PDGF在新生兒缺氧缺血性腦損傷中腦保護(hù)作用的研究進(jìn)展

畢登芹，舒桂華

(揚(yáng)州大學(xué)附屬蘇北人民醫(yī)院新生兒科，江蘇 揚(yáng)州 225001)

新生兒缺氧缺血性腦損傷(hypoxic ischemic brain damage，HIBD)是由多種原因?qū)е碌奶夯蛐律鷥翰糠只蛲耆X缺氧、腦血流減少(或暫停)引起的不同程度的腦損傷，嚴(yán)重者可導(dǎo)致新生兒死亡，幸存患兒亦多伴有神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，約25%的HIBD存活患兒存在不可逆性腦損害[1-2]。因此，及時(shí)干預(yù)、積極防治可最大限度地降低新生兒HIBD發(fā)病率，提高患兒生活質(zhì)量。但目前關(guān)于新生兒HIBD的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，可能涉及腦細(xì)胞能量代謝衰竭、興奮毒性細(xì)胞損傷、氧自由基損傷、一氧化氮合酶活化、細(xì)胞凋亡等[3-4]。近年隨著分子水平研究的深入，越來越多的證據(jù)支持細(xì)胞因子在新生兒HIBD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[5]。血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)作為神經(jīng)營養(yǎng)劑在其中扮演重要角色，其可促進(jìn)細(xì)胞分裂、加速血管生成；延緩細(xì)胞衰老、抵抗細(xì)胞凋亡；減少氧化代謝產(chǎn)物、降低氧化應(yīng)激反應(yīng)；降低神經(jīng)元誘發(fā)電流、抑制突觸傳遞，進(jìn)而發(fā)揮腦保護(hù)作用[6]?，F(xiàn)就PDGF在新生兒HIBD中腦保護(hù)作用的研究進(jìn)展予以綜述。

1 PDGF概述

1.1PDGF的分子結(jié)構(gòu) PDGF是一類堿性蛋白質(zhì)，分子量為28 000～35 000。1987年Ross[7]發(fā)現(xiàn)PDGF存在于血小板α顆粒中，并將其成功分離、純化。PDGF在多種細(xì)胞中表達(dá)，包括神經(jīng)前體細(xì)胞、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞等腦細(xì)胞[8]。PDGF家族由4種配體(PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D)和2種酪氨酸激酶受體[PDGF受體(PDGF receptor，PDGFR)-α和PDGFR-β]組成[9-10]。編碼PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D鏈的基因分別位于人類的第7、22、4和11號(hào)染色體以及小鼠的第5、15、3和9號(hào)染色體；而PDGFR-α和PDGFR-β的基因定位于人類的第4和5號(hào)染色體以及小鼠的第5和18號(hào)染色體[11]。PDGF的4種配體以二硫鍵形式組成同源二聚體PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD或異源二聚體PDGF-AB。活性配體-受體復(fù)合物由兩條與同一個(gè)二聚體配體相連的受體鏈組成，其中PDGFR-α可與除PDGF-DD以外的所有PDGF亞型結(jié)合，而PDGFR-β僅與PDGF-BB和PDGF-DD結(jié)合[12]。PDGF與PDGFR結(jié)合后發(fā)揮生物學(xué)功能，如促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂、細(xì)胞骨架重排、細(xì)胞趨化[8-9]。

