神經生長因子與阿爾茨海默病的關系

 

       神經生長因子（NGF）是一類影響神經元生存和發育、誘導神經元分化的生物活性物質，對神經元在發育時的生長、分化，以及成年神經元的維持是很重要的。阿爾茨海默�。ˋD）是一種慢性、進行性神經系統變性疾病，以基底前腦膽堿能神經元的退變為主要病理特征之一，其臨床表現為進行性的記憶、理解、判斷、定向等認知功能障礙，精神行為異常以及生活自理能力減退。研究發現，NGF能有效的保護基底前腦膽堿能神經元受損傷導致的神經變性、改善空間記憶，成為治療AD的新的有效途徑。近年來，對NGF與AD發病機制及其治療關系的研究取得了很大進展，筆者就NGF與AD的關系作一綜述。

 

    1NGF及其受體

 

    NGF是神經營養因子（NTF）家族中發現最早、研究最多的神經營養因子，至今發現的NTF有以下幾個家族：（1）神經營養素家族，包括NGF、腦源性神經營養因子（BDNF）、神經營養素��3～7（NT��3～7）；（2）膠質源神經營養因子（GDNF）家族，以GDNF為代表；（3）睫狀神經營養因子（CNTF）家族，目前此家族僅有CNTF；（4）成纖維細胞生長因子（FGF）家族，包括aFGF、bFGF、FGF��3～9等9個成員。除上述家族外，還有胰島素樣生長因子（IGF）、表皮生長因子（EGF）、白細胞介素（IL）和干擾素�拨茫↖F�拨茫┑�。

 

    編碼NGF的基因位于1號染色體的近端短臂上，NGF基因轉錄、翻譯后合成兩種不同長度的前體蛋白：短的前體蛋白水解加工成含118個氨基酸的2.5S NGF，長的前體蛋白水解成7S NGF，通常所指的NGF為2.5S NGF。7S NGF是由α、β、γ三種亞單位以2∶1∶2比例組成的，它們以非共價鍵及1～2個Zn2+形成穩定的結合體，α亞單位相對分子質量為26 500，其生理功能目前尚不清楚，β亞單位是功能亞單位，γ亞單位相對分子質量約26 000，是一種精氨酸特異的酯肽酶，參與β�睳GF前體加工。α、γ亞基的基因結構已闡明，二者結構極為相似，但α亞基缺乏酶的活性。2.5S NGF是由兩個完全相同的肽鏈組成，每個肽鏈含118個氨基酸，二者通過非共價鍵結合，形成二聚體，分子中6個半胱氨酸殘基之間以二硫鍵相連，維持NGF空間結構的生物活性。

 

    神經元上有兩類NGF受體：高親和力受體TrkA和低親和力受體p75。TrkA受體主要分布在外周感覺神經元、交感神經元和基底前腦等中樞膽堿能系統，是公認的NGF的功能性受體，屬于原癌基因酪氨酸蛋白激酶家族，也是一種跨膜蛋白，在胞外有富含亮氨酸的重復序列，其前后分別串著一組半胱氨酸集結區，緊挨胞膜的是兩個C2�残�免疫球蛋白樣區IgⅠ和IgⅡ，胞內激酶部分是胰島素受體酪氨酸激酶。p75是一種跨膜糖蛋白，胞外部分與腫瘤壞死因子受體相同，胞內部分含有一個死亡域，廣泛地分布于神經系統和非神經系統。p75除與NGF有親和力外，還與BDNF、NT��3、NT��4/5相結合。p75提高NGF與TrkA結合的親和力，使較低濃度的NGF能產生生物效應，協助TrkA辨別其配體，增強NGF的信號轉導。除此之外，p75亦在細胞的凋亡過程中發揮重要作用，另一方面可保護神經元，促進神經元存活。

 

    NGF與TrkA受體結合后，形成二聚體和自身磷酸化，連接蛋白Shc與酪氨酸磷酸化的TrkA結合及與Grb2�睸os形成復合物，Sos激動Ras�睷af�睲EK�睲APK�瞈[EIK��1\]�睸RE串級，從而激活靶基因轉錄；另一個途徑也來自Ras�睲AP激酶通路，分別激活ERK/RSK和P38/MAPKAP激酶2，兩種激酶在Ser133磷酸化CREB，活化的CREB激酶移至細胞核內，使CREB轉錄因子磷酸化\[7\]。CREB與Ca�睠RE結合，與SRE協調共同激活即早基因轉錄。即早基因轉錄表達的蛋白產物亦為轉錄因子，與IEG�睷Es結合后，與CREB和DRG啟動子共同調節激活DRG的轉錄。NGF與TrkA結合后還可誘導PI3K/PKB信號傳導途徑及激活PKC、CaMKⅡ激酶產生一系列生物效應\[8��9\]。

 

