bFGF對大鼠腦缺血再灌注損傷保護(hù)作用的研究進(jìn)展

趙海，張倩云

(沈陽醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110034;2.中國醫(yī)科大學(xué)93期預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè))

早在1940年，Hoftman等在腦和垂體的抽提物中發(fā)現(xiàn)一種能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長的物質(zhì)。1974年該物被分離純化，并命名為成纖維細(xì)胞生長因子 (fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)。FGF因?qū)λ岷蜔崦舾?，等電點(diǎn)呈堿性 (9.6)，稱為堿性FGF(bFGF)。bFGF的生物學(xué)作用極其廣泛，它在血管形成、促進(jìn)創(chuàng)傷愈合與組織修復(fù)、促進(jìn)組織再生和神經(jīng)組織生長發(fā)育過程中起著十分重要的作用?，F(xiàn)就bFGF的一般性質(zhì)、分布，對神經(jīng)組織的作用和機(jī)制以及臨床應(yīng)用前景等作一綜述，以促進(jìn)bFGF的開發(fā)和臨床應(yīng)用。

1 bFGF的分子結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特征

bFGF是含155個(gè)氨基酸的促有絲分裂的陽離子多肽，分子量為16～18.5 KD，其pH值為9.6，bFGF分子結(jié)構(gòu)中有4個(gè)半胱氨基酸，以此形成分子的三維空間結(jié)構(gòu)。包括9個(gè)FGF配基，它位于第4號染色體，具有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，它主要來源于中胚層和神經(jīng)外胚層，且誘導(dǎo)這些來源的神經(jīng)分化。bFGF對熱和酸敏感，易被蛋白酶降解［1］。bFGF生物學(xué)效應(yīng)廣泛，能促進(jìn)神經(jīng)元存活和突起生長，是神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的促有絲分裂原，并能抵抗興奮性氨基酸等多種有害物質(zhì)對神經(jīng)元的毒性作用而保護(hù)神經(jīng)元。在體外，bFGF可刺激內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、雪旺細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞增生，與傷口愈合有關(guān)［2］。另外，bFGF在體外除了引起細(xì)胞增殖外，還包括調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化，維持神經(jīng)組織生長和神經(jīng)再生中軸突的延伸和存活，同時(shí)與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程等有關(guān)［3］。

2 FGF受體

bFGF受體廣泛分布于神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞中，其中尤以神經(jīng)元中含量最豐富。bFGF與其受體結(jié)合，能產(chǎn)生廣泛的細(xì)胞效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞增生分化、血管形成，阻止細(xì)胞凋亡，修復(fù)損傷組織。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中bFGF的受體包括高親和力受體 (跨膜性酪氨酸蛋白激酶受體)和低親和力受體 (肝素樣受體)。bFGF到達(dá)細(xì)胞外后，立即與細(xì)胞表面和細(xì)胞外基質(zhì)中的硫酸肝素發(fā)生低親合力結(jié)合，bFGF與細(xì)胞表面受體結(jié)合后，很快進(jìn)入細(xì)胞并從細(xì)胞漿移位于細(xì)胞核，聚集于核仁中。在細(xì)胞短時(shí)受損傷或死亡時(shí)可以釋放出來，通過與靶細(xì)胞上受體結(jié)合發(fā)揮作用。bFGF與高親和力受體結(jié)合時(shí)需要低親和力受體的參與，通過以下途徑將信號傳到細(xì)胞核:(1)激活腺苷酸環(huán)化酶與鳥苷酸環(huán)化酶，導(dǎo)致蛋白激酶C活化和Ca2+內(nèi)流;(2)與受體結(jié)合后定位于細(xì)胞核，影響RNA聚合酶I，加強(qiáng)核蛋白體基因的轉(zhuǎn)錄，以加速細(xì)胞由G0-G和G1-S期的轉(zhuǎn)換、刺激細(xì)胞的DNA合成。bFGF與其受體結(jié)合，能產(chǎn)生廣泛的細(xì)胞效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞增生分化和血管生成，阻止細(xì)胞凋亡，修復(fù)損傷組織。

3 bFGF在神經(jīng)細(xì)胞的表達(dá)

