神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子與帕金森病DA能神經(jīng)元再生

孫雪 梁建慶，2 何建成 馬利芳

(1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2敦煌醫(yī)學(xué)與轉(zhuǎn)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3上海中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院)

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(NTF)是一種能調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長(zhǎng)凋亡的肽類(lèi)物質(zhì)〔1〕。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)于神經(jīng)元主要起營(yíng)養(yǎng)、刺激的作用，并且其可以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞。帕金森病(PD)是一種好發(fā)于中老年人的慢性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病〔2〕。PD發(fā)病主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)功能紊亂，如靜止性震顫、肌強(qiáng)直、體位障礙等。目前，人們對(duì)于PD的發(fā)病原因和機(jī)制尚未了然。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，黑質(zhì)紋狀體NTF減少，可能是導(dǎo)致腦內(nèi)多巴胺(DA)神經(jīng)遞質(zhì)減少出現(xiàn)PD的臨床癥狀的原因〔3〕?？梢?jiàn)，NTF刺激DA能神經(jīng)元再生的功能與PD病理改變之間關(guān)系密切。近年來(lái)，NTF能促進(jìn)DA能神經(jīng)元的再生尤其成為關(guān)注的焦點(diǎn)?，F(xiàn)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(duì)NTF的研究應(yīng)用尤為重要。本文旨在對(duì)與帕金森病DA能神經(jīng)元再生的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 NTF的來(lái)源與基本結(jié)構(gòu)

1.1NTF的來(lái)源 NTF包括在神經(jīng)和非神經(jīng)組織中具有多種功能的基本分泌蛋白，介導(dǎo)外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、存活和維持〔4〕。NTF有豐富的來(lái)源，多種NTF可被同一種細(xì)胞表達(dá)，多種細(xì)胞也可以產(chǎn)生同一種NTF。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、膠質(zhì)源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(GDNF)、睫狀神經(jīng)生長(zhǎng)因子(CNTF)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)；成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)均由多種細(xì)胞表達(dá)〔5〕。

1.2NTF的基本結(jié)構(gòu) 首先，依據(jù)其結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)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(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(MANF)、保守型多巴胺神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CDNF)〕和膠質(zhì)細(xì)胞源性NGF(GDNF)家族(GDNF，NTN、ARTN、PSPN)。NGF家族龐大，種類(lèi)豐富，其基本結(jié)構(gòu)也各不相同。下面將針對(duì)NGF 、BDNF 、NT-3 、NT-4、CNTF、GDNF 的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

NGF是目前研究最多最清晰的具有生物學(xué)特性的一種神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子。NGF是由兩個(gè)氨基酸單鏈結(jié)合的二聚體，這種結(jié)構(gòu)與人體NGF的結(jié)構(gòu)具有高度的同源性。BDNF是黑質(zhì)和中腦被蓋側(cè)DA能神經(jīng)元表達(dá)的一種NTF，是一種堿性蛋白質(zhì)。BDNF是由19個(gè)氨基酸組成，BDNF與NGF約 50 % 的氨基酸相同。NT-3是一類(lèi)重要的生長(zhǎng)因子，是由119個(gè)基酸組成的多肽。NT-4在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、分化及損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用。NT-4是由130個(gè)氨基酸構(gòu)成的堿性蛋白。CNTF即是第1個(gè)被發(fā)現(xiàn)的能維持在體和離體脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活及突起生長(zhǎng)的NTF。CNTF是一種酸性蛋白，由200個(gè)氨基酸殘基組成，人、大鼠、兔的CNTF同源性達(dá) 85%。GDNF是一種分泌性蛋白，是由134個(gè)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(jié)構(gòu)有相似性，氨基酸的組成高度同源，但其表達(dá)卻具有明顯的階段特異性和組織特異性。NTF家族成員結(jié)構(gòu)的多樣性為PD的治療提供了更廣泛的靶點(diǎn)與通路。

