD的主要機制是針對DA能神經元的變性、損傷及死亡。

4.3NTF治療PD的前景 NTF對中腦DA能神經元再生具有重要的作用。這一作用在PD的治療方面具有廣泛的應用前景。但，將NTF應用于臨床還有待考究。目前NTF的傳輸途徑成為了靶向治療PD的難題。由于神經營養因子均不能通過血腦屏障，截斷了靜脈給藥途徑，這是目前臨床應用的障礙。針對這一障礙，諸多研究者在細胞和基因治療的研究有望解決這一難題。目前相關的研究結果，在動物實驗中取得了較好的療效，但若想順利運用到臨床仍需考究。雖然，針對NTF治療PD存在障礙，但其針對DA能神經元的積極作用仍不斷推動研究者去挖掘。運用神經營養因子治療PD指日可待。