成纖維細胞生長因子在神經(jīng)損傷修復中作用的研究進展

吳艷青，肖健，李校堃

（1.溫州大學生命科學研究院，浙江 溫州 325035；2. 溫州醫(yī)科大學藥學院，浙江 溫州 325035）

神經(jīng)損傷是最嚴重的創(chuàng)傷之一，常導致患者運動和感覺功能出現(xiàn)障礙，嚴重影響患者的身心健康和生活質(zhì)量，給家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟負擔。常見的神經(jīng)損傷包括：脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）、 外 周 神 經(jīng) 損 傷（peripheral nerve injury，PNI）、腦外傷（traumatic brain injury，TBI）和缺血缺氧導致的神經(jīng)損傷（hypoxia-ischemia injury，HI）等。目前，尋求更為合理有效的神經(jīng)損傷治療藥物和策略是創(chuàng)傷修復研究領域的熱點，具有重大臨床治療意義和社會價值。成纖維細胞生長因子（ fi broblast growth factors，F(xiàn)GFs）是機體重要的生長因子，可促進細胞增殖、遷移、存活和分化。有研究證實部分FGFs具有神經(jīng)營養(yǎng)因子（neurotrophic factors，NTFs）和炎癥抑制因子等功能，可發(fā)揮神經(jīng)保護作用。本文將綜述當前FGFs在SCI、PNI、TBI和HI等神經(jīng)損傷修復中作用的相關研究進展。

1 成纖維細胞生長因子概述

FGFs是1973年Armelin 首次從小鼠腦垂體提取液中分離純化出的能促進細胞生長的活性物質(zhì)。該超家族共有23個成員，在機體許多組織和器官內(nèi)均有分布。FGFs蛋白可分為旁分泌型和內(nèi)分泌型，旁分泌型FGFs需要硫酸乙酰肝素作為受體激活的輔因子，包 括 FGF1 ～ FGF18、FGF20和 FGF22等； 內(nèi) 分 泌 型FGFs依賴Klotho協(xié)同受體激活受體[1]，包括FGF19、FGF21和FGF23。FGFs與相應的成纖維細胞生長因子受體（ fi broblast growth factor receptors，F(xiàn)GFRs）結合，引發(fā)受體二聚化，活化受體酪氨酸激酶，進而激活細胞內(nèi)信號通路，發(fā)揮其生物學功能。已知，F(xiàn)GFRs包括FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4等4種[2]。

多種FGFs在促進SCI、PNI和TBI等神經(jīng)損傷修復過程中均具有重要作用。FGFs不僅可以促進神經(jīng)細胞的分化和遷移，還可以有效激活細胞內(nèi)信號通路，促進神經(jīng)損傷后軸突再生、脫髓鞘、再髓鞘化和血管再生等過程，從而促進神經(jīng)功能修復。已有研究證實中樞神經(jīng)損傷后，堿性成纖維細胞生長因子（basic fi broblast growth factor，bFGF）可通過磷脂酰肌-3激酶/蛋白激酶 B（phosphoinositide-3 kinase/protein kinase B，PI3K/PKB）信號通路，參與神經(jīng)再生和修復過程[3]。此外，bFGF在周圍神經(jīng)損傷修復過程中也扮演著重要角色，可促進軸突近端神經(jīng)殘端產(chǎn)生分支，調(diào)控神經(jīng)元、施旺細胞（Schwann cells，SCs）和成纖維細胞的增殖與分化[4]。Wu等[5]的研究發(fā)現(xiàn)酸性成纖維細胞生長因子（acidic fi broblast growth factor，aFGF或 稱 FGF1） 在脊髓損傷修復中具有很好的療效和臨床安全性。FGF5[6]和FGF9[7]也已被證明分別是運動神經(jīng)元的NTFs和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的分化因子。另外，F(xiàn)GF8在早期胚胎期就在中樞神經(jīng)系統(tǒng)上表達，促進神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育[8]。由上可知，F(xiàn)GFs與神經(jīng)損傷修復具有重大相關性。

