神经营养因子与帕金森病DA能神经元再生

孙雪 梁建庆，2 何建成 马利芳

(1甘肃中医药大学基础医学院，甘肃 兰州 730000；2敦煌医学与转化教育部重点实验室；3上海中医药大学基础医学院)

神经营养因子(NTF)是一种能调节神经元生长凋亡的肽类物质〔1〕。神经营养因子对于神经元主要起营养、刺激的作用，并且其可以调节小胶质细胞。帕金森病(PD)是一种好发于中老年人的慢性进行性神经系统变性疾病〔2〕。PD发病主要表现为运动功能紊乱，如静止性震颤、肌强直、体位障碍等。目前，人们对于PD的发病原因和机制尚未了然。经研究发现，黑质纹状体NTF减少，可能是导致脑内多巴胺(DA)神经递质减少出现PD的临床症状的原因〔3〕。可见，NTF刺激DA能神经元再生的功能与PD病理改变之间关系密切。近年来，NTF能促进DA能神经元的再生尤其成为关注的焦点。现今，临床PD的治疗方法仅能缓解症状，并不能治愈PD，这就使我们对NTF的研究应用尤为重要。本文旨在对与帕金森病DA能神经元再生的相关研究进展进行综述。

1 NTF的来源与基本结构

1.1NTF的来源 NTF包括在神经和非神经组织中具有多种功能的基本分泌蛋白，介导外周和中枢神经系统的发育、存活和维持〔4〕。NTF有丰富的来源，多种NTF可被同一种细胞表达，多种细胞也可以产生同一种NTF。脑源性神经营养因子(BDNF)、胶质源性神经生长因子(GDNF)、睫状神经生长因子(CNTF)、神经生长因子(NGF)；成纤维细胞生长因子(FGF)均由多种细胞表达〔5〕。

1.2NTF的基本结构 首先，依据其结构和基因表达的差异及同源性，NTF可分为NGF家族(NGF、BDNF、NT-3、NT-4)，保守性DA NTF家族〔中脑星形胶质细胞源性神经营养因子(MANF)、保守型多巴胺神经营养因子(CDNF)〕和胶质细胞源性NGF(GDNF)家族(GDNF，NTN、ARTN、PSPN)。NGF家族庞大，种类丰富，其基本结构也各不相同。下面将针对NGF 、BDNF 、NT-3 、NT-4、CNTF、GDNF 的基本结构进行简单介绍。

NGF是目前研究最多最清晰的具有生物学特性的一种神经细胞生长调节因子。NGF是由两个氨基酸单链结合的二聚体，这种结构与人体NGF的结构具有高度的同源性。BDNF是黑质和中脑被盖侧DA能神经元表达的一种NTF，是一种碱性蛋白质。BDNF是由19个氨基酸组成，BDNF与NGF约 50 % 的氨基酸相同。NT-3是一类重要的生长因子，是由119个基酸组成的多肽。NT-4在神经系统的发育、分化及损伤修复中发挥重要作用。NT-4是由130个氨基酸构成的碱性蛋白。CNTF即是第1个被发现的能维持在体和离体脊髓运动神经元的存活及突起生长的NTF。CNTF是一种酸性蛋白，由200个氨基酸残基组成，人、大鼠、兔的CNTF同源性达 85%。GDNF是一种分泌性蛋白，是由134个氨基酸组成的含硫蛋白，人和大鼠同源性为93%。

由此可以看出NTF家族的成员基本结构有相似性，氨基酸的组成高度同源，但其表达却具有明显的阶段特异性和组织特异性。NTF家族成员结构的多样性为PD的治疗提供了更广泛的靶点与通路。

2 NTF作用及机制

NTFs能促进和维持神经元生存、生长、分化并执行神经元的特异功能，它们在神经再生、突触形成与可塑性、神经退行性疾病的发生发展过程中必不可少，对神经损伤后神经细胞的存活、轴突的生长也有重要的营养和诱导作用〔6〕。

2.1NTF的机制 NTF可通过与TrK 酪氨酸激酶和p75NT受体(p75NTR) 两种类型细胞表面受体相结合，对神经元的存活、分化、生长和凋亡进行调控。NTF受体是启动信号转导，产生生物学效应的重要物质。NTF与特异的受体结合来发挥作用〔7〕。胞外区、跨膜区及胞内区共同组成了NTF的受体。胞外区的结构是一大段糖基化的多肽，其不同的结构结合不同的因子；跨膜区的结构是由疏水氨基酸组成，受体在细胞膜上运动及与配体的作用和活化都赖于此结构；胞内区存在酪氨酸蛋白激酶区(TK区)，此区域在配体结合反应及信号通路活化方面必不可少〔8〕。NTF家族庞大，种类繁多，但其分工明确，每种因子都独立激活特异的信号传导通路。而调控网络则通过传导通路中各相关分子相互作用、调控而形成。综上，特异性受体结合及特定的机制使NTF维持神经细胞的内环境相对稳定和促使其再生的。

