神经营养因子在治疗脊髓损伤中作用的研究进展

　　　　　　作者：陈果，梁楠，张剑，卢秋阳，张晓，徐艳

【摘要】 脊髓损伤(Spinal Cord Injury，SCI)的治疗一直是医学界研究的热点， 近年来神经营养因子(neurotrophic factors，NTFs)的发现为脊髓损伤(Spinal Cord Injure，SCI)的治疗带来了新的希望。本文就目前应用较为广泛的几种神经营养因子进行综述。

【关键词】 神经营养因子;脊髓损伤

　　神经营养因子(neurotrophic factors，NTFs)是一类对神经元存活、生长有维持作用的多肽类生长因子，最初是从蛇毒提取而得，能有效促进和维持神经细胞生长、生存、分化和执行功能的作用。神经营养因子的成员主要包括神经生长因子(Nerve growth factor -NGF)、脑源性神经营养因子(Brain－derived neurotrophic factors BDNF)、神经营养素Ⅲ (Neurotrophines－3 NT3)、神经营养素IV(Neurotrophines－4 NT4/5)、胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF)等十余种多肽生长因子。这些多肽生长因子不仅与神经细胞的生长、发育、分化及功能维持有密切关系，而且在神经元受损时，可保护其存活，促进其生长，故在脊髓损伤后神经组织修复过程中起着非常重要的作用。

　　1 神经生长因子
　　
　　神经生长因子(Nerve growth factor NGF)是由Rita Levi—Montgalcin在1952年首先发现的，是最早发现影响神经生长的生物因子。NGF是目前研究最为透彻，具有营养神经元和促突起生长双重生物学功能的一种神经细胞生长调节因子。近年研究发现NGF在神经再生过程中也起着重要的促进作用，分泌NGF的成纤维细胞移植到脊髓后，可以引起脊髓初级感觉传入神经轴突、局部运动神经轴突、蓝斑核脊髓轴突的出芽。脊髓损伤后， 神经生长因子及其受体表达增加， 从而激活机体的自身保护机制， 使损伤局部的神经生长因子浓度增高，加强对神经元的保护作用， 减轻脊髓损伤。罗伟［1］等在观察脊髓损伤早期不同时间神经生长因子的表达中发现，脊髓损伤后NGF的表达明显增加，提示NGF在早期修复中可能有保护神经元减轻损伤的作用。吴永超［2］等研究脑源性神经营养因子(BDNF)和神经生长因子(NGF)对神经干细胞的保护作用发现：骨髓基质细胞(BMSC)表达的NGF对神经干细胞凋亡有保护作用，可能有助于神经干细胞分化为神经元。脊髓损伤后应用外源性神经生长因子不仅可以减轻神经元损伤， 而且还可以促进神经元功能的恢复。Zang Dawei［3］等在研究脊髓损伤后神经营养因子及神经干细胞对治疗轴突再生的影响中发现，NGF可以促进轴突的再生，对中枢及周围神经元的发育、分化、生长、再生和功能特性的表达均具有重要的调控作用，认为其有可能成为脊髓损伤后组织修复的理想用药之一。

　　2 脑源性神经营养因子
　　
　　20世纪80年代，Barde等在脑提取液中发现了具有营养神经的生长因子，其结构与NGF非常相似，命名为脑源性神经营养因子(brain——derived neurotrophic factor，BDNF)。BDNF在脑中分布广泛，作用范围也很广。在发育过程中，BDNF是维持神经元存活、促进神经元分化以及髓鞘形成不可缺少的神经营养促进因子［4］。BDNF能促进胚胎神经元发育分化，维持多种神经元存活，提高神经元的生物活性，还可以减少脊髓损伤后神经元的自然死亡。Kim［5］等研究发现，BDNF能通过酪氨酸受体信号途径防止神经元凋亡的发生。有学者在无血清培养的中脑黑质细胞中加入pCMVhBDNF转染的COS7细胞上清液，发现酪氨酸羟化酶(TH)免疫阳性细胞增多，胞体面积增大，突起伸长，且轴突上形成膨体，说明BDNF可直接维持中脑黑质多巴胺能神经元的存活。有人采用AChE组化方法研究了BDNF对培养的胚鼠基底前脑胆碱能神经元的作用，发现BDNF可以增加AChE阳性神经元的数量，明显促进神经元胞体的早期生长发育。同时BDNF对肽能神经元、GA—BA能神经元也有营养作用。黄保胜［6］等研究表明：脑源性神经营养因子可以促进神经干细胞在体外条件下定向分化为神经元，3天达分化高峰;在体内条件下，可能促进外源性的神经干细胞存活、分化、迁移并替代修复脊髓神经传导束，有利于受损脊髓的功能恢复。BDNF可调节神经元的生长和存活，主要作用于红核脊髓束和红核神经元，还可促进脊髓损伤后红核脊髓束的再生和功能恢复。张国庆［7］等利用BDNF基因修饰神经干细胞移植对脊髓损伤后红核神经元作用的实验发现，BDNF对红核神经元有保护作用。BDNF可以抑制神经元内磷酸二酯酶的活性，并通过Erk依赖的途径增高细胞内的cAMP，增强轴突生长能力，并且能够克服轴突延长的抑制物MAG的作用。脊髓损伤后组织水肿及Na+、Ca2+含量升高，K+、Mg2+含量降低。李建宁［8］等把经BDNF基因修饰的人脐血干细胞移植到损伤脊髓区域后发现其可显著改善上述指标，认为其机制可能与减少神经细胞离子失衡、改善细胞内环境有关。由于神经营养因子不能通过血脊髓屏障，给药困难，因此人们发明了神经营养因子基因修饰细胞植入脊髓损伤部位，已证实经基因工程技术修饰的细胞可分泌BDNF，促进脊髓损伤后的皮质脊髓束轴突生长及部分神经功能恢复，明显减慢横切损伤神经后神经元的死亡速度。

