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。阿爾茨海默病（AD）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┑取�

 

    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酰基轉移酶水平升高.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。

 

    參考文獻：

    ［1］Young M,Blanchard MH,Sessions F, et al. Subunit structure of high molecular weight mouse nerve growth factor\[J\]. Biochemistry, 1988,27(18):6675��6681.

    ［2］Bax B,Blundell TL,J Murray�睷ust, et al. Structure of mouse 7S NGF:a complex of nerve growth factor with four binding proteins\[J\]. Structure, 1997,5(10):1275��1285.

   ［3］Robertson AG,Banfield MJ,Allen SJ, et al. Identification and structure of the nerve growth  factor binding site on TrkA\[J\]. Biochem Biophys Res Commun, 2001,282(1):131��141.

    ［4］VanDer ZC,Hagg T. Delayed NGF infusion fails to reverse axotomy�瞚nduced degeneration of basal forebrain cholinergic neurons in adult p75(LNTR)�瞕eficient mice\[J\]. Neuroscience, 2002,110(4):641��651.

    ［5］Nichols A,Martinou I,Maundrell K, et al. The p75 neurotrophin receptor: effects on neuron survival in vitro and interaction with death domain�瞔ontaining adaptor proteins\[J\]. Apoptosis, 1998,3(4):289��294.等