1.2PDGF的生物學(xué)功能 PDGF主要以自分泌和旁分泌方式發(fā)揮作用，通過促進(jìn)有絲分裂因子的表達(dá)刺激特定細(xì)胞群分裂，參與多種生理病理過程，包括細(xì)胞增殖、分化和纖維化形成等[13]。PDGF介導(dǎo)的信號(hào)還可調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，包括神經(jīng)和突觸形成、細(xì)胞存活、配體門控離子通道的調(diào)節(jié)以及特定類型神經(jīng)元的發(fā)育等[14]。研究表明，PDGF還參與大腦的正常發(fā)育，如PDGF-AA已被證實(shí)是一種有效的少突膠質(zhì)前體細(xì)胞有絲分裂原，在體外實(shí)驗(yàn)中外源性加入PDGF-AA可使神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元或少突膠質(zhì)細(xì)胞[8]。Lewandowski等[15]發(fā)現(xiàn)，PDGF-BB可參與干細(xì)胞的調(diào)節(jié)，使干細(xì)胞分化為神經(jīng)元，并促進(jìn)新生神經(jīng)元向大腦紋狀體和黑質(zhì)增殖、遷移，同時(shí)PDGF在少突膠質(zhì)細(xì)胞成熟過程中也發(fā)揮至關(guān)重要的作用。Andrae等[16]研究顯示，PDGF-CC在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中起重要作用，包括腦膜形成和大腦皮質(zhì)神經(jīng)元過度遷移。Munk等[17]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了小鼠淋巴系統(tǒng)的自然發(fā)育過程，并確定PDGF-BB在小鼠腦脊液運(yùn)輸過程中起關(guān)鍵作用。Iihara等[18]和Ohno等[19]的研究均顯示，PDGF可通過誘導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖、遷移和分化刺激軸突和髓鞘重新形成。

2 PDGF在腦組織中的信號(hào)通路及表達(dá)

2.1PDGF在腦組織中的信號(hào)通路 PDGF信號(hào)通路在大腦發(fā)育過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。PDGF信號(hào)具有調(diào)節(jié)神經(jīng)外胚層起源細(xì)胞的功能[8]。在血管生成過程中，PDGF信號(hào)在支持細(xì)胞的募集中起重要作用[9]。研究發(fā)現(xiàn)，腦組織中的PDGF信號(hào)通路主要為蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路和促分裂原活化的蛋白激酶通路[20-21]。而促分裂原活化的蛋白激酶家族又包括胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶、c-Jun氨基端激酶和p38激酶[11]。PDGF與其受體結(jié)合可形成受體配體復(fù)合物并活化PDGFR-α，而活化的PDGFR-α可通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)和環(huán)腺苷酸促進(jìn)蛋白質(zhì)磷酸化[15]，從而將有絲分裂信號(hào)傳遞至細(xì)胞核，使核蛋白體上的絲氨酸殘基磷酸化，進(jìn)而誘導(dǎo)相應(yīng)的基因表達(dá)，指導(dǎo)DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成，促進(jìn)細(xì)胞分裂、增殖并阻止其凋亡[22]。由此可知，PDGF與PDGFR結(jié)合可激活受體固有酪氨酸激酶的活性，而被激活的PDGFR可促使Akt的底物核蛋白體上的絲氨酸殘基磷酸化，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，參與后續(xù)的細(xì)胞生化反應(yīng)。

2.2PDGF在腦組織中的表達(dá) PDGF和PDGFR廣泛存在于腦組織中[23]，且在所有哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均發(fā)現(xiàn)PDGF配體及其受體[24]。Hu等[25]研究表明，PDGF和PDGFR在腦細(xì)胞生長、分化以及細(xì)胞間的相互作用中發(fā)揮重要作用。在大腦組織中，幾乎所有區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞中均表達(dá)PDGF，其中PDGF-A主要表達(dá)于大腦皮質(zhì)、海馬、紋狀體、杏仁體、丘腦、下丘腦、腦干、小腦Purk-inje細(xì)胞、脊髓和后根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)細(xì)胞；PDGF-B主要表達(dá)于海馬、杏仁體、下丘腦的垂體后葉系統(tǒng)以及腦干的下橄欖核[26]；PDGF-C則主要表達(dá)于平滑肌細(xì)胞，PDGF-D主要表達(dá)于動(dòng)脈外膜的成纖維細(xì)胞[11]。此外，PDGFR在成熟腦中亦表達(dá)豐富，其中PDGFR-α主要表達(dá)于脊髓、腦橋、延腦、小腦、上下丘、黑質(zhì)、丘腦、蒼白球、大腦皮質(zhì)和嗅覺系統(tǒng)；PDGFR-β主要存在于海馬錐體細(xì)胞、小腦顆粒細(xì)胞、基底節(jié)、三叉神經(jīng)脊束核和腦室下區(qū)的神經(jīng)元[26]。在腦細(xì)胞發(fā)生缺氧缺血性損傷時(shí)，PDGF及其受體在神經(jīng)細(xì)胞中的表達(dá)顯著增加[19]。由此可見，PDGF在腦內(nèi)多個(gè)組織中均有表達(dá)，且在發(fā)生HIBD時(shí)表達(dá)增加。