2 NTF作用及機(jī)制

NTFs能促進(jìn)和維持神經(jīng)元生存、生長(zhǎng)、分化并執(zhí)行神經(jīng)元的特異功能，它們?cè)谏窠?jīng)再生、突觸形成與可塑性、神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中必不可少，對(duì)神經(jīng)損傷后神經(jīng)細(xì)胞的存活、軸突的生長(zhǎng)也有重要的營(yíng)養(yǎng)和誘導(dǎo)作用〔6〕。

2.1NTF的機(jī)制 NTF可通過(guò)與TrK 酪氨酸激酶和p75NT受體(p75NTR) 兩種類(lèi)型細(xì)胞表面受體相結(jié)合，對(duì)神經(jīng)元的存活、分化、生長(zhǎng)和凋亡進(jìn)行調(diào)控。NTF受體是啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的重要物質(zhì)。NTF與特異的受體結(jié)合來(lái)發(fā)揮作用〔7〕。胞外區(qū)、跨膜區(qū)及胞內(nèi)區(qū)共同組成了NTF的受體。胞外區(qū)的結(jié)構(gòu)是一大段糖基化的多肽，其不同的結(jié)構(gòu)結(jié)合不同的因子；跨膜區(qū)的結(jié)構(gòu)是由疏水氨基酸組成，受體在細(xì)胞膜上運(yùn)動(dòng)及與配體的作用和活化都賴于此結(jié)構(gòu)；胞內(nèi)區(qū)存在酪氨酸蛋白激酶區(qū)(TK區(qū))，此區(qū)域在配體結(jié)合反應(yīng)及信號(hào)通路活化方面必不可少〔8〕。NTF家族龐大，種類(lèi)繁多，但其分工明確，每種因子都獨(dú)立激活特異的信號(hào)傳導(dǎo)通路。而調(diào)控網(wǎng)絡(luò)則通過(guò)傳導(dǎo)通路中各相關(guān)分子相互作用、調(diào)控而形成。綜上，特異性受體結(jié)合及特定的機(jī)制使NTF維持神經(jīng)細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定和促使其再生的。

2.2NTF的保護(hù)作用 NTF可以保護(hù)損傷的神經(jīng)元。這種保護(hù)作用在DA能神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)變性和功能喪失中必不可少。這種保護(hù)機(jī)制主要體現(xiàn)在神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞凋亡的過(guò)程中。神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育之初會(huì)產(chǎn)生大量神經(jīng)元，但由于被靶組織提供的NTF的數(shù)量是有限的，往往都會(huì)少于神經(jīng)元的數(shù)量。這就導(dǎo)致部分神經(jīng)元不能找到與之匹配的NTF最終凋亡?，F(xiàn)研究證實(shí)，神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病PD的發(fā)生正是DA能神經(jīng)元的大量變性凋亡導(dǎo)致的。腦缺血的過(guò)程中會(huì)有大量神經(jīng)元凋亡，進(jìn)一步出現(xiàn)凋亡小體，核固縮，DNA發(fā)生降解〔9〕。新蛋白的合成、多種蛋白激酶的激活及胞內(nèi)Ca2+濃度的變化也會(huì)隨著凋亡過(guò)程而發(fā)生〔10〕。綜上，NTFs通過(guò)抑制的過(guò)程達(dá)到對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)，對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病引起的神經(jīng)元死亡有重要地位。

