神經(jīng)生長(zhǎng)因子在創(chuàng)傷性腦損傷中的抗炎機(jī)制

朱文豪 李文臣 陳勃 王海峰

創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是神經(jīng)外科較為常見的外傷性疾病。隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，TBI 的發(fā)生率逐年增加，其中重型TBI 患者約占總數(shù)的20%，其致殘率與死亡率居高不下[1]。TBI 所致的損傷主要包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷，其中以繼發(fā)性損傷更為嚴(yán)重。炎癥反應(yīng)與TBI 的預(yù)后緊密相關(guān)，損傷早期，炎癥因子的過量表達(dá)將加劇TBI 后的急性繼發(fā)性腦損傷。繼發(fā)性炎癥反應(yīng)主要包括促炎因子的分泌、腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活、外周免疫細(xì)胞的趨化等共同形成級(jí)聯(lián)瀑布炎癥反應(yīng)[2,3]。臨床隨機(jī)對(duì)照研究表明急性期TBI 患者血清中腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α)及白細(xì)胞介素6（interleukin 6，IL-6)等炎癥因子與患者預(yù)后有密切相關(guān)性，炎癥檢測(cè)指標(biāo)越高，預(yù)后越差[4]。因而積極控制損傷早期過度炎癥反應(yīng)將有助于TBI 患者預(yù)后的改善[5]。

神經(jīng)生長(zhǎng)因子（nerve growth factor，NGF）是神經(jīng)系統(tǒng)非常重要的生物活性分子之一，發(fā)現(xiàn)至今已有60 余年，其對(duì)調(diào)節(jié)神經(jīng)元的生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、存活以及對(duì)損傷神經(jīng)的再生修復(fù)具有十分重要的作用[6]。同時(shí)國(guó)內(nèi)外也有許多文獻(xiàn)報(bào)道其具有相關(guān)抗炎作用，本文就NGF 對(duì)TBI 后抗炎修復(fù)作用可能的機(jī)制展開綜述，以期推進(jìn)NGF 相關(guān)抗炎方向的研究。

一、NGF 及其相關(guān)受體

NGF 在皮層、海馬和下丘腦垂體中產(chǎn)生最多，同時(shí)在基底神經(jīng)節(jié)、丘腦、脊髓和視網(wǎng)膜等其他區(qū)域也有表達(dá)[7]。NGF受體廣泛分布在海馬、大腦皮層、中隔、Broca 斜角帶、嗅球和紋狀體等人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膽堿能神經(jīng)元中[8,9]。NGF 是由1 個(gè)β 亞單位、2 個(gè)α 亞單位和2 個(gè)γ 亞單位以非共價(jià)鍵結(jié)合的具有高度同源性的保守蛋白分子。NGF 的生物活性主要依賴于β 亞單位，一般所說的NGF 就是β-NGF[8]。NGF 在促進(jìn)神經(jīng)元的生長(zhǎng)、分化、存活、抗凋亡、加快軸突再生等各個(gè)方面也發(fā)揮著重要的生物學(xué)效應(yīng)[10]。NGF 主要通過2 種受體調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化，包括高親和力的酪氨酸蛋白激酶受體（tyrosine kinase A，TrkA）和低親和力非選擇性的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體p75（p75 neurotrophin receptor，p75NTR）[9]。TrkA 一般介導(dǎo)正向信號(hào)傳導(dǎo)作用，如促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和活存。TrkA 是NGF 的功能受體。TrkA 受體被激活時(shí)將會(huì)發(fā)生自身磷酸化，從而進(jìn)行信號(hào)的傳導(dǎo)，改變相關(guān)基因表達(dá)和蛋白合成，進(jìn)而產(chǎn)生誘導(dǎo)突觸生長(zhǎng)、增強(qiáng)細(xì)胞存活能力等效應(yīng)。p75NTR 是一種跨膜糖蛋白，為腫瘤壞死因子超家族之一，能與所有類型的NGF 相結(jié)合。p75NTR 可以干預(yù)TrkA 的信號(hào)傳導(dǎo)，同時(shí)在細(xì)胞遷移、細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)、促進(jìn)神經(jīng)叢的形成以及神經(jīng)軸突的生長(zhǎng)等方面發(fā)揮作用。p75NTR 介導(dǎo)正向和反向信號(hào)，既可以介導(dǎo)程序性細(xì)胞凋亡，又可以協(xié)同NGF-TrkA 通路介導(dǎo)神經(jīng)元存活。TrkA 和p75NTR 發(fā)出的信號(hào)相互間可發(fā)揮一致作用，也可對(duì)立。當(dāng)TrkA 和p75NTR 同時(shí)存在時(shí)，p75NTR 可通過增加TrkA 與NGF 的親和力促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞軸突的生長(zhǎng)，但當(dāng)p75NTR 單獨(dú)存在時(shí)，則會(huì)介導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[8,11,12]。