2 成纖維細胞生長因子與神經(jīng)再生和修復

2.1 成纖維細胞生長因子在脊髓損傷修復過程中的作用

SCI是各種外傷導致的中樞神經(jīng)系統(tǒng)最嚴重的創(chuàng)傷之一，呈高發(fā)生率、高致殘率和高耗費等特點，常使患者的運動、感覺功能以及自主支配能力喪失。SCI包含2個階段，即外界因素對脊柱直接機械性損傷以及機械損傷后組織水腫、電解質(zhì)紊亂、缺血以及炎癥發(fā)生造成的繼發(fā)性損傷[9]。繼發(fā)性損傷是脊髓在急性損傷修復過程中所面臨的主要障礙。目前，SCI主要的治療手段是手術減壓、損傷的穩(wěn)定、二次并發(fā)癥的預防與管理以及病人的再適應。SCI之后，神經(jīng)結構和功能的再建是創(chuàng)傷修復領域研究的重點問題。其中，保護神經(jīng)元和脊髓損傷部位周圍的微環(huán)境，促進軸突再生和再髓鞘化，抑制膠質(zhì)瘢痕形成是促進軸突延伸和SCI修復的重中之重。因此，積極探究具有神經(jīng)保護作用、促進血脊屏障（blood-spinal cord barrier，BSCB）修復、促進軸突再生、促進再髓鞘化、抑制膠質(zhì)瘢痕形成等治療藥物和策略具有重大的臨床治療意義。

目前，大量研究工作證實多種FGFs具有促SCI修復的作用。研究發(fā)現(xiàn)，bFGF對SCI的恢復和重建具有顯著作用，可改善SCI后小鼠的運動功能，減少神經(jīng)細胞凋亡[10-11]。機制研究發(fā)現(xiàn)，bFGF可激活PI3K/PKB/糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）信號通路，抑制SCI誘導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）應激，減少繼發(fā)性細胞凋亡[11]；另外，bFGF可降低SCI后神經(jīng)元內(nèi)的自噬水平，清除大量堆積的泛素化蛋白，保護神經(jīng)元[12]，進一步研究發(fā)現(xiàn)bFGF通過調(diào)控窖蛋白-1（Caveolin-1，Cav-1）增加緊密連接蛋白以及黏附連接蛋白表達，保護BSCB的完整性[10]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF13可以增強微管穩(wěn)定性，提高線粒體功能，從而促進軸突再生，促進SCI修復[13]。此外，筆者課題組還根據(jù)FGF1的特性成功構建溫敏型肝素泊洛沙姆水凝膠載體遞送FGF1，從而大大提高FGF1促神經(jīng)保護和SCI修復的潛力[14]。FGF10是1996年發(fā)現(xiàn)的FGFs家族成員，又稱為角質(zhì)細胞生長因子2[15]。 以往研究證實，腦缺血后FGF10表達上調(diào)，但內(nèi)源性FGF10在SCI中的作用尚未報道。筆者課題組最新的研究表明SCI后，F(xiàn)GF10表達水平在神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞中明顯上調(diào)；外源性給予FGF10可通過激活FGFR2和PI3K/PKB通路減少神經(jīng)元凋亡，促進微管穩(wěn)定，從而促神經(jīng)軸突生長[16]。同時FGF10還可抑制Toll樣受體4/核因子-kappa B（Toll-like receptor 4/nuclear factor-kappa B，TLR4/NF-κB）信號通路，減少炎癥因子腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）表達，從而減少SCI后神經(jīng)炎癥。由此，筆者課題組證實FGF10在急性SCI后起內(nèi)源性保護作用[16]。另外，F(xiàn)GF10還能促進神經(jīng)干細胞的增殖和分化[17]。由上可知，F(xiàn)GFs是SCI 修復過程中的重要調(diào)控分子，進一步探究FGFs在SCI修復中的作用和機制具有重要應用價值。

2.2 成纖維細胞生長因子在外周神經(jīng)病變修復中的作用

PNI是由交通事故、暴力、急性壓迫和缺血、代謝紊亂等多種原因引起的一類神經(jīng)創(chuàng)傷[18]。據(jù)統(tǒng)計，我國每年新增PNI病例60萬 ～ 90萬，且發(fā)病率逐年上升。在PNI的早期和晚期，患者會有肢體癱瘓、感覺功能減退和骨骼肌萎縮等一系列臨床表現(xiàn)。PNI后，神經(jīng)損傷處及其遠端會發(fā)生瓦勒變性，伴隨軸突和髓鞘的崩潰瓦解產(chǎn)生大量的髓鞘碎片。此時，近端的SCs感知這一信號變化并發(fā)生去分化，去分化的SCs招募巨噬細胞，協(xié)同吞噬并消化堆積的髓鞘碎片。髓鞘碎片的堆積可激發(fā)包括巨噬細胞在內(nèi)的一些免疫性細胞產(chǎn)生并釋放炎癥因子。這些炎癥因子的產(chǎn)生和釋放會引起損傷區(qū)域微環(huán)境穩(wěn)態(tài)遭受破壞，導致氧化應激和凋亡壞死等繼發(fā)性二次損傷的發(fā)生，最終影響軸突生長和髓鞘重塑[19]。因此，髓鞘碎片的清除可為神經(jīng)再生創(chuàng)造良好的微環(huán)境；而且在PNI早期，髓鞘碎片清除的速率和程度將直接決定神經(jīng)修復的效果和程度。