　　3 神经营养素
　　
　　神经营养素Ⅲ (Neurotrophines－3 NT3)是Ernfors等在1990年利用NGF与BDNF的序列同源性发现的一个新的神经营养因子，是神经营养素(neurotrophins，NTs)家族或神经生长因子家族中的一员，由119个氨基酸残基组成。NT一3 mRNA的分布与它在各种神经元群中的生物学活动明显与NGF、BDNF不同。NT3在体内有其特征性的功能:维持神经元存活，促进神经细胞分化和诱导轴突生长。孟步亮［9］等研究脊髓半横断损伤后腹角神经元神经生长因子、脑源性神经营养因子、神经营养因子3和神经营养因子4的表达变化发现：NT3可能在促进神经元的生长方面起着重要的作用。NT－3是在脊髓中作用最强的神经营养因子。经NT－3转染少突胶质细胞的前体细胞可以使其向少突胶质细胞分化，分泌髓鞘碱性蛋白的数量增加，并使共培养的神经元周围形成髓鞘。脊髓损伤后，NT3的表达急剧上升，作用增强，对神经元有保护作用，可以减轻脊髓的损伤。GUO［10］等研究发现:脊髓损伤后NT3可通过影响superoxide dismutase(SOD) 和malondialdehyde(MDA)的表达来达到保护神经元。脊髓损伤后，外源性的NT3可以促进神经轴突的再生。林森［11］等研究发现：NT3在体内外均可诱导脊髓源性神经干细胞分化为胆碱能神经元。孙广运［12］等在探索Lentivirus介导神经营养因子（NT3）转染的人胚神经干细胞（human neural stem cells，hNSCs）对大鼠损伤脊髓治疗机制和治疗的作用机制研究表明：经NT3转染的hNSC能够调整损伤的局部微环境，促进损伤脊髓的功能恢复。
　　
　　神经营养因子—4(Neurotrophin-4，NT4)是1991年发现的神经生长因子家族(neve growth factor families，NGFs)的第四个成员，随后发现的NT5经分析鉴定也被认为是NT4。NT4具有维持神经元存活、分化和突触可塑性等功能。脊髓损伤后NT4可以促进脊髓小神经元和星形胶质细胞表达trkB，促进受损神经元的存活。在组织修复过程中外源性的NT4可逆转运动神经元变性，从而产生保护作用。它还能促进皮质脊髓运动神经元轴索的生长。

　　4 胶质细胞源性神经营养因子
　　
　　胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF)是由Lin等于1993年在大鼠胶质B49细胞中发现的具有神经营养作用的同二聚体蛋白质。GDNF是目前发现的生物活性最强的靶源性神经营养因子，可以缓解损伤诱导的乙酰胆脂活性的降低，对神经元有营养作用，在促进神经元存活、生长分化方面有着其他神经营养因子不可替代的作用。Hen—derson等［13］认为GDNF促进神经元存活的作用比脑源性神经营养因子(BDNF)、大鼠重组睫状神经营养因子(r NTF) 及人类胆碱能分泌因子、白血病抑制因子(hCDFI IF)等分别强75、650和2500倍。有研究发现，GDNF可明显促进胚胎期脊髓运动神经元(SMN)和背根神经节神经元(DRG)存活及突起生长，并具有一定的剂量依赖效应。经GDNF转染后移植的大鼠神经干细胞(neural stem cell，NSCs)在脊髓内增加红核脊髓束和皮质脊髓束的轴突再生，促进运动功能恢复。刘晓刚等［14］ 利用甘氨酸银浸镀法控释胶质细胞源性神经营养因子发现其可以增强骨髓间质干细胞源性神经元样细胞对猕猴损伤脊髓轴突的修复作用，尤其有利于运动性损伤轴突的修复，其效果优于单纯神经元样细胞移植后功能的恢复。Charles［15］等最新研究发现GDNF有助于脊髓损伤后初级感觉神经元轴突的生长。它将是脊髓损伤后功能恢复的另一重要的促进因子。

　　5 未来治疗展望
　　
　　脊髓损伤后的修复面临许多问题，主要是损伤后脊髓中的微环境不利于修复的发生和发展，如：(1)脊髓神经元的死亡和缺乏修复能力；(2)促进修复的因素如神经营养因子的缺乏；(3)存在抑制修复的分子如NOGO、髓磷脂相关糖蛋白等；(4)胶质瘢痕、空洞阻碍轴突生长。我们认为脊髓损伤修复的策略就是针对这些因素加以干预：减少受损细胞的变性和损失，细胞移植补充受损细胞；补充神经营养因子；减少抑制性因子；减少瘢痕和空洞，提供轴突生长的基质。在促进轴突再生的细胞因子中，神经营养因子是研究较为深入的部分，如NGF、BDNF、NT3～7等，它们具有促进细胞存活、突触形成、树突成形、神经递质释放至脊髓损伤范围和轴突生长等作用。神经轴突对神经营养因子的反应，通常是直接朝向神经营养因子浓度高的部位生长。这种向药性特征意味着这种生长因子应该直接被应用到脊髓损伤部位以促进轴突生长和再生，为治疗脊髓损伤带来曙光。

参考文献

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