有學(xué)者認(rèn)為bFGF主要在星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，并認(rèn)為bFGF的表達(dá)與其功能有關(guān)。目前的研究認(rèn)為在全腦缺血模型中，bFGF表達(dá)增高有兩個(gè)高峰，第一個(gè)高峰在缺血1天后，陽性反應(yīng)主要在神經(jīng)元內(nèi)，第二個(gè)高峰在缺血后幾天，陽性反應(yīng)主要見于星形細(xì)胞內(nèi)。在局灶性腦缺血中，bFGF表達(dá)增高是單向性的，表達(dá)見神經(jīng)元內(nèi)也見星形細(xì)胞內(nèi)。Chen等用結(jié)扎大鼠左側(cè)大腦中動(dòng)脈并永久性閉塞左側(cè)頸總動(dòng)脈和暫時(shí)性夾閉右側(cè)頸總動(dòng)脈一天后，bFGF-IR見于梗死灶鄰近的神經(jīng)元內(nèi)，梗死一周后反應(yīng)性星形細(xì)胞內(nèi)可見輕到中度bFGF-IR。缺血模型的不同所致bFGF表達(dá)不同，可能是由于bFGF在這兩種模型中的分子機(jī)制和作用不同。至于bFGF是見于核內(nèi)還是胞漿內(nèi)各家報(bào)道也有差異，這種差異可能是由于所用抗體不同，用單克隆抗體檢測陽性反應(yīng)主要見于胞漿內(nèi)，用多克隆抗體所檢測的陽性反應(yīng)多見于核內(nèi)，這也可能由于染色或固定的方法不同所致。腦缺血性損傷通過何種途徑激活bFGF基因表達(dá)的確切機(jī)制尚不清楚，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)谷氨酸可促進(jìn)培養(yǎng)細(xì)胞增殖和bFGF mRNA的表達(dá)增高，MK-801則抑制細(xì)胞的增殖和bFGFmRNA的表達(dá)，說明細(xì)胞bFGFmRNA表達(dá)中的一個(gè)重要途徑是通過N-甲基-D-天冬氨酸受體 (NMDA)的激活［4］。bFGF的表達(dá)增高不僅見于皮層，海馬還見于其他的皮層下結(jié)構(gòu)，可能與缺血組織釋放的一些化學(xué)成分 (如興奮性氨基酸、自由基、NO的釋放等)或電信號(擴(kuò)展性抑制)刺激bFGF的表達(dá)有關(guān)［5］。用光化學(xué)誘導(dǎo)的局灶性缺血后bFGF表達(dá)增強(qiáng)，為遠(yuǎn)隔病灶廣泛bFGF基因轉(zhuǎn)錄及病灶區(qū)谷氨酸能神經(jīng)元之間的相互關(guān)系，部分是由于細(xì)胞外液信號的傳導(dǎo)，但這些機(jī)制與生理學(xué)意義有待探究［6］。

4 bFGF在腦缺血再灌注損傷時(shí)的保護(hù)機(jī)制

4.1 抗神經(jīng)元凋亡和促進(jìn)神經(jīng)元軸突生長 在腦缺血整體動(dòng)物模型中，bFGF可顯著防止神經(jīng)元退化，延長神經(jīng)元的存活，縮小永久性局部腦缺血所造成的梗死灶［7］，減少局灶性腦缺血時(shí)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡，可能與Bcl-2基因表達(dá)上調(diào)，抑制Bax基因表達(dá)有關(guān)。而且bFGF可顯著促進(jìn)神經(jīng)元軸突的生長，并形成復(fù)雜的枝狀突起，其原因是:(1)bFGF可能對軸突生長更具特殊作用;(2)bFGF可簡單地產(chǎn)生一些具有更大生物合成能力的健康細(xì)胞，促進(jìn)軸突網(wǎng)絡(luò)的形成。這是其他神經(jīng)生長因子所不具備的，說明bFGF是軸突分枝生長因子。bFGF在缺血缺氧、興奮性氨基酸、Ca2+、自由基等損傷時(shí)，對神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制可能與基因表達(dá)、蛋白合成、調(diào)節(jié)蛋白激酶，包括鈣結(jié)合蛋白，自由基清除酶有關(guān)。尤其在腦缺血過程中，由于能量喪失和興奮性氨基酸受體激活而致神經(jīng)元內(nèi)Ca2+水平異常升高，bFGF通過影響特殊的鈣調(diào)節(jié)機(jī)制和能量代謝來穩(wěn)定Ca2+平衡，從而保護(hù)神經(jīng)元對抗缺血損傷［8］。

4.2 促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞活化 實(shí)際上bFGF就是膠質(zhì)細(xì)胞的絲裂原，在膠質(zhì)細(xì)胞中刺激DNA的合成(包括膠質(zhì)纖維酸性蛋白)。bFGF抗損傷作用可能與星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，在腦缺血的損傷條件下，可使膠質(zhì)細(xì)胞核中的bFGF/bFGFR表達(dá)增強(qiáng)，這種表達(dá)增強(qiáng)在缺血后對于維持和修復(fù)CNS有重要作用［9］。腦缺血后 bFGF系統(tǒng)的活化能夠迅速促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞肥大、增生與遷移，形成反應(yīng)性星形細(xì)胞膠質(zhì)化。隨著膠質(zhì)細(xì)胞的活化，它們本身可持續(xù)、大量生成bFGF，以旁分泌的方式維持星形膠質(zhì)化進(jìn)程。而增生的膠質(zhì)細(xì)胞能產(chǎn)生更多神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進(jìn)腦損傷后修復(fù)過程。bFGF還可以促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞的增殖，并增加其髓鞘脂相關(guān)蛋白和類脂含量，從而促進(jìn)腦損傷后脫髓鞘神經(jīng)纖維的再髓鞘化［10］。

