神經(jīng)生長(zhǎng)因子在糖尿病心血管系統(tǒng)病變中作用的研究進(jìn)展

高 盼 岳 維

糖尿病是一組以血糖持續(xù)性升高、糖脂代謝紊亂和胰島細(xì)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(gè)組織，誘發(fā)重要的器官功能障礙，導(dǎo)致糖尿病相關(guān)的高發(fā)生率和高病死率。心血管系統(tǒng)疾病是糖尿病病程中重要的合并癥，病理過程主要累及內(nèi)皮細(xì)胞、血管組織，同時(shí)引起氧化應(yīng)激反應(yīng)等，造成血管功能狀態(tài)改變、內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和心肌纖維化[1]。神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)被認(rèn)為是參與細(xì)胞增殖、分化和神經(jīng)元髓鞘形成的趨化因子，然而，研究發(fā)現(xiàn)NGF還可通過自分泌與旁分泌的作用方式在心血管系統(tǒng)中調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞和神經(jīng)組織的存活和生長(zhǎng)[2]。糖尿病心血管疾病的致病因素有很多， NGF表達(dá)下調(diào)也是其中一個(gè)致病因素。NGF表達(dá)下調(diào)后，可影響多器官信號(hào)通路活性，如氧化應(yīng)激反應(yīng)、腎素-血管緊張素系統(tǒng)和內(nèi)皮細(xì)胞功能等，導(dǎo)致血管調(diào)節(jié)功能障礙、內(nèi)皮細(xì)胞損傷和心肌纖維化影響血管和心肌收縮功能。

一、神經(jīng)生長(zhǎng)因子概況及其生物學(xué)效應(yīng)

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作為蛋白類物質(zhì)對(duì)神經(jīng)元的發(fā)育、存活和凋亡起重要作用，其神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族成員包括NGF、腦源性生長(zhǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3(NT-3)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子4(NT-4)等。NGF是Rita Levi montalcini和Stanley Cohen 發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的重要一員，也是一個(gè)已經(jīng)得到充分研究的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。NGF合成后以囊泡形式與靶器官神經(jīng)元或者神經(jīng)末梢低親和力受體(p75NTR)和高親和力受體(Trks)結(jié)合。NGF經(jīng)逆向軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)形式被運(yùn)輸至胞體，通過第二信使轉(zhuǎn)導(dǎo)，對(duì)靶區(qū)域內(nèi)細(xì)胞的基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，然后誘導(dǎo)相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)合成，蛋白質(zhì)磷酸化、甲基化修飾和ras-蛋白的基因表達(dá)及所需酶的合成。同時(shí)，對(duì)交感神經(jīng)神經(jīng)元和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的小纖維感覺神經(jīng)元進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)和促進(jìn)其再生，發(fā)揮交感神經(jīng)、感覺神經(jīng)和中樞部分膽堿能神經(jīng)元發(fā)育、分化，損傷修復(fù)等生物學(xué)效應(yīng)[3，4]。NGF作為一種“多向性”分子，除了維持神經(jīng)系統(tǒng)的正常生理功能之外， NGF還促進(jìn)新生血管形成、內(nèi)皮細(xì)胞NGF受體表達(dá)、平滑肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞存活，并參與組織炎癥、神經(jīng)肽表達(dá)調(diào)節(jié)和外周組織再生等多種外周活動(dòng)[5]。

二、NGF及其受體

1.NGF的合成:NGF最早于1949年在一項(xiàng)小鼠肉瘤植入雞胚實(shí)驗(yàn)中被Levi.MontalciniR發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過分離純化被定義為一種蛋白質(zhì)，其轉(zhuǎn)錄翻譯后合成較大且復(fù)雜的復(fù)合物稱為7S復(fù)合物。其7S前體蛋白復(fù)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(hào)通路:研究表明，NGF是一個(gè)高度保守的分子，具有高度的種間同源性，其生物學(xué)活性由兩個(gè)結(jié)構(gòu)無關(guān)的受體調(diào)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(jié)合發(fā)揮生物學(xué)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(tǒng)稱為Trk受體。由于組織環(huán)境和親和力的不同，NGF更易于與TrkA結(jié)合。NGF與TrkA結(jié)合，促進(jìn)TrkA磷酸化，觸發(fā)下游信號(hào)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(shí)，NGF-TrkA 也可以激活MAPK-P38和MAPK-JNK通路而發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用同時(shí)減少炎性反應(yīng)的作用。MAPK/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK) 通路可激NF-κB和 Rho激酶信號(hào)途徑，促進(jìn)神經(jīng)元的分化和軸突生長(zhǎng)。這一通路主要作用參與神經(jīng)和細(xì)胞的增殖、分化、凋亡和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)激活下游第二信使與細(xì)胞內(nèi)相關(guān)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(jié)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(jìn)一步調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖分化、凋亡來發(fā)揮生物學(xué)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(xué)作用是調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長(zhǎng)，誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡。NGF、p75NTR和TrkA相互組合形成穩(wěn)定的聚合物，且p75NTR可以聚集大量的NGF使之與TrkA穩(wěn)定結(jié)合[8]。