2.3NTF的再生作用 NTF可以促進(jìn)神經(jīng)元再生。在PD發(fā)生過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)DA能神經(jīng)元的變性壞死，而損傷的神經(jīng)元再生能力可能會(huì)有缺陷，神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境下存在抑制神經(jīng)修復(fù)再生的因素，已經(jīng)不適合軸突再生。若想要神經(jīng)元存活和再生，就需要NTF來(lái)促進(jìn)表達(dá)。NGF可促進(jìn)培養(yǎng)的隔區(qū)神經(jīng)元膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)活性，BDNF可促進(jìn)培養(yǎng)的中腦DA能神經(jīng)元的DA的攝取，NTFs還可能促進(jìn)了神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)功能的恢復(fù)〔11〕。NTFs可有效地延緩靶損傷引起的神經(jīng)元死亡，維持部分神經(jīng)元存活，在合適的環(huán)境及某些物質(zhì)和因子作用下，可促進(jìn)神經(jīng)環(huán)路重建，最終恢復(fù)生理功能的重建〔12〕。綜上，NTFs對(duì)于神經(jīng)元存活與再生的積極作用，這對(duì)于PD DA能神經(jīng)元也有更重要的意義。

3 NTF在DA能神經(jīng)元再生中的作用

3.1NGF NGF對(duì)交感、膽堿能神經(jīng)元、黑質(zhì)DA能神經(jīng)元有營(yíng)養(yǎng)作用，能維持其存活并誘導(dǎo)突觸生長(zhǎng)，特別對(duì)DA能神經(jīng)元有明顯作用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，NGF具有提升神經(jīng)細(xì)胞存活率和促神經(jīng)細(xì)胞突觸生長(zhǎng)的活性。經(jīng)有關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所證明，NGF對(duì)于DA能神經(jīng)元的存活、生長(zhǎng)、發(fā)育有明顯的保護(hù)作用〔13〕。成年Rat切斷坐骨神經(jīng)后，可在斷端吻合口觀察到NGF等活性修復(fù)物質(zhì)的分泌，這說(shuō)明NGF參與了神經(jīng)元的再生修復(fù)過(guò)程〔14〕。NGF可促進(jìn)神經(jīng)元的修復(fù)，其對(duì)DA能神經(jīng)元的再生修復(fù)更值得關(guān)注。NGF有防止和延緩神經(jīng)元死亡的作用，并能在損傷后第一時(shí)間對(duì)神經(jīng)環(huán)路進(jìn)行重建〔15〕。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，在DA能神經(jīng)元再生過(guò)程中，NGF可通過(guò)參與再生修復(fù)過(guò)正、對(duì)DA能神經(jīng)元的保護(hù)及對(duì)神經(jīng)環(huán)路的重建等來(lái)達(dá)到對(duì)DA能神經(jīng)元再生及其機(jī)體內(nèi)環(huán)境的維護(hù)作用。

3.2BDNF BDNF是腦中含量最多的NTF。BDNF可以促進(jìn)中樞神經(jīng)元的發(fā)育、增殖分化及保證其存活，并能增強(qiáng)某些感覺(jué)神經(jīng)元的存活能力，對(duì)于損傷后的神經(jīng)元，BDNF還有修復(fù)和功能重塑的作用〔16〕。中樞神經(jīng)系統(tǒng) BDNF支持中腦DA能神經(jīng)元存活、促進(jìn)其分化，并且保護(hù)DA能神經(jīng)元免受神經(jīng)毒素如 6-羥DA的損害。這證實(shí)了BDNF在DA能再生中抑制毒素，對(duì)DA能神經(jīng)元的保護(hù)作用〔17〕。綜上，BDNF在DA能再生中起保護(hù)作用。