   　2NGF與AD的可能關系

    AD是一種常見的進行性變性神經疾病，引起AD兩大病理特征老年斑（SP）和神經原纖維纏結（NTF）的機制尚不清楚，而目前認為引起AD主要癥狀的重要原因是患者基底前腦膽堿能神經元變性，結果引起皮質、海馬等投射區膽堿乙酰基轉移酶（CHAT）水平降低、乙酰膽堿（Ach）合成受損，并出現AD的臨床癥狀。基底前腦膽堿能系統包括中隔、斜角帶及基底核等區域，是中樞膽堿能神經系統的胞體所在區，中隔、斜角帶的膽堿能神經纖維主要投射到海馬，基底核神經元投射至新皮質和杏仁核。內源性NGF及其mRNA在大腦皮質、海馬等腦區都有高水平表達，這些投射部位產生的NGF逆行運輸到基底前腦，與該處的含有NGF受體的膽堿能神經元結合，基底前腦膽堿能神經元對NGF有高反應性，它們正常形態和功能的維持需要NGF的營養作用。

 

    2.1NGF對膽堿能神經的發育起著重要作用。有人將小鼠的NGF基因敲除，檢測內源性NGF對神經系統的影響，發現小鼠出生后早期，基底前腦和海馬膽堿能神經元沒有受明顯影響，而到了成年，這兩處的膽堿能神經元分別減少55%和62%，提示內源性NGF對基底前腦和海馬膽堿能神經發育有重要影響。類似的研究制作了NGF抗體轉基因小鼠模型，證實了這種小鼠皮質和海馬神經元存在年齡依賴性神經變性病理（包括老年斑、不溶性磷酸化的τ纖維纏結）。衰老的NGF抗體轉基因小鼠同時表現出廣泛的皮質神經元丟失、基底膽堿神經元缺失及行為缺陷。NGF對膽堿能神經的修復也有作用。實驗表明截斷靈長類動物的膽堿能神經元與海馬的主要聯系纖維，使中隔核膽堿能神經元萎縮（45±5）%的膽堿能神經元，而腦室內注射外源性NGF 4周，則可使中隔核膽堿能神經元保留（80±6)%。

    2.2NGF對神經元生存和空間記憶有著重要作用。有研究使小鼠NGF等位基因失活，導致該種小鼠海馬區NGF、NGF mRNA表達減少，并且在記憶獲得存在明顯缺陷，提示NGF對小鼠記憶功能有著重要作用\[15\]。皮層和海馬至基底前腦神經元的NGF、BDNF運輸障礙，可使基底前腦的神經元缺乏營養致神經元變性死亡，有實驗將1 μL Aβ1��40（10 μg/μL）在立體定向儀下注入大鼠右側Meynert核，分別于1、4周時測定其學習記憶能力和腦組織中NGF、BDNF免疫反應陽性神經元的表達，在注射Aβ1��401周后，大鼠出現記憶障礙，呈漸進性加重，海馬區NGF、BDNF免疫陽性神經元表達數量顯著增加，提示由于皮層和海馬至基底前腦神經元的NGF、BDNF運輸障礙，使基底前腦神經元因缺乏神經營養而變性死亡。這可能是AD學習記憶障礙和癡呆形成的重要原因之一 。NGF還可促進AD鼠學習記憶恢復及海馬突觸素表達，在AD鼠模型治療組中腦室注射NGF，用γ型迷宮檢測大鼠學習記憶能力，對大鼠海馬突觸素進行定量分析，發現NGF治療能促進AD鼠學習記憶恢復和海馬突觸素的表達。

 

    2.3NGF對Aβ25��35誘導的海馬神經元細胞毒作用有防治作用。取新生3 d大鼠海馬神經元行體外培養7 d，用Aβ25��35預處理后加入NGF，發現NGF能有效地阻止和輕度修復Aβ25��35誘導的海馬神經元損傷。培養新生1 d大鼠海馬神經元，觀察Aβ和NGF對神經元凋亡的影響，發現NGF組細胞凋亡率明顯減少（P<0.05)，提示NGF對Aβ誘導的海馬神經元凋亡具有保護作用。

    NGF改善衰老記憶障礙可能機制：有研究觀察了多次海馬內微注射NGF對小鼠突觸體內游離鈣水平的影響，并在離體情況下觀察NGF對EGTA和CaCL2分別造成突觸體內低鈣和高鈣狀態的調節，發現：（1）在體實驗條件下，一定劑量的NGF可顯著降低老年小鼠海馬突觸體內游離鈣水平（P<0.05）。（2）離體實驗條件下，當突觸體游離鈣水平降低時，適當劑量的NGF具有升高游離鈣水平的作用，而突觸體內游離鈣水平升高時，則NGF有降低游離鈣水平的作用，提示NGF對游離鈣水平的雙向調節作用可能是NGF改善老年性記憶衰退的作用機制。另有研究顯示NGF可以使PC12細胞L�残外}離子通道鈣離子流增加75%，這種作用可能是通過NGF低親和力或高親和力受體來實現的。細胞鈣離子的攝取是NT的神經保護和神經支持作用的重要因素，NGF可能通過調節鈣離子來保護和支持膽堿能神經元，從而改善記憶功能。