4.3 激活NMDA信號途徑 NMDA是一種谷氨酸受體的興奮劑，NMDA受體的激括導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加，bFGF可對抗NMDA的毒性，它和NMDA的受體拮抗劑都能減輕Ca2+誘導(dǎo)的皮質(zhì)、海馬神經(jīng)元損傷。

5 bFGF在臨床中的應(yīng)用研究

bFGF在生物進(jìn)化上具有很強(qiáng)的保守性，人和牛的bFGF氨基酸序列的同源性達(dá)98.7%，因此由甲種動(dòng)物來源的bFGF用于乙種動(dòng)物體內(nèi)同樣有效，這就是臨床應(yīng)用外源性bFGF進(jìn)行替代補(bǔ)充治療的最基本依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注損傷時(shí)的炎癥反應(yīng)促進(jìn)了腦梗死的繼發(fā)性腦損害［11］。研究表明，bFGF的濃度為10 pg/ml時(shí)即可發(fā)揮有效的神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)，但由于bFGF是一種大分子蛋白質(zhì) (分子量為16～18.5 KD)，從而限制了其臨床應(yīng)用。近幾年研究結(jié)果表明，bFGF可以通過，其原因有二:其一，實(shí)驗(yàn)采用新生鼠，其發(fā)育尚未完全;其二，缺血后的腦組織受到破壞，通透性增加，導(dǎo)致bFGF易通過BBB。另外也有研究表明，BBB存在bFGF轉(zhuǎn)運(yùn)體，可通過完整的BBB［12］。因此，嘗試外源性加入bFGF，把各種細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)物質(zhì)的表達(dá)程度改變，使反應(yīng)性膠質(zhì)化調(diào)控至一個(gè)適當(dāng)狀態(tài)，有可能創(chuàng)造一個(gè)有利于神經(jīng)功能恢復(fù)的微環(huán)境。bFGF是一個(gè)很有應(yīng)用前景的神經(jīng)營養(yǎng)因子，相信通過不斷深入的探索和研究，bFGF一定會為缺血性腦血管病的治療提供新思路、開辟新途徑和尋找新方法。

［1］ Sohn YD，Lim HJ，Hwang KC，et al.A novel recombinant basic fibroblast growth factor and its secretion［J］.Biochem Biophys Res Cornrnun，2001，284(4):131－936.

［2］ Liu HM，Chen HH.Correlation between fibroblast growth factor expression and cell proliferation in experimental brain infarct:studied with proliferating cell nuclear antigen immunohistochemistry［J］.JNeuropathol Exp Neurol，1994，53(2):118 －126.

［3］ Barid A，Waliche P.Fibroblast growth factors［J］.Br Med Bull，1989，45(2):438－452.

［4］ Chen HH，Chien CH Liu HM.Correlation between angiogenesis and basic fibroblast expression in experimental brain infarct［J］.Stroke，1994，25(8):1651 －1657.

［5］ Iwabu A，Murakami T，Kusachi S，et al.Concomitant expression of heparin ding epidermal growth factor-like growth factor mRNA and basic fibroblast growth factormRNA inmyocardial infarction in rats［J］.Basic Res Cardiol，2002，97(3):214－222.

［6］ Uichda N，Kiuchi Y，Miyamoto K，et al.Glutamate stimulated proliferation of rat retinal pigment epithelia［J］.Eur J Pharmacal，1998，343:265 －273.

［7］ Li Q，Stephenson D.Post ischemic administration of basic fibroblast growth factor improves sensorimotor function and reduces infarct size following permanent focal cerebral ischemia in the rat［J］.Exp Neurol，2002，177(2):531 －537

［8］Reuss B，Bohlen OH.Fibroblast growth factors and their receptors in the central nervous system ［J］.Cell Tissue Res，2003，313(2):134－157.

［9］ Kirsehner PB，Henshaw R，Weisl J，et al.bFGF protects against excitotoxicity and chemical hypoxia in both neonatal and adult rats［J］.JCereb Blood Flow Metab，1995，15(4):619－623.

［10］ Morre S，Thano S.The concept ofmicroglia in relation to central nervous system disease and regeneration ［J］.Prog Neuro boil，1996，48:441－460.

［11］聞公靈，婁季宇.bFGF對腦缺血再灌注大鼠ICAM-1表達(dá)及腦組織含水量的影響［J］.中國實(shí)用神經(jīng)疾病雜志，2010，9(13):17.

［12］ Cuevas P，Carceller F，Munoz-Willery I，etal.Intravenous fibroblast growth factor penetrates the blood-brain barrier and protects hippocampal neurons against ischemia-reperfusion injury ［J］.Surg Nourol，1998，49(1):77 －83.