3 PDGF在新生兒HIBD中的腦保護(hù)作用機(jī)制

PDGF家族通過促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞有絲分裂保護(hù)神經(jīng)元免受神經(jīng)毒素侵害，在神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[8]。生理狀態(tài)下，PDGF以旁分泌、自分泌方式分泌并作用于一系列細(xì)胞介質(zhì)，刺激腦細(xì)胞生長，維持腦組織正常功能[27]。PDGF的神經(jīng)保護(hù)作用已在包括缺血在內(nèi)的幾種不同形式的神經(jīng)元損傷動(dòng)物模型研究中得到證實(shí)[28]。研究表明，缺血期間神經(jīng)元中的PDGF-A、PDGF-B信使RNA以及PDGF-BB、PDGF-AB蛋白的表達(dá)均增加，提示在受損腦區(qū)配體對(duì)神經(jīng)元的存活起重要作用[3]。PDGF-BB已被證明可通過上調(diào)PDGFR-β信號(hào)的表達(dá)保護(hù)原代海馬神經(jīng)元免受谷氨酸誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷[8]。Shen等[29]研究發(fā)現(xiàn)，PDGFR-β信號(hào)可通過在神經(jīng)元、周細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞以及星形膠質(zhì)細(xì)胞中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用保護(hù)神經(jīng)元，并修復(fù)內(nèi)源性組織，恢復(fù)腦組織功能。此外，PDGF-CC也廣泛存在于腦組織中。Tang等[28]研究證明，PDGF-CC通過蛋白質(zhì)暴露或基因傳遞的方式在視網(wǎng)膜和神經(jīng)元中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。機(jī)體還可通過激活星形膠質(zhì)細(xì)胞中的PDGF、PDGFR信號(hào)調(diào)節(jié)代謝活動(dòng)、細(xì)胞分化，進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)，維持腦微血管系統(tǒng)正常功能[30]。腦損傷發(fā)生后，膠質(zhì)細(xì)胞合成并分泌大量PDGF，而PDGF與PDGFR結(jié)合可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子環(huán)腺苷酸效應(yīng)元件結(jié)合蛋白活化及轉(zhuǎn)核，同時(shí)PDGFR的酪氨酸激酶活性也被激活，導(dǎo)致Akt的底物磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞分裂、趨化和血管收縮[8，31]。有研究表明，PDGF可保護(hù)腦細(xì)胞免受體外谷氨酸直接誘導(dǎo)的興奮毒性和缺氧缺血損傷，同時(shí)還可保護(hù)海馬神經(jīng)元免受氧化損傷和能量剝奪[8]。PDGF可抑制新生大鼠HIBD后神經(jīng)細(xì)胞凋亡，減輕細(xì)胞水腫，對(duì)缺氧缺血新生大鼠起到神經(jīng)保護(hù)作用[20]。