2.2NTF的保护作用 NTF可以保护损伤的神经元。这种保护作用在DA能神经系统的神经变性和功能丧失中必不可少。这种保护机制主要体现在神经系统细胞凋亡的过程中。神经系统在发育之初会产生大量神经元，但由于被靶组织提供的NTF的数量是有限的，往往都会少于神经元的数量。这就导致部分神经元不能找到与之匹配的NTF最终凋亡。现研究证实，神经系统退行性疾病PD的发生正是DA能神经元的大量变性凋亡导致的。脑缺血的过程中会有大量神经元凋亡，进一步出现凋亡小体，核固缩，DNA发生降解〔9〕。新蛋白的合成、多种蛋白激酶的激活及胞内Ca2+浓度的变化也会随着凋亡过程而发生〔10〕。综上，NTFs通过抑制的过程达到对神经元的保护，对于神经系统退行性疾病引起的神经元死亡有重要地位。

2.3NTF的再生作用 NTF可以促进神经元再生。在PD发生过程中，会出现DA能神经元的变性坏死，而损伤的神经元再生能力可能会有缺陷，神经系统微环境下存在抑制神经修复再生的因素，已经不适合轴突再生。若想要神经元存活和再生，就需要NTF来促进表达。NGF可促进培养的隔区神经元胆碱乙酰转移酶(ChAT)活性，BDNF可促进培养的中脑DA能神经元的DA的摄取，NTFs还可能促进了神经递质系统功能的恢复〔11〕。NTFs可有效地延缓靶损伤引起的神经元死亡，维持部分神经元存活，在合适的环境及某些物质和因子作用下，可促进神经环路重建，最终恢复生理功能的重建〔12〕。综上，NTFs对于神经元存活与再生的积极作用，这对于PD DA能神经元也有更重要的意义。

3 NTF在DA能神经元再生中的作用

3.1NGF NGF对交感、胆碱能神经元、黑质DA能神经元有营养作用，能维持其存活并诱导突触生长，特别对DA能神经元有明显作用。经研究发现，NGF具有提升神经细胞存活率和促神经细胞突触生长的活性。经有关动物实验所证明，NGF对于DA能神经元的存活、生长、发育有明显的保护作用〔13〕。成年Rat切断坐骨神经后，可在断端吻合口观察到NGF等活性修复物质的分泌，这说明NGF参与了神经元的再生修复过程〔14〕。NGF可促进神经元的修复，其对DA能神经元的再生修复更值得关注。NGF有防止和延缓神经元死亡的作用，并能在损伤后第一时间对神经环路进行重建〔15〕。经大量实验证明，在DA能神经元再生过程中，NGF可通过参与再生修复过正、对DA能神经元的保护及对神经环路的重建等来达到对DA能神经元再生及其机体内环境的维护作用。

3.2BDNF BDNF是脑中含量最多的NTF。BDNF可以促进中枢神经元的发育、增殖分化及保证其存活，并能增强某些感觉神经元的存活能力，对于损伤后的神经元，BDNF还有修复和功能重塑的作用〔16〕。中枢神经系统 BDNF支持中脑DA能神经元存活、促进其分化，并且保护DA能神经元免受神经毒素如 6-羟DA的损害。这证实了BDNF在DA能再生中抑制毒素，对DA能神经元的保护作用〔17〕。综上，BDNF在DA能再生中起保护作用。

3.3NT-3 对于损伤的神经元其可以提供有利修复的微环境，并可以维持和促进神经元存活、分化和再生等多方面的作用〔18〕。经研究发现，NTF对受损和变性的神经细胞作用突出；若神经元受到外伤或变性等，NTF及其受体的水平会发生改变，神经营养因子会抑制、延迟及阻止神经元变性、死亡〔19〕。实验表明，给新生小鼠加入Anti-NT-3会出现大部分神经元死亡，这表明内源性NT-3缺乏会导致不同通路激活凋亡或死亡通路〔20〕。NT-3在体外促进神经胶质的发展，神经胶质细胞在神经细胞因损害或衰老而消失后进行分裂增生进行填补，起到修复再生的作用。神经胶质细胞的部分终足与神经元相接触，可能起着运输营养物质的作用。综上，NT-3通过间接促进胶质细胞的发展而达到促进DA能神经元再生及营养的作用，并且对于DA能神经元的损伤有保护作用。