三、糖尿病心血管疾病中NGF的作用

1.與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系:動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性進(jìn)行性血管病變，其病理學(xué)因素包含多種方面。首先是病變處平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及T細(xì)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(xì)胞的增殖，最后是脂質(zhì)的沉積。Noller等[9]發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展能夠引起交感神經(jīng)的重構(gòu)，而NGF是交感神經(jīng)元存活和軸突生長(zhǎng)的必需物質(zhì)。動(dòng)脈粥樣硬化形成比較復(fù)雜，起初新生內(nèi)皮細(xì)胞擴(kuò)張引起單核細(xì)胞聚集、浸潤(rùn)，而后分化為巨噬細(xì)胞。病情進(jìn)展過程中單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌NGF，同時(shí)出現(xiàn)NGF受體過度表達(dá)，導(dǎo)致交感神經(jīng)過度支配，加重了動(dòng)脈硬化的進(jìn)程。NGF 作為一種神經(jīng)保護(hù)因子，可在ERK1/2和PI3K/Akt信號(hào)通路的介導(dǎo)下，激活A(yù)kt和有絲分裂原-激活素等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，上調(diào)VEGF的表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)皮祖細(xì)胞增殖、遷移、分化，介導(dǎo)血管生成[10]。王剛[11]研究發(fā)現(xiàn)，外源性給予NGF可引起損傷后人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞活力提升、ROS的產(chǎn)生、細(xì)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(xì)胞抵抗氧化損傷的能力，并且通過NGF與TrkA受體相結(jié)合降低caspase-3表達(dá)，減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)，可減少氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。表明NGF對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用，并通過TrkA受體抑制細(xì)胞凋亡，對(duì)防止動(dòng)脈粥樣硬化的產(chǎn)生具有重要價(jià)值。

2.與心肌缺血的關(guān)系：眾多研究表明NGF具有神經(jīng)保護(hù)作用，大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤PC 12細(xì)胞是交感神經(jīng)元的常用模型，NGF通過激活絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶(MAPK/ERK)途徑(包括p44/42 MAPK和p38 MAPK)，在血清缺少狀態(tài)下誘導(dǎo)神經(jīng)元突起生長(zhǎng)。Meloni等[12]研究顯示，運(yùn)用轉(zhuǎn)基因方式向糖尿病小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)染NGF基因可激活A(yù)KT/Foxo3a通路，從而抑制Foxo3a轉(zhuǎn)錄因子引發(fā)的促凋亡和負(fù)性血管調(diào)節(jié)作用，起到心肌保護(hù)作用。表明NGF可能通過Akt/Foxo3a通路調(diào)節(jié)途徑來抑制糖尿病小鼠心肌病的產(chǎn)生。另有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病心肌病的發(fā)病過程中NGF不僅發(fā)揮著神經(jīng)保護(hù)作用，同時(shí)NGF還可在心血管系統(tǒng)發(fā)揮促生存作用，增加血管再生能力，抑制內(nèi)皮細(xì)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(chǎn)生心肌細(xì)胞毒性作用，同時(shí)損害心交感神經(jīng)和感覺神經(jīng)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(chǎn)生，保護(hù)心臟神經(jīng)組織功能[14]。Zheng等[15]進(jìn)行了糖尿病小鼠離體心臟I/R損傷實(shí)驗(yàn)，外源性給予離體小鼠I/R心臟NGF治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NGF可延緩糖尿病小鼠缺血區(qū)域的神經(jīng)損傷，與對(duì)照組比較，經(jīng)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(duì)糖尿病神經(jīng)性病變和缺血性心肌起保護(hù)作用。Ke等[16]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)離體心臟進(jìn)行NGF灌注，可激活心肌的PI3K/AKT通路，抑制ER應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的細(xì)胞凋亡作用，保護(hù)缺血心臟免受I/R損傷。這些結(jié)果表明，NGF家族參與心肌缺血的病變過程，并可能通過保護(hù)心臟神經(jīng)發(fā)揮一定的生物學(xué)作用。