3.3NT-3 對(duì)于損傷的神經(jīng)元其可以提供有利修復(fù)的微環(huán)境，并可以維持和促進(jìn)神經(jīng)元存活、分化和再生等多方面的作用〔18〕。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，NTF對(duì)受損和變性的神經(jīng)細(xì)胞作用突出；若神經(jīng)元受到外傷或變性等，NTF及其受體的水平會(huì)發(fā)生改變，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子會(huì)抑制、延遲及阻止神經(jīng)元變性、死亡〔19〕。實(shí)驗(yàn)表明，給新生小鼠加入Anti-NT-3會(huì)出現(xiàn)大部分神經(jīng)元死亡，這表明內(nèi)源性NT-3缺乏會(huì)導(dǎo)致不同通路激活凋亡或死亡通路〔20〕。NT-3在體外促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)的發(fā)展，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)細(xì)胞因損害或衰老而消失后進(jìn)行分裂增生進(jìn)行填補(bǔ)，起到修復(fù)再生的作用。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的部分終足與神經(jīng)元相接觸，可能起著運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用。綜上，NT-3通過(guò)間接促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)展而達(dá)到促進(jìn)DA能神經(jīng)元再生及營(yíng)養(yǎng)的作用，并且對(duì)于DA能神經(jīng)元的損傷有保護(hù)作用。

3.4NT-4 NT-4可以促進(jìn)前腦、海馬及中腦腹側(cè)DA能及膽堿能神經(jīng)元的存活〔21〕。NT-4還可促進(jìn)神經(jīng)-肌肉突觸重建、增加再生軸索的數(shù)量和長(zhǎng)度、防止神經(jīng)損傷后的肌肉損傷〔22〕。NT-4可以促進(jìn)損傷處神經(jīng)的再生〔23〕，大鼠坐骨神經(jīng)橫斷2 w后，NT-4 mRNA 顯著上調(diào)，這說(shuō)明其有促進(jìn)軸突向外生長(zhǎng)的作用。除此之外，NT-4還能促進(jìn)DA神經(jīng)元的存活、分化，使神經(jīng)元數(shù)量增加〔24〕。NT-4即使在缺乏神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)物中仍能促進(jìn)黑質(zhì)DA神經(jīng)元存活與分化，故認(rèn)為其可能是在此神經(jīng)元上直接產(chǎn)生作用〔25〕。另外，NT-4還可對(duì)DA能神經(jīng)元產(chǎn)生保護(hù)作用〔26〕。綜上，NT-4通過(guò)直接促進(jìn)DA能存活分化及對(duì)DA能神經(jīng)元的保護(hù)作用，最終促進(jìn)DA能神經(jīng)元再生。

3.5CNTF CNTF對(duì)感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，黑質(zhì)DA神經(jīng)元等多種神經(jīng)元均有促進(jìn)其存活、損傷保護(hù)、營(yíng)養(yǎng)的作用。CNTF不僅能促進(jìn)神經(jīng)元的存活，還可以誘導(dǎo)多種神經(jīng)細(xì)胞分化，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡和促進(jìn)軸突再生。神經(jīng)損傷后見(jiàn)到雪旺細(xì)胞CNTF呈高水平表達(dá)，神經(jīng)軸突逆轉(zhuǎn)運(yùn)CNTF增加，這表明CNTF參與神經(jīng)損傷后的修復(fù)、再生，損傷后CNTF反應(yīng)性增高是細(xì)胞的保護(hù)性反應(yīng)〔27〕。許家軍等〔28〕發(fā)現(xiàn)，CNTF能明顯促進(jìn)周?chē)窠?jīng)運(yùn)動(dòng)軸突再生，在神經(jīng)損傷后，遠(yuǎn)側(cè)段神經(jīng)CNTF明顯減少，補(bǔ)充外源性CNTF可滿足再生軸突的需求。綜上，CNTF的特性對(duì)DA能神經(jīng)元有營(yíng)養(yǎng)、保護(hù)、促進(jìn)其存活的作用，而其最突出的是促進(jìn)軸突的再生作用，這一特性可直接作用于DA能神經(jīng)元的再生過(guò)程。