目前，臨床上針對PNI患者的治療主要采用手術修復的方式。但術后神經(jīng)功能的恢復效果并不特別理想，常出現(xiàn)吻合口與周圍組織形成不同程度的粘連、瘢痕，并產(chǎn)生神經(jīng)纖維瘤等后遺癥。目前認為PNI后損傷區(qū)微環(huán)境的紊亂、NTFs的缺乏和神經(jīng)再生困難是造成PNI難修復的主要原因[20]。在PNI修復過程中，軸突再生和髓鞘再生等都需要大量的NTFs。在外周神經(jīng)系統(tǒng)中，這些NTFs的合成與分泌主要來源于SCs[21]。PNI后，NTFs的含量和表達急劇下調(diào)，即損傷神經(jīng)內(nèi)部含有的NTFs不足以發(fā)揮神經(jīng)保護作用和促進神經(jīng)再生的需求，故外源性補充NTFs成為治療PNI的一種重要策略。FGFs是一種重要的NTFs。目前，已有研究發(fā)現(xiàn)多種FGFs參與調(diào)控PNI修復過程。研究發(fā)現(xiàn)，bFGF可刺激背根神經(jīng)元和SCs增殖，促進再髓鞘化和血管再生[3]。Li等[22]的研究發(fā)現(xiàn)PNI后，bFGF通過調(diào)控ER作用，促進SCs的增殖，從而促進脫髓鞘和再髓鞘化過程。進一步研究發(fā)現(xiàn)，運用肝素泊洛沙姆溫敏型水凝膠共載bFGF和神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）原位給藥治療PNI，可穩(wěn)定微管，激活絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（mitogenactivated protein kinases/extracellular regulated protein kinases，MAPKs/ERKs），PI3K/PKB和 Janus激 酶/信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子（Janus kinases/signal transducers and activators of transcription，JAKs/STATs）等信號通路，增強生長因子在促進軸突再生和再髓鞘化中的作用[23]。Ni等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，將FGF1和神經(jīng)干細胞結合在神經(jīng)導管中有利于外周神經(jīng)的重建。 此外，miR-182可以調(diào)控FGF9，從而調(diào)控SCs的增殖和遷移[25]。

2.3 成纖維細胞生長因子在腦外傷導致的神經(jīng)損傷修復中的作用

TBI是由外力所致的腦部損傷，具有高致殘率和致死率等特點?；颊邔⒊霈F(xiàn)短期或者長期的感覺和運動功能缺失，認知障礙和記憶能力降低等后遺癥。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的研究預測，TBI將是未來導致成年人意外死亡和殘疾的主要因素。TBI包括最初的原發(fā)性損傷和腦水腫等級聯(lián)性繼發(fā)性損傷。血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的破壞是TBI早期的病理改變，是造成繼發(fā)性腦損傷的重要原因，將導致血液成分進入腦組織，如炎癥細胞進入腦組織后增強或誘導局部炎癥反應，加劇損傷[26]。因此，保護BBB的完整性和挽救受損神經(jīng)元是促進TBI修復的關鍵，也是針對TBI治療研究重點關注的問題。目前，由于TBI后復雜的病理生理特點，TBI的治療更多的是采用單獨或協(xié)同作用于多細胞生存和死亡途徑的藥物。然而，盡管過去幾十年進行了大量的科學研究，目前尚無有效的治療藥物可用于干預腦外傷。

FGFs是干細胞增殖、新皮質(zhì)發(fā)育及成年人神經(jīng)元成活和生長的重要因素，在大腦的發(fā)育和神經(jīng)再生過程中起到非常重要的作用。目前，已有研究表明多種FGFs參與調(diào)控TBI后BBB的修復和神經(jīng)再生等過程。Wu等[27]的研究表明，F(xiàn)GF1可激活PI3K-PKB-Rac1信號通路，抑制Ras同源基因家族成員A（Ras homolog gene family member A，RhoA） 活 性， 保 護 TBI后BBB的完整性，促進神經(jīng)功能恢復。Chen等[28]研究發(fā)現(xiàn)，由于與肝素親和力較低，F(xiàn)GF21可通過FGFR1/β-klotho信號通路上調(diào)過氧化物酶體增殖劑激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptor γ，PPAR γ），促進TBI后BBB的修復。此外，bFGF與其受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達。當中樞神經(jīng)受損后，bFGF從細胞內(nèi)釋放并發(fā)揮神經(jīng)保護功能。Yoshimura等[29]研究發(fā)現(xiàn)TBI后，bFGF高表達或外源性補充bFGF不僅可保護海馬齒狀回區(qū)域的神經(jīng)元，促進神經(jīng)再生，也可以保護BBB的完整性[30]。由上可知，TBI后，F(xiàn)GFs對保護BBB的完整性和促進神經(jīng)再生等過程具有重要作用。相信通過進一步的探索和研究，F(xiàn)GFs有望成為TBI治療的重要靶點，推進臨床上TBI的治療進程。