3.與心律失常及心臟性猝死的關(guān)系:糖尿病常伴發(fā)心臟自主神經(jīng)病變，該并發(fā)癥是心源性猝死的高危致病因素。交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)在心臟組織的支配范圍是極其豐富的，并且生物調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)雜。交感和副交感神經(jīng)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(jīng)病變發(fā)生時(shí)，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)之間的平衡紊亂，心臟交感神經(jīng)失神經(jīng)，致命性心律失常和心臟猝死的發(fā)生率呈顯著增加[17]。在心肌梗死并伴有完全性房室傳導(dǎo)阻滯犬模型中，將NGF分別注射到兩側(cè)星狀神經(jīng)節(jié)中，與正常未注射NGF組比較，注射NGF一側(cè)的非梗死區(qū)心室組織表現(xiàn)出交感神經(jīng)過度生長(zhǎng)和分布現(xiàn)象，這表明外源性給予NGF作用于星狀神經(jīng)節(jié)，可促進(jìn)心臟交感神經(jīng)的生長(zhǎng)和分布[18]。劉野等[19]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病病程進(jìn)展心肌細(xì)胞中NGF的表達(dá)下調(diào)，引起心臟交感神經(jīng)損傷，導(dǎo)致心臟交感神經(jīng)去神經(jīng)支配。糖尿病心臟自主神經(jīng)病變引起左心室心肌組織各層NGF分布水平的下降和區(qū)域內(nèi)各神經(jīng)分布紊亂，其中交感神經(jīng)發(fā)生去神經(jīng)化支配，其去極化發(fā)生部位和NGF分布不均勻程度十分吻合。心臟電生理的異質(zhì)性常導(dǎo)致心律失常的易感性增加，其原因可能與心臟交感神經(jīng)不均衡的神經(jīng)支配增加有關(guān)。外源性NGF的干預(yù)可促進(jìn)了感神經(jīng)再生，糾正交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的支配失衡，降低室性心律失常的易感性和發(fā)生率。

有研究者認(rèn)為，NGF在心肌組織內(nèi)的表達(dá)變化與心律失常和猝死的發(fā)生密切相關(guān)。因此，為了預(yù)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(fù)和再生糖尿病期間損傷的交感神經(jīng)支配對(duì)于糖尿病心律失?；颊呖赡苁侵陵P(guān)重要的。 NGF能促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)的存活和再分化，其神經(jīng)修復(fù)作用可能會(huì)成為治療這一疾病的新的治療思路。

4.與心力衰竭的關(guān)系：在大量的心力衰竭模型中，筆者發(fā)現(xiàn)NGF可以對(duì)交感和感覺神經(jīng)的異常狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。大鼠心力衰竭模型中，星狀神經(jīng)節(jié)和背根神經(jīng)節(jié)NGF含量顯著降低，說明慢性心力衰竭影響星狀神經(jīng)節(jié)和背根神經(jīng)節(jié)NGF的表達(dá)[20]。心力衰竭發(fā)生進(jìn)展的病理生理學(xué)機(jī)制是左心室重塑,以心肌肥大和舒縮功能下降為主要標(biāo)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(xiàn)舒縮功能障礙，心臟發(fā)生缺血后經(jīng)檢測(cè)，心肌組織TH表達(dá)下降，但心肌NE含量增加，同時(shí)觀察心肌組織相關(guān)蛋白發(fā)現(xiàn)NGF和TrkA蛋白表達(dá)在心力衰竭心臟中顯著下降。因此甄潔等[21]認(rèn)為發(fā)生心力衰竭時(shí)交感神經(jīng)活性的顯著提高與心室重塑共存，但神經(jīng)再生速度滯后于心肌細(xì)胞的增長(zhǎng)，因此交感重塑相對(duì)于心肌細(xì)胞重塑而言其交感密度是相對(duì)下降的，同時(shí)心力衰竭大鼠NGF和TrkA表達(dá)也顯著降低。另外，Kaye等[22]研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭大鼠NGF和TrkA蛋白表達(dá)顯著降低，引起交感神經(jīng)分化與再生能力下降，最終導(dǎo)致交感神經(jīng)分布密度降低，自主調(diào)節(jié)紊亂。這一研究結(jié)論在另一方面證明了心力衰竭疾病與交感神經(jīng)引起的NGF和TrkA蛋白下降存在相關(guān)關(guān)系。前文描述的研究結(jié)果證明，心力衰竭的發(fā)生引起交感神經(jīng)分布密度相對(duì)下降，同時(shí)NGF和TrkA蛋白顯著降低，而交感神經(jīng)的生理功能維持與NGF的關(guān)系密不可分，心肌中NGF和TrkA的含量下降，最終導(dǎo)致心臟交感神經(jīng)分布的減少，自主調(diào)制紊亂，說明心力衰竭過程中與NGF相關(guān)的病理生理過程可能是心臟功能發(fā)生異常的原因。

綜上所述，神經(jīng)生長(zhǎng)因子在糖尿病心血管疾病有著密不可分的聯(lián)系，通過與不同受體結(jié)合發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，同時(shí)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌及心肌細(xì)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(fā)揮相應(yīng)調(diào)節(jié)作用?；谏窠?jīng)生長(zhǎng)因子的治療策略可有效修復(fù)損傷心功能，提高臨床治療效果。