3.1促進(jìn)血管生成 促進(jìn)新生血管形成是機(jī)體在缺血缺氧條件下一種重要的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，新生血管恢復(fù)腦內(nèi)供血供氧是PDGF的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制之一。PDGF可通過刺激血管內(nèi)皮生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子的分泌增加血管內(nèi)皮生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子在新生血管內(nèi)的表達(dá)，促進(jìn)新生血管形成；PDGF還可通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、促進(jìn)血管發(fā)生對(duì)HIBD起到保護(hù)作用[32-33]。Sil等[8]研究證實(shí)，在腦缺血發(fā)生時(shí)，PDGF-BB、PDGFR-β通過內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞串?dāng)_，在血管生成、血管重構(gòu)以及神經(jīng)保護(hù)中發(fā)揮重要作用。Arimura等[34]研究發(fā)現(xiàn)，缺血48 h內(nèi)腦組織缺血部位的PDGF-BB表達(dá)上調(diào)；同時(shí)，PDGF-BB可促進(jìn)HIBD后的血管生成，在血管重構(gòu)中發(fā)揮積極作用。在缺血條件下，PDGF-CC也可促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞增殖、分化，同時(shí)還可誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞增殖、分化為內(nèi)皮細(xì)胞，并刺激內(nèi)皮細(xì)胞遷移[8]。PDGF-DD則可通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞募集、細(xì)胞外基質(zhì)沉積和血管成熟促進(jìn)血管生成進(jìn)程；PDGF-DD還可誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞增殖、遷移，通過其對(duì)平滑肌細(xì)胞的影響穩(wěn)定新生血管[35]。此外，PDGF還有助于調(diào)節(jié)血管張力，維持和修復(fù)血管，并可通過促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞的增殖減輕HIBD，對(duì)腦細(xì)胞起到保護(hù)作用[36-37]。因此，當(dāng)新生兒HIBD發(fā)生時(shí)，PDGF可通過促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞分裂、遷移加快血管生成，恢復(fù)部分血流供應(yīng)，減輕HIBD。

3.2抗細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是HIBD神經(jīng)元受損的主要機(jī)制之一，由于新生兒腦成熟度低，缺血后神經(jīng)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞凋亡更加嚴(yán)重[38]。PDGF可通過PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)控制不同細(xì)胞的抗凋亡功能[39]。當(dāng)HIBD發(fā)生時(shí)，PDGF通過與PDGFR結(jié)合調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯表達(dá)，阻斷促凋亡信號(hào)，增強(qiáng)抗凋亡信號(hào)。如PDGFR-β通過激活PI3K/Akt信號(hào)通路誘導(dǎo)強(qiáng)烈的抗凋亡反應(yīng)，從而抑制p53表達(dá)，減少凋亡小體產(chǎn)生，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，使損傷后神經(jīng)元繼續(xù)存活[20]；PDGFR-α通過激活A(yù)kt降低p53水平，而抑制p53可促使細(xì)胞抵抗壓力，延緩細(xì)胞衰老并抑制其凋亡[11，40]。另有研究發(fā)現(xiàn)，HIBD區(qū)域的周細(xì)胞中表達(dá)PDGF-BB，而PDGF-BB與PDGFR結(jié)合可使Akt發(fā)生強(qiáng)烈磷酸化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞生長和抗凋亡反應(yīng)[8]。Whitelaw[41]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性和外源性給予PDGF-CC均可抑制遭受不同程度損傷的大腦和視網(wǎng)膜中的神經(jīng)細(xì)胞凋亡。周春清等[42]發(fā)現(xiàn)，PDGF可減少缺血缺氧導(dǎo)致的新生大鼠腦細(xì)胞凋亡。以上研究均表明，PDGF可抑制細(xì)胞凋亡及其誘發(fā)的程序性細(xì)胞死亡，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡的數(shù)量，降低HIBD程度。