3.4NT-4 NT-4可以促进前脑、海马及中脑腹侧DA能及胆碱能神经元的存活〔21〕。NT-4还可促进神经-肌肉突触重建、增加再生轴索的数量和长度、防止神经损伤后的肌肉损伤〔22〕。NT-4可以促进损伤处神经的再生〔23〕，大鼠坐骨神经横断2 w后，NT-4 mRNA 显著上调，这说明其有促进轴突向外生长的作用。除此之外，NT-4还能促进DA神经元的存活、分化，使神经元数量增加〔24〕。NT-4即使在缺乏神经胶质细胞的培养物中仍能促进黑质DA神经元存活与分化，故认为其可能是在此神经元上直接产生作用〔25〕。另外，NT-4还可对DA能神经元产生保护作用〔26〕。综上，NT-4通过直接促进DA能存活分化及对DA能神经元的保护作用，最终促进DA能神经元再生。

3.5CNTF CNTF对感觉、运动神经元，黑质DA神经元等多种神经元均有促进其存活、损伤保护、营养的作用。CNTF不仅能促进神经元的存活，还可以诱导多种神经细胞分化，减少神经细胞凋亡和促进轴突再生。神经损伤后见到雪旺细胞CNTF呈高水平表达，神经轴突逆转运CNTF增加，这表明CNTF参与神经损伤后的修复、再生，损伤后CNTF反应性增高是细胞的保护性反应〔27〕。许家军等〔28〕发现，CNTF能明显促进周围神经运动轴突再生，在神经损伤后，远侧段神经CNTF明显减少，补充外源性CNTF可满足再生轴突的需求。综上，CNTF的特性对DA能神经元有营养、保护、促进其存活的作用，而其最突出的是促进轴突的再生作用，这一特性可直接作用于DA能神经元的再生过程。

3.6GDNF GDNF对发育及成熟的DA能神经元有保护 、修复及促进其分化的作用。黑质内注射 GDNF免疫组化显示TH+轴突向注射位点“芽生”(SprOut)，DA 水平升高。这说明GDNF能增加中脑的DA通路。实验运用剂量足够大时，可以完全阻止黑质细胞损伤和萎缩，说明GDNF具有维持中脑DA表型的作用〔29〕，这证实了GDNF对DA能神经元的保护作用。另外，GDNF 对于培养的中脑DA具有营养作用，GDNF即表现出营养活性。当培养的神经元被1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶盐酸盐(MPTP)处理后，GDNF不能阻止其损伤，但是去除MPTP后，GDNF能阻止其死亡，刺激恢复。由此可以看出，GDNF不仅对中脑DA具有营养作用，并对损伤后的中脑DA具有拯救和刺激恢复的作用。综上，GDNF对于DA能神经元再生发挥修复、营养及保护作用。

4 NTF在PD治疗中的意义

4.1PD目前治疗的局限性 现今，PD的临床治疗方法主要有两种：一为替代药物治疗。药物治疗主要是补充患者脑中DA。现临床最有效的治疗药物是左旋多巴〔30〕，但该药物长期使用会导致疗效降低，运动障碍等后期并发症。二为外科手术治疗，主要是神经核毁损术和脑深部电刺激术(DBS)。手术治疗对肢体震颤和(或)肌强直有较好疗效，但对姿势步态异常、平衡障碍效果不明显〔31〕。无论是药物治疗还是手术治疗都不是十分理想。这些治疗措施只能缓解患者的症状，并不能阻止DA能神经元的进行性丢失，最终仍是无法控制疾病的发展〔32〕。PD的针对性治疗还有待突破。

4.2NTF治疗PD的机制 PD的发病机制尚不清楚，黑质纹状体的DA能神经元发生退行性变是导致其发生的主要病理特征。尚认为此系统存在一定的可塑性，因其黑质的DA能神经元减少是发生在临床症状出现之前，若能对DA能神经元进行调控，可改善临床症状〔33〕。近年来，NTF被国内外学者认为最具有发展前景。经过科研人员的深入研究，发现NTF对DA能神经元的再生有保护、营养、促进等功能，这一特性使其有望成为人们对PD治疗瓶颈的新突破。

NTF治疗PD的可能机制：NTF对神经元具有明显的保护作用、神经元再生作用及对DA能神经系统的刺激作用。NTF的三种功能均有利于DA能神经元〔34〕。NTF治疗PD的主要机制是针对DA能神经元的变性、损伤及死亡。

4.3NTF治疗PD的前景 NTF对中脑DA能神经元再生具有重要的作用。这一作用在PD的治疗方面具有广泛的应用前景。但，将NTF应用于临床还有待考究。目前NTF的传输途径成为了靶向治疗PD的难题。由于神经营养因子均不能通过血脑屏障，截断了静脉给药途径，这是目前临床应用的障碍。针对这一障碍，诸多研究者在细胞和基因治疗的研究有望解决这一难题。目前相关的研究结果，在动物实验中取得了较好的疗效，但若想顺利运用到临床仍需考究。虽然，针对NTF治疗PD存在障碍，但其针对DA能神经元的积极作用仍不断推动研究者去挖掘。运用神经营养因子治疗PD指日可待。