二、NGF 在腦損傷中的抗炎修復(fù)作用

急性TBI 可引起全身炎癥反應(yīng)綜合征，致使機(jī)體內(nèi)環(huán)境失衡。局部小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，同時(shí)釋放大量炎癥介質(zhì)，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的產(chǎn)生，使血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性增加，破壞血腦屏障[13]。大量炎癥介質(zhì)會(huì)加速脂質(zhì)介質(zhì)和氧自由基的合成，誘導(dǎo)花生四烯酸代謝產(chǎn)物的釋放并激活其他炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子和趨化因子，致使炎癥反應(yīng)持續(xù)放大。二次炎癥反應(yīng)將導(dǎo)致血管通透性增加，局部微循環(huán)障礙，引起神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞缺血缺氧，進(jìn)一步加重腦組織水腫[14]。在TBI 的發(fā)生及發(fā)展過程中，炎癥反應(yīng)的持續(xù)激活是造成TBI 加劇的重要間接致傷因素[15,16]。然而NGF 可以通過下調(diào)干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）以及上調(diào)IL-10 的表達(dá)，降低患者血清炎癥因子水平，促進(jìn)血管形成等途徑減輕炎癥反應(yīng)的發(fā)生。Arredondo 等[17]用NGF 治療實(shí)驗(yàn)性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）小鼠的腦內(nèi)炎癥浸潤(rùn)和脫髓鞘反應(yīng)，研究表明NGF 的治療效果與IFN-γ 的產(chǎn)生減少，以及IL-10 的產(chǎn)生增多有關(guān)。IFN-γ 又叫巨噬細(xì)胞活化因子，具有強(qiáng)烈的促炎作用；IL-10 是目前公認(rèn)的炎癥抑制因子。IFN-γ 的減少以及IL-10 的增多均表明NGF 在EAE疾病的中起到了抗炎修復(fù)的作用。另外也有研究表面鼻內(nèi)給予NGF 可以使急性期TBI 大鼠顱內(nèi)IL-1β、TNF-α 和核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）顯著降低[18]。同時(shí)有臨床病例對(duì)照研究表明，在重型TBI 患者中應(yīng)用鼠源NGF 進(jìn)行輔助治療可有效降低患者血清IL-1β、TNF-α、人高遷移率族蛋白B1等促炎因子水平[19,20]。由此看出TBI 后給予NGF 治療，可以通過降低炎癥因子的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)TBI 患者的預(yù)后改善。

三、NGF 在腦損傷抗炎修復(fù)中的相關(guān)信號(hào)通路機(jī)制

TBI 時(shí)，持續(xù)激活的炎癥反應(yīng)與機(jī)體多種信號(hào)通路的功能變化緊密聯(lián)系。目前廣泛承認(rèn)的與中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)激活密切相關(guān)的信號(hào)通路主要有2 種，分別是Janus 蛋白酪氨酸激酶2/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3（Janus kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3，JAK2/STAT3），絲裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase，MAPK）激酶 （MAPK kinase，MEK）/細(xì)胞信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular signal-regulated kinases1/2，ERK1/2）通路。在局部損傷因素的誘導(dǎo)下，JAK2 發(fā)生激活并形成二聚體，然后與SH2 結(jié)構(gòu)域集合來招募STAT3，促使STAT3 發(fā)生激活，從而使其進(jìn)入細(xì)胞核并調(diào)控多種炎癥介質(zhì)表達(dá)[21,22]。有研究報(bào)道稱，鼠源NGF 可以抑制JAK/STAT 信號(hào)通路功能，下調(diào)相關(guān)炎癥因子表達(dá)量[23]。作為MAPK 信號(hào)通路的上游激活分子，MEK 可以誘導(dǎo)MAPK 多種成員激活，進(jìn)一步促使ERK1/2 發(fā)生活化，從而參與調(diào)控炎癥反應(yīng)[24]。NGF 與其受體TrkA 結(jié)合后，誘導(dǎo)MAPK磷酸酶1 的轉(zhuǎn)錄激活和合成，激活MAPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而抑制炎癥因子表達(dá)[25]。有研究表明，鼠源NGF 可降低磷酸化p38 絲裂原活化蛋白激酶表達(dá)，進(jìn)而降低炎性因子的含量[26]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，NGF 可以通過調(diào)節(jié)Toll 樣受體（Tolllike receptor，TLR）通路發(fā)揮抗炎作用。在單核細(xì)胞中，當(dāng)TLR4 被促炎因子激活時(shí)，細(xì)胞表面的TrkA 表達(dá)上調(diào)，這種功能性的受體上調(diào)提示了TLR4 和TrkA 很可能共同在免疫功能中發(fā)揮特殊作用[27]。相關(guān)研究表明NGF 結(jié)合TrkA 后可以誘導(dǎo)TLR 下游蛋白激酶（protein kinase，AKT）磷酸化，減少IL-1β、TNF-α 等炎癥因子的產(chǎn)生和誘導(dǎo)IL-10 等抗炎介質(zhì)的釋放[28]。同時(shí)NGF 誘導(dǎo)的Akt 磷酸化也可以通過激活絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制性磷酸化過程抑制NF-κB 活化以及向核內(nèi)遷移，進(jìn)而降低了NF-κB 依賴的促炎細(xì)胞因子基因轉(zhuǎn)錄，從而共同發(fā)揮抗炎的作用[29,30]。