 

    3NGF應用于AD治療存在的問題

    AD的主要病理改變之一是前腦基底核膽堿能神經元丟失變性，大腦皮質、海馬等處的膽堿減少、認知功能降低與隔核海馬束、底核皮質束的膽堿功能降低和膽堿介質的減少有密切關系。動物實驗表明NGF可促進腦內膽堿能神經纖維數量增加，有助于神經元損傷后恢復，改善小鼠學習記憶功能，體外細胞培養亦提示NGF對神經元有一定保護作用，NGF可能成為治療AD的新的有效途徑。然而NGF不能透過血腦屏障，如何才能使外源性NGF到達腦內靶區域或促進內源性NGF合成，一直是當前研究的熱點。

 

    目前在以下幾個方面的研究取得不同程度進展：（1）腦內直接給藥：通過微注泵持續地將NGF注入腦室，但腦室內注射可產生局部感染、疼痛、體質量減輕，還可引起雪旺細胞、感覺和交感神經元增生，停止注射后，該副作用也隨之消失；（2）增強NGF通過血腦屏障能力：利用蛋白質受體介導的跨膜作用，將NGF與轉鐵蛋白結合，可通過后者與血腦屏障相應受體結合而起運輸作用的特性，將NGF轉運入腦。這種方法由外周靜脈給藥，在腦內可達到較高的藥物濃度，對帕金森病小鼠模型和AD大鼠模型上取得了較好的療效；（3）鼻腔腦靶向給藥：Rosa等經鼻腔給表達NGF抗體小鼠滴注NGF，發現鼻腔滴注NGF可以逆轉該種小鼠的認知缺陷，與控制組相比，干預組小鼠物體認知實驗、位置實驗和內容實驗結果提示，AD11小鼠的認知缺陷有明顯改善，為NGF治療AD提供了一個新的行之有效的給藥途徑；（4）腦室內移植能產生NGF的細胞：上世紀80年代末，隨著分子生物技術的發展，出現了在體基因治療和離體基因治療。在體基因治療將治療載體直接送入靶部位，這種方法比較簡單，Zou等利用基因工程技術以腺病毒為載體將NGF基因轉入衰老大鼠的膽堿能神經元，衰老大鼠空間記憶和學習能力有明顯改善，免疫組織化學分析顯示中隔膽堿能神經元的膽堿乙�；�轉移酶水平升高.離體基因治療指在體外制備基因工程化的細胞，再將此細胞注入靶部位。加利福尼亞大學從2001年開始NGF基因治療AD的I期臨床研究，有8個早期AD病人基底前腦注射了經基因工程修飾的、能分泌NGF的自體成纖維細胞懸液，經過平均22個月的治療觀察，MMSE評分和ADAS�瞔og評分提示患者認知下降情況有明顯好轉，PET掃描顯示皮層神經元葡萄糖攝取廣泛增多，沒有出現體質量下降、疼痛等副作用，為NGF治療AD提供了臨床依據；（5）促進內源性NGF合成的藥物，如糖皮質激素，增加乳母鼠血漿皮質醇，可顯著提高后代乳鼠基底前腦NGF含量，額前皮質無差別，雄性乳鼠海馬NGF含量亦增加。結果提示：適當提高乳鼠血漿皮質醇可調節乳鼠腦中NGF含量。促進內源性NGF合成的藥物還有AIT��082、Idebenone以及GABA受體拮抗劑SGS742等。（6）模擬NGF對受體作用的化合物：利用已知細胞因子的受體從肽庫內篩選細胞因子模擬肽，近年成為國內外研究的熱點。國外已篩選到了人NGF及白細胞介素��1等多種生長因子的模擬肽，這些模擬肽的氨基酸序列與其相應的細胞因子的氨基酸序列不同，但具有細胞因子的活性，并且具有相對分子質量小的優點。（7）增強內源性NGF作用的化合物：膽堿酯酶抑制劑（加蘭他敏）可增強內源性NGF的作用，提高老年大鼠的認知功能。

 

     NGF是中樞膽堿能神經元重要營養因子，對膽堿能神經的發育、神經元生存和空間記憶有重要作用，能有效地保護基底前腦膽堿能神經元因損傷導致的神經退變、丟失，可以逆轉并減緩患者腦中基底前腦膽堿能神經變性進程。近年來，用NGF治療AD的研究越來越受到重視，但NGF如何進入腦內靶區存在許多技術問題，這仍需要進一步研究和探索。

 

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