3.6GDNF GDNF對(duì)發(fā)育及成熟的DA能神經(jīng)元有保護(hù) 、修復(fù)及促進(jìn)其分化的作用。黑質(zhì)內(nèi)注射 GDNF免疫組化顯示TH+軸突向注射位點(diǎn)“芽生”(SprOut)，DA 水平升高。這說(shuō)明GDNF能增加中腦的DA通路。實(shí)驗(yàn)運(yùn)用劑量足夠大時(shí)，可以完全阻止黑質(zhì)細(xì)胞損傷和萎縮，說(shuō)明GDNF具有維持中腦DA表型的作用〔29〕，這證實(shí)了GDNF對(duì)DA能神經(jīng)元的保護(hù)作用。另外，GDNF 對(duì)于培養(yǎng)的中腦DA具有營(yíng)養(yǎng)作用，GDNF即表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)活性。當(dāng)培養(yǎng)的神經(jīng)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(fù)。由此可以看出，GDNF不僅對(duì)中腦DA具有營(yíng)養(yǎng)作用，并對(duì)損傷后的中腦DA具有拯救和刺激恢復(fù)的作用。綜上，GDNF對(duì)于DA能神經(jīng)元再生發(fā)揮修復(fù)、營(yíng)養(yǎng)及保護(hù)作用。

4 NTF在PD治療中的意義

4.1PD目前治療的局限性 現(xiàn)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(bǔ)充患者腦中DA?，F(xiàn)臨床最有效的治療藥物是左旋多巴〔30〕，但該藥物長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致療效降低，運(yùn)動(dòng)障礙等后期并發(fā)癥。二為外科手術(shù)治療，主要是神經(jīng)核毀損術(shù)和腦深部電刺激術(shù)(DBS)。手術(shù)治療對(duì)肢體震顫和(或)肌強(qiáng)直有較好療效，但對(duì)姿勢(shì)步態(tài)異常、平衡障礙效果不明顯〔31〕。無(wú)論是藥物治療還是手術(shù)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(jīng)元的進(jìn)行性丟失，最終仍是無(wú)法控制疾病的發(fā)展〔32〕。PD的針對(duì)性治療還有待突破。

4.2NTF治療PD的機(jī)制 PD的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，黑質(zhì)紋狀體的DA能神經(jīng)元發(fā)生退行性變是導(dǎo)致其發(fā)生的主要病理特征。尚認(rèn)為此系統(tǒng)存在一定的可塑性，因其黑質(zhì)的DA能神經(jīng)元減少是發(fā)生在臨床癥狀出現(xiàn)之前，若能對(duì)DA能神經(jīng)元進(jìn)行調(diào)控，可改善臨床癥狀〔33〕。近年來(lái)，NTF被國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為最具有發(fā)展前景。經(jīng)過(guò)科研人員的深入研究，發(fā)現(xiàn)NTF對(duì)DA能神經(jīng)元的再生有保護(hù)、營(yíng)養(yǎng)、促進(jìn)等功能，這一特性使其有望成為人們對(duì)PD治療瓶頸的新突破。

NTF治療PD的可能機(jī)制：NTF對(duì)神經(jīng)元具有明顯的保護(hù)作用、神經(jīng)元再生作用及對(duì)DA能神經(jīng)系統(tǒng)的刺激作用。NTF的三種功能均有利于DA能神經(jīng)元〔34〕。NTF治療PD的主要機(jī)制是針對(duì)DA能神經(jīng)元的變性、損傷及死亡。

4.3NTF治療PD的前景 NTF對(duì)中腦DA能神經(jīng)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(yīng)用前景。但，將NTF應(yīng)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(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子均不能通過(guò)血腦屏障，截?cái)嗔遂o脈給藥途徑，這是目前臨床應(yīng)用的障礙。針對(duì)這一障礙，諸多研究者在細(xì)胞和基因治療的研究有望解決這一難題。目前相關(guān)的研究結(jié)果，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了較好的療效，但若想順利運(yùn)用到臨床仍需考究。雖然，針對(duì)NTF治療PD存在障礙，但其針對(duì)DA能神經(jīng)元的積極作用仍不斷推動(dòng)研究者去挖掘。運(yùn)用神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子治療PD指日可待。