3.3降低氧化應(yīng)激 HIBD最常見的機(jī)制是谷氨酸-N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受體介導(dǎo)的興奮性毒性和氧化應(yīng)激[3]。在人體器官中，大腦氧化代謝率最高，因此在生化反應(yīng)過程中促氧化劑的代謝產(chǎn)物——活性氧的產(chǎn)生最多，病理狀態(tài)下易導(dǎo)致氧化應(yīng)激[43]。PDGF-BB可通過PI3K/Akt信號(hào)通路的抗氧化作用抑制新生大鼠腦中NMDA誘導(dǎo)的興奮性毒性，并保護(hù)神經(jīng)元免受谷氨酸或NMDA誘導(dǎo)的興奮性毒性損傷，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡[40]。Osborne等[44]發(fā)現(xiàn)，PDGF-B和PDGFR-β在嚙齒動(dòng)物新生腦中的表達(dá)上調(diào)，且PDGF-B水平與NMDA興奮毒性呈負(fù)相關(guān)；而特異性敲除成年小鼠PDGFR-β基因后，小鼠神經(jīng)細(xì)胞的NMDA興奮毒性及其對(duì)興奮毒性細(xì)胞死亡的敏感性均增加。Tang等[28]發(fā)現(xiàn)，在不同類型的神經(jīng)細(xì)胞中，PDGF-C均可通過調(diào)節(jié)糖原合成酶激酶-3β的活性抑制氧化應(yīng)激，減少神經(jīng)毒素的產(chǎn)生。因此，PDGF可作為神經(jīng)元興奮性的內(nèi)源性調(diào)節(jié)劑，通過增強(qiáng)神經(jīng)細(xì)胞中的抗氧化酶活性降低細(xì)胞內(nèi)的過氧化物水平，起到清除氧自由基的作用。

3.4抑制突觸傳遞 在缺血缺氧條件下，腦內(nèi)釋放大量興奮性神經(jīng)遞質(zhì)導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[6]。PDGF可通過抑制興奮性突觸傳遞、降低興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放保護(hù)腦細(xì)胞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，PDGFR-β定位于缺氧缺血小鼠海馬神經(jīng)元的突觸前膜和突觸后膜，可調(diào)節(jié)突觸的可塑性和功能，并可作為神經(jīng)調(diào)節(jié)劑與不同的神經(jīng)活動(dòng)密切相關(guān)[45]。有研究表明，在HIBD大鼠海馬區(qū)域短暫應(yīng)用PDGF-BB即可長期抑制NMDA誘發(fā)的電流、降低大鼠海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)元的興奮性突觸后電位[46]。PDGF可通過誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣離子釋放激活PDGFR-β，進(jìn)而抑制前饋系統(tǒng)，減少神經(jīng)元NMDA誘發(fā)的電流[47]。此外，PDGF-BB還可抑制由電刺激孤束誘發(fā)的α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸介導(dǎo)的小鼠孤束核二級(jí)神經(jīng)元的興奮性突觸后電位[48]。在孤束核區(qū)，PDGF-B/PDGFR-β通過協(xié)同抑制α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸和NMDA受體的表達(dá)減弱谷氨酸能興奮信號(hào)，在HIBD腦細(xì)胞的急性缺氧通氣反應(yīng)、功能性適應(yīng)以及突觸可塑性中均具有重要作用[37]。PDGF-BB可通過激活大鼠海馬神經(jīng)元中的促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶信號(hào)通路促進(jìn)Arc/Arg3.1基因的表達(dá)，從而抑制突觸傳遞，保護(hù)受損腦細(xì)胞。此外，PDGF還可誘導(dǎo)突觸長時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)，促進(jìn)HIBD的恢復(fù)[49]。綜上，PDGF可通過降低神經(jīng)元誘發(fā)電流、抑制突觸傳遞減輕HIBD程度。

4 小 結(jié)

新生兒HIBD是多種因素綜合作用的結(jié)果，目前關(guān)于其發(fā)病機(jī)制的研究已取得一定進(jìn)展，但仍處于初級(jí)階段，還需進(jìn)一步探索。近年來，隨著分子生物學(xué)和基因組學(xué)的不斷發(fā)展，生物制劑逐漸成為新生兒HIBD干預(yù)治療中的研究熱點(diǎn)。其中，PDGF在新生兒HIBD的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用，可通過多種機(jī)制保護(hù)缺氧缺血腦細(xì)胞，因此有望成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特定靶向藥物，為新生兒HIBD提供新的思路，同時(shí)在改善患兒生活質(zhì)量，減輕家庭、社會(huì)負(fù)擔(dān)等方面也具有重要的社會(huì)價(jià)值。