四、NGF 與免疫系統(tǒng)的相關(guān)作用

神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)都負(fù)責(zé)維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。為了協(xié)調(diào)嚴(yán)密的調(diào)節(jié)反應(yīng)，神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)需要保持密切的配合聯(lián)系，共享化學(xué)信號(hào)和特定的受體，而NGF 被認(rèn)為是一種調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間雙向信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的重要分子[31-33]。NGF 對(duì)免疫系統(tǒng)的作用可分為直接免疫效應(yīng)和間接免疫效應(yīng)。TrkA 和p75NTR 廣泛分布于各種免疫細(xì)胞表面，其表達(dá)水平受各種免疫細(xì)胞狀態(tài)影響[34]。NGF 通過激活TrkA 通路，調(diào)節(jié)Bcl-2 等表達(dá)來抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)免疫細(xì)胞的存活[35]。NGF 可以調(diào)節(jié)單核巨噬細(xì)胞CXCR-4 的表達(dá)及其對(duì)低濃度CXCL-12 的趨化作用[36]。同時(shí)有相關(guān)文獻(xiàn)綜述報(bào)道，在體外實(shí)驗(yàn)中NGF 于炎癥環(huán)境中刺激免疫細(xì)胞，可出現(xiàn)COX2、IL-6、IL-8、CXCR4、TNF 等炎癥因子的表達(dá)改變[37]。故NGF 在發(fā)揮直接免疫效應(yīng)可能通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞趨化、中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的吞噬、淋巴細(xì)胞的存活等方面發(fā)揮作用。另外，乙酰膽堿的釋放和副交感神經(jīng)的激活具有抑制炎癥和激活抗炎途徑的能力[38]。近來有研究表明NGF 可以激活副交感神經(jīng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)膽堿能神經(jīng)元的存活和表型的維持依賴于NGF，并且NGF 可以通過增加膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶活性來調(diào)節(jié)乙酰膽堿的合成[39]。炎性組織中升高的NGF 可以改變神經(jīng)肽和神經(jīng)遞質(zhì)的合成，調(diào)節(jié)各種神經(jīng)遞質(zhì)在軸突末端的釋放，從而增強(qiáng)抗炎效果[40]。故NGF 發(fā)揮間接免疫效應(yīng)可能通過作用于神經(jīng)遞質(zhì)的啟動(dòng)子或調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生酶的活性來調(diào)節(jié)外周神經(jīng)元神經(jīng)肽和神經(jīng)遞質(zhì)的表達(dá),以此影響副交感神經(jīng)元的活動(dòng)，并有助于激活膽堿能抗炎調(diào)節(jié)通路，下調(diào)促炎因子表達(dá)。

五、總結(jié)與展望

NGF 可以通過TrkA 和p75NTR，抑制下游JAK2/STAT3、MEK/ERK1/2 和TLR 通路，進(jìn)而降低局部以及全身炎癥因子水平。同時(shí)，NGF 也可以激活免疫細(xì)胞的表面受體進(jìn)而下調(diào)趨化因子表達(dá)發(fā)揮直接免疫效應(yīng)，以及通過調(diào)節(jié)副交感神經(jīng)發(fā)揮間接免疫效應(yīng)。隨著NGF 抗炎機(jī)制的不斷呈現(xiàn)，將NGF 以局部給藥方式進(jìn)行應(yīng)用，如經(jīng)鼻內(nèi)給藥、可降解材料包載后的局部緩釋給藥等，可以使得NGF 在損傷局部達(dá)到較高濃度，從而在發(fā)揮神經(jīng)修復(fù)作用的同時(shí)發(fā)揮急性期的抗炎作用，進(jìn)而更好地改善患者預(yù)后[41]。研究NGF 的抗炎機(jī)制可以更好地指導(dǎo)臨床應(yīng)用并為治療尋找新靶點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突