2.4 成纖維細胞生長因子在腦卒中神經(jīng)損傷修復中的作用

腦卒中是指由于腦供血動脈狹窄或閉塞、腦血栓形成和腦出血等腦局部血液循環(huán)障礙所導致的神經(jīng)功能缺損綜合征，是最常見和高發(fā)的致殘和致死性疾病。腦卒中分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中，其中缺血性腦卒中占70% ～ 80%。腦卒中患者多伴有腦局部組織不可逆的損害，導致腦組織缺血和缺氧性壞死，最終導致神經(jīng)元凋亡和功能障礙。腦卒中后，BBB被破壞可誘導腦免疫炎癥等反應，從而引起卒中后腦損傷，并在亞急性期加重腦水腫和神經(jīng)功能損害[31]。腦水腫的程度與神經(jīng)損傷程度密切相關。因此，如何在腦卒中早期進行有效的干預，保護BBB的完整性，控制腦水腫的程度，對后期腦神經(jīng)損傷修復具有重大意義。

腦卒中后，F(xiàn)GFs在保持BBB的完整性和促進神經(jīng)功能恢復方面具有重要作用。有研究表明，外源性補充FGF1或bFGF可介導FGFRs，調(diào)控PI3K-PKB-Rac1信號通路，降低RhoA的活性，保護BBB的完整性，從而緩解腦出血導致的二次腦損傷[32-33]。miR-15a可以抑制內(nèi)皮細胞中內(nèi)源性bFGF和VEGF表達，抑制血管再生，從而影響腦卒中神經(jīng)功能恢復[34]。bFGF可以通過激活ERKs和PI3K信號通路，激活miR-134在星形膠質(zhì)細胞中的表達，降低谷氨酸的濃度，促進星形膠質(zhì)細胞成熟，從而發(fā)揮神經(jīng)保護功能[35]。張化彪[36]研究發(fā)現(xiàn)，腦出血后，機體可應激性釋放一些化學成分來刺激bFGF表達，高表達的bFGF在保護神經(jīng)元、促進膠質(zhì)細胞分裂、調(diào)控腦血流量和血管再生中具有重要作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)短暫性全腦缺血后，腦室內(nèi)注射外源bFGF可調(diào)控哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路，抑制過度活化的自噬水平，緩解p53線粒體易位，保護海馬區(qū)域的神經(jīng)元[37]。研究發(fā)現(xiàn)，大腦中動脈暫時性堵塞后，F(xiàn)GF18通過增加梗死區(qū)域血流量，減少梗死面積，緩解行為缺陷，而且其治療效果比bFGF更明顯[38]。此外，F(xiàn)GF23含量與卒中的發(fā)生發(fā)展也息息相關[39]。由上可知，F(xiàn)GFs與腦卒中后神經(jīng)修復過程具有重要相關性，特別是bFGF。因此，未來研究工作的一個重要方向，即是探討在腦卒中發(fā)生發(fā)展過程中，是否可以在腦卒中早期給予一定劑量的FGFs進行干預治療，從而控制病情的發(fā)生發(fā)展。希望科學家們針對FGFs對腦卒中的治療作用進行深入探究，為臨床上治療腦卒中提供新的選擇策略。

