神经损伤后的再生与神经营养因子

作者：周健 孙克华    作者单位：中国人民解放军第二军医大学附属长征医院神经外科， 上海 200003     【摘要】  神经营养因子是神经系统重要的生物活性因子，对神经系统的正常分化、发育、成熟、维持功能和存活、损伤修复等均具有重要的生物学作用。本文就神经损伤后再生的认识现状，神经营养因子的分类和在神经损伤后再生中的作用、临床应用及存在问题与前景进行综述，为临床神经康复提供可靠的理论依据。

    【关键词】  神经损伤 神经再生 神经生长因子类

   1 神经损伤后再生的影响因素

    神经再生过程十分复杂，包括以下条件：①必须保证神经元的存活，并能启动神经再生所需的代谢反应。②在远离神经损伤的部位 （即神经再生的局部环境） 能提供良好的营养。③再生后的神经能支配相应组织，并能恢复原有功能。目前对神经损伤后再生的研究已达到分子水平，其病理过程是受损神经元综合细胞外促进和抑制再生的信号，通过跨膜信号转导启动再生相关基因表达的结果。Jacobs等[1]认为，造成中枢神经系统 （CNS） 损伤后再生失败的原因有：①CNS损伤致继发性损伤，大量神经元死亡。②CNS受损神经元细胞外微环境含大量阻止神经再生的抑制因子。③有丝分裂后的神经元内固有的再生能力减弱。

    1.1 神经营养因子 （NTF） 促进神经元的存活和再生 正常生长的神经元必须从靶组织器官和 （或） 远端胶质细胞获得足够的NTF，神经损伤后切断了营养来源，导致细胞营养不良甚至死亡。但如有外源性NTF供给，即使无内源性营养因子，神经元仍可能得以生存和再生。

    1.2 神经生长抑制因子阻止神经再生 近年已有许多抑制因子被鉴定，如硫酸软骨素蛋白多糖 （chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs），髓磷脂相关性糖蛋白 （MAG）、少突细胞髓磷脂糖蛋白 （Omgp） 和抑制轴突生长的活性蛋白 （Nogo－A），蛋白多糖phosphacan、versican、brevican、neurocan等，及生长锥抑制因子Netrin-1、Eph B3、崩溃蛋白Semaphorin 3A等[2]，均对神经的再生具有抑制作用。其中MAG、Nogo-A、Omgp被认为通过NgR （Nogo受体）-P75受体复合物转导细胞外信号，最终导致轴突生长锥崩溃[1]。

    1.3 雪旺细胞、巨噬细胞促进神经损伤后再生 雪旺细胞、巨噬细胞不仅能分泌NTF或促进NTF分泌，还能通过吞噬作用为神经再生创造条件。另外，雪旺细胞还生成基底膜和髓鞘，促进神经再生。

    1.4 促进神经再生的其他因素 研究表明：生长相关蛋白-43 （GAP-43），CAP （cytoskeleton-associated and calmodulin binding protein） 中的CAP-23，Homer蛋白家族，RPTP （receptor-like tyrosine phosphatase） 等[3]，以及电刺激、针灸、高压氧、阿片类物质等亦能促进神经再生[4]。

    1.5 神经损伤的部位、性质、程度 神经损伤后的再生与损伤部位、性质、程度及个体差异也有密切关系。一般认为：外周神经的修复优于中枢神经，而外周神经部分性断裂损伤的修复效果优于完全性神经断裂损伤。

    2 NTF的分类及其在神经损伤后的作用

    2.1 NTF的分类 近年来随着分子生物学技术的发展，NTF发展十分迅速，一方面已知的NTF基因得到克隆，特性更加明确；另一方面不断有新的NTF被发现。现已从分子水平证实：NTF是神经细胞存活的依赖因子，是发育成熟神经元功能的调控因子，也是神经元受损或病变中保护其存活和促进其再生的必需因子。根据其分子结构、受体和生物学功能，NTF可分为[4]：①神经营养素 （neurotrophins） 家族，包括神经生长因子 （NGF）、脑源性神经生长因子 （BDNF）、神经营养素3 （NT-3）、神经营养素4/5 （NT-4/5） 等，它们通过与酪氨酸激酶的高亲和力受体酪氨酸蛋白激酶 （RTPK） 或低亲和力受体P75结合发挥作用。②细胞因子家族，包括睫状神经营养因子 （CNTF）、白血病抑制因子 （LIF）、白细胞介素6 （IL-6） 等，它们具有相同的结构元件，与通用的受体结合。③成纤维细胞生长因子家族，包括碱性成纤维细胞生长因子 （bFGF） 和酸性成纤维生长因子 （aFGF） 等。④胶质细胞源性神经营养因子 （GDNF），其通过激活细胞内信号转导分子Ret产生生物学效应。⑤细胞外基质分子，如神经细胞黏附分子 （N-CAM） 等。

    2.2 NTF对神经损伤后再生的作用

    2.2.1 促进神经再生[5~8]： ①直接作用于再生轴突，通过受体介导细胞内信号传导途径，激活各种活化分子，发挥其神经趋化作用，引导和加快轴突生长。②调控雪旺细胞的增殖与分化。FGF、IL-6等能促进雪旺细胞的有丝分裂，加快迁移速度，FGF还能促进雪旺细胞合成DNA及表达NGF。NGF能上调雪旺细胞低亲和力受体P75的表达，促进雪旺细胞迁移和髓鞘形成。NGF、BDNF能促进再生轴突髓鞘化。③炎症细胞的趋化作用及促进再生神经的血管形成。NGF等能吸收多型核白细胞、单核细胞、成纤维细胞及巨噬细胞进入神经损伤部位，促进神经愈合。其中由单核细胞转变成的巨噬细胞既为再生轴突清除了变性碎片，还能合成一些促进神经再生的因子。NGF、FGF等能增加再生神经的血管密度和数量，以满足神经再生的物质代谢需要。

    2.2.2 促进神经芽生作用： CNTF、bFGF可诱导运动神经元从终板发芽，促进神经再连接，增强肌肉内神经侧支发芽[9，10]。

    2.2.3 保护受损神经元[11，12]： ①减少受损神经元凋亡。NTF对不同类型神经元的保护作用既有特异性，又有交叉性及协同性，如不同的NTF可保护同一类型的不同亚型神经元，其中靶源NTF起主导作用。NTF通过与相应受体结合，逆行轴浆运输至胞体或激活相应细胞内信号传导途径，使神经细胞从可逆性变性状态向再生状态转变。②对损伤神经元基因表达的调控。某些NTF能调控损伤神经元神经肽的表达，如NGF能上调脊神经节神经元降钙素基因相关肽和P物质的表达，其中降钙素基因相关肽由再生轴突释放，能促进雪旺细胞增殖和血管形成；NGF还能下调甘丙肽、神经肽Y和活性肠多肽的表达。BDNF、NT-4和5等还能上调神经元低亲和性NGF受体P75的表达，从而有利于NTF与相应受体结合，发挥其效应。

    3 NTF在神经损伤再生中的应用

    在CNS再生研究中，目前有两个重要的研究方向：一是研究和改变中枢神经内在的生长能力，了解控制中枢和周围神经系统神经元存活和轴突生长的信号途径，从而对细胞内的信号途径实现干预；二是解决CNS再生的环境问题，例如利用移植的细胞或神经块提供适合损伤神经元再生的环境，试图促进受损神经再生。应用外源性NTF能提高神经元固有的再生能力，促进神经再生，是目前引人注目的方法和研究热点之一，其应用如下：

    3.1 直接用药

    3.1.1 局部用药： ①损伤局部注射。在套接于神经损伤断端的硅胶管中注射外源性NTF，使其在轴突损伤处被摄取，经逆行轴浆运输至胞体而发挥作用。此途径用量小，NTF进入血液量也少，但NTF在局部可形成高浓度，有利于神经元的存活，是目前最常用的给药方式。外源性NTF在体内的活性仅能维持数小时至数天，一次给药后NTF很快降解，而多次给药创伤较大，易引起感染。在实际应用中存在给药安全等问题，剂量过大易产生毒副作用，剂量过小则达不到治疗效果。可使用微泵装置，不断加入外源性NTF，使局部NTF活性维持一定水平，但这种装置较为复杂。②蛛网膜下腔注射。此种给药方式下NTF易被神经元摄取而发挥其保护神经元的作用。不足之处是NTF难以到达神经损伤处，且给药方法相对困难。

    3.1.2 全身用药： 包括静脉、腹腔、肌肉及皮下注射。经此途径给药，血浆NTF浓度降低较快，且NTF经血脑屏障的通透性有限，真正到达胞体及损伤神经的量较小。全身用药者用量较大，副作用更为明显，还可能产生相应抗体。

    3.2 转基因治疗 近年来人们已从研究改进神经修复的显微外科技术转向探索神经再生过程中细胞、分子和基因表达的改变。NTF转基因治疗将有功能的目的基因导入原发病灶细胞或其他相关类型移植细胞，使目的基因产物大量表达，以达到治疗目的。这是20世纪90年代发展起来的分子生物学在医学领域的重要应用，虽然目前这一治疗方法还处于实验阶段，但被认为是最有前途的治疗方法之一[13~17]。其根据基因转移的方式分两类：体内转基因治疗，将NTF目的基因通过载体 （病毒、质粒） 直接导入神经损伤处，常用载体有逆转录病毒、腺病毒等；体外转基因移植，将靶细胞取出体外培养，导入NTF目的基因，再将靶细胞回植于神经损伤处，常用的靶细胞有雪旺细胞、成纤维母细胞、神经干细胞及成肌细胞等。

    3.3 联合用药 神经损伤后的再生需要多种NTF参与，单独应用某一因子并不能保护所有的神经元，联合应用更能提高对各种神经元的保护作用或协同作用，使效果更明显。其机制可能是通过非共价链形成异二聚体，增强NTF的保护作用。

    4 前景

    神经系统损伤后的再生机制相当复杂，虽然外源性NTF的疗效已得到许多实验证实和临床应用，但临床疗效仍有待确认。另外，NTF具有抗原性，作为药物，其安全性尚需进一步评价；联合用药能提高其疗效，但尚不知有无药物配伍禁忌，需进行积极而慎重的药理学研究。近年来随着分子生物学技术的发展，转基因治疗技术在治疗神经损伤方面己显示出巨大的潜在价值和诱人前景[15]，但它不同于一般的基因置换、补偿和失活，其目的基因往往存在于体内正常细胞中。

    基因治疗目前还存在许多有待解决的问题：①目的基因：外源基因在体内长期有效表达前提是必须接受机体生理信号的调控，其复杂性可能并不亚于神经再生相关基因的表达与调控。构建的NTF基因很难像天然基因一样有效工作，移植细胞持续过度表达NTF可能会妨碍轴突进入正常CNS[16]。能调节与可逆表达NTF的载体系统也许是提高基因治疗有效性与安全性的可靠方法，四环素反应启动子即为基因表达的调控方法之一[17]。②载体与靶细胞：无论是病毒还是非病毒载体，转基因的安全性问题及稳定表达问题仍有待解决，而CNS损伤后的体内微环境并不适合神经再生，靶细胞在CNS内不能长期存活和持续表达，这也是转基因细胞移植失败的主要原因。③转基因方式：体内与体外各有优缺点，如何将两者有机地结合起来，是今后的研究方向。 

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