2.5 成纖維細胞生長因子在新生兒缺血缺氧性腦損傷修復中的作用

新生兒缺血缺氧（neonatal hypoxia-ischemia，NHI）腦損傷是導致新生兒高死亡率和殘疾率的重要因素。NHI在發(fā)展中國家發(fā)生率高達26‰，其中大約10% ～20%的腦癱患兒將在出生后死亡，25%幸存下來的新生兒將出現(xiàn)長期的不可逆的神經(jīng)系統(tǒng)缺陷，導致神經(jīng)發(fā)育障礙、癲癇和學習障礙等[40]。神經(jīng)炎癥和氧化應激等導致的BBB完整性的破壞和神經(jīng)細胞的凋亡是NHI腦損傷后神經(jīng)功能障礙的主要誘導因素[41]。目前，除了輕度低氧治療可以部分緩解6 h內(nèi)剛出生的腦損傷新生兒的癥狀[42]，臨床上并未發(fā)現(xiàn)其他有效治療NHI腦損傷的措施。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFs參與調(diào)控NHI腦損傷后神經(jīng)修復過程。bFGF可以促進齒狀回神經(jīng)元的增殖，促進NHI腦損傷后神經(jīng)修復[43]。前期研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導神經(jīng)干細胞高表達bFGF可以有效誘導神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞，緩解新生兒腦損傷，促進神經(jīng)功能恢復[44]。而且，bFGF與多能星形干細胞協(xié)同治療NHI腦損傷也可以有效促進多能星形干細胞遷移至神經(jīng)損傷區(qū)域，緩解NHI導致的認知障礙[45]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，bFGF可以激活FGFRs信號通路，提高血小板源生長因子受體β（platelet derived growth factor receptor β，PDGFRβ）在周細胞和周細胞來源的成纖維樣細胞中的表達，從而保護BBB的完整性，促進梗死區(qū)域神經(jīng)修復[46]。另外，研究發(fā)現(xiàn)FGF1可激活Caspase 3和9，剪切多聚ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）蛋白，調(diào)控Caspase-X連鎖凋亡抑制 蛋 白（X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）信號通路級聯(lián)反應，減少NHI腦損傷誘導的神經(jīng)元凋亡，部分緩解NHI腦損傷導致的后遺癥[47]。由上可知，F(xiàn)GFs在促進NHI腦損傷后神經(jīng)修復中具有重要作用。

2.6 成纖維細胞生長因子在神經(jīng)退行性疾病中的作用

神經(jīng)退行性疾病是人類健康的一大威脅，以漸進性功能障礙和神經(jīng)元死亡為主要特征，主要包括：阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）、帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）、 多 發(fā) 性 硬 化 癥（multiple sclerosis，MS）、肌萎縮性側索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）和亨廷頓?。℉untington’s disease，HD）等。隨著時間的推移，神經(jīng)退行性疾病的病情逐漸惡化，最終導致神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，引起語言、記憶認知和小腦共濟失調(diào)等功能性障礙。神經(jīng)退行性疾病具有多種多樣病理生理學特征。目前，治療神經(jīng)退行性疾病的藥物種類較少，并且僅有延緩病情惡化的效果。因此，隨著人口老齡化趨勢的進一步發(fā)展，探究更為有效的治療藥物迫在眉睫。作為機體重要的生長因子，多種FGFs在中樞神經(jīng)退行性疾病的治療中具有重大潛力。研究表明外源性補充FGF1[48]、bFGF[49]和FGF20[50]都能保護多巴胺神經(jīng)元，增加神經(jīng)遞質(zhì)釋放，有效緩解PD的發(fā)生發(fā)展進程。Yusuf等[51]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF9可調(diào)控ERKs信號通路，抑制紋狀體細胞凋亡，緩解HD的發(fā)生與發(fā)展。目前，F(xiàn)GFs在治療神經(jīng)退行性疾病上的作用研究雖有一定進展，但是具體的調(diào)控機制還不是特別清楚，這也將是未來研究工作重點突破的目標。

3 結語和展望

綜上所述，F(xiàn)GFs在神經(jīng)損傷修復上具有廣闊的臨床應用前景。目前，神經(jīng)再生與修復的基礎理論與臨床應用研究已取得顯著成果。但是由于神經(jīng)損傷后多種多樣的病理生理改變，調(diào)控損傷神經(jīng)再生與修復的網(wǎng)絡極為復雜，因此神經(jīng)受損后神經(jīng)再生和功能恢復仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。作為一種蛋白藥物，F(xiàn)GFs在神經(jīng)再生與修復中具有顯著作用，但仍存在很多問題，如當前的研究僅揭示部分FGFs在神經(jīng)損傷修復中的作用，其他FGFs在神經(jīng)損傷修復中的治療潛能及相關機制尚不清楚；同時，F(xiàn)GFs的半衰期較短和穩(wěn)定性較差等嚴重限制FGFs的臨床應用。為此，研究人員正積極探究如何根據(jù)生長因子的特性構建有效的新型載體包載生長因子以解決上述問題。值得注意的是，根據(jù)生長因子的特性，復合多種生長因子或協(xié)同神經(jīng)干細胞進行治療也將是未來神經(jīng)損傷修復重要的治療策略，這也將有效擴展FGFs在神經(jīng)損傷治療領域的應用。希望通過努力，能夠進一步推進FGFs從基礎研究走向臨床應用，為臨床上治療神經(jīng)損傷提供更為合理有效的方案。