神經(jīng)生長因子與阿爾茨海默病的關(guān)系

 

       神經(jīng)生長因子（NGF）是一類影響神經(jīng)元生存和發(fā)育、誘導神經(jīng)元分化的生物活性物質(zhì)，對神經(jīng)元在發(fā)育時的生長、分化，以及成年神經(jīng)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(jīng)系統(tǒng)變性疾病，以基底前腦膽堿能神經(jīng)元的退變?yōu)橹饕�病理特征之一，其臨床表現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，NGF能有效的保護基底前腦膽堿能神經(jīng)元受損傷導致的神經(jīng)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(fā)病機制及其治療關(guān)系的研究取得了很大進展，筆者就NGF與AD的關(guān)系作一綜述。

 

    1NGF及其受體

 

    NGF是神經(jīng)營養(yǎng)因子（NTF）家族中發(fā)現(xiàn)最早、研究最多的神經(jīng)營養(yǎng)因子，至今發(fā)現(xiàn)的NTF有以下幾個家族：（1）神經(jīng)營養(yǎng)素家族，包括NGF、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、神經(jīng)營養(yǎng)素��3～7（NT��3～7）；（2）膠質(zhì)源神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）家族，以GDNF為代表；（3）睫狀神經(jīng)營養(yǎng)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(zhuǎn)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(wěn)定的結(jié)合體，α亞單位相對分子質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)已闡明，二者結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)的生物活性。

 

    神經(jīng)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(jīng)元、交感神經(jīng)元和基底前腦等中樞膽堿能系統(tǒng)，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(jié)區(qū)，緊挨胞膜的是兩個C2�残�免疫球蛋白樣區(qū)IgⅠ和IgⅡ，胞內(nèi)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(nèi)部分含有一個死亡域，廣泛地分布于神經(jīng)系統(tǒng)和非神經(jīng)系統(tǒng)。p75除與NGF有親和力外，還與BDNF、NT��3、NT��4/5相結(jié)合。p75提高NGF與TrkA結(jié)合的親和力，使較低濃度的NGF能產(chǎn)生生物效應(yīng)，協(xié)助TrkA辨別其配體，增強NGF的信號轉(zhuǎn)導。除此之外，p75亦在細胞的凋亡過程中發(fā)揮重要作用，另一方面可保護神經(jīng)元，促進神經(jīng)元存活。

 

    NGF與TrkA受體結(jié)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(jié)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(zhuǎn)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(nèi)，使CREB轉(zhuǎn)錄因子磷酸化\[7\]。CREB與Ca�睠RE結(jié)合，與SRE協(xié)調(diào)共同激活即早基因轉(zhuǎn)錄。即早基因轉(zhuǎn)錄表達的蛋白產(chǎn)物亦為轉(zhuǎn)錄因子，與IEG�睷Es結(jié)合后，與CREB和DRG啟動子共同調(diào)節(jié)激活DRG的轉(zhuǎn)錄。NGF與TrkA結(jié)合后還可誘導PI3K/PKB信號傳導途徑及激活PKC、CaMKⅡ激酶產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)\[8��9\]。

 

   　2NGF與AD的可能關(guān)系

    AD是一種常見的進行性變性神經(jīng)疾病，引起AD兩大病理特征老年斑（SP）和神經(jīng)原纖維纏結(jié)（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(jīng)元變性，結(jié)果引起皮質(zhì)、海馬等投射區(qū)膽堿乙酰基轉(zhuǎn)移酶（CHAT）水平降低、乙酰膽堿（Ach）合成受損，并出現(xiàn)AD的臨床癥狀。基底前腦膽堿能系統(tǒng)包括中隔、斜角帶及基底核等區(qū)域，是中樞膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的胞體所在區(qū)，中隔、斜角帶的膽堿能神經(jīng)纖維主要投射到海馬，基底核神經(jīng)元投射至新皮質(zhì)和杏仁核。內(nèi)源性NGF及其mRNA在大腦皮質(zhì)、海馬等腦區(qū)都有高水平表達，這些投射部位產(chǎn)生的NGF逆行運輸?shù)交�底前腦，與該處的含有NGF受體的膽堿能神經(jīng)元結(jié)合，基底前腦膽堿能神經(jīng)元對NGF有高反應(yīng)性，它們正常形態(tài)和功能的維持需要NGF的營養(yǎng)作用。

 

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

    2.2NGF對神經(jīng)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(qū)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(jīng)元的NGF、BDNF運輸障礙，可使基底前腦的神經(jīng)元缺乏營養(yǎng)致神經(jīng)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(cè)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(yīng)陽性神經(jīng)元的表達，在注射Aβ1��401周后，大鼠出現(xiàn)記憶障礙，呈漸進性加重，海馬區(qū)NGF、BDNF免疫陽性神經(jīng)元表達數(shù)量顯著增加，提示由于皮層和海馬至基底前腦神經(jīng)元的NGF、BDNF運輸障礙，使基底前腦神經(jīng)元因缺乏神經(jīng)營養(yǎng)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(fā)現(xiàn)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(jīng)元細胞毒作用有防治作用。取新生3 d大鼠海馬神經(jīng)元行體外培養(yǎng)7 d，用Aβ25��35預(yù)處理后加入NGF，發(fā)現(xiàn)NGF能有效地阻止和輕度修復Aβ25��35誘導的海馬神經(jīng)元損傷。培養(yǎng)新生1 d大鼠海馬神經(jīng)元，觀察Aβ和NGF對神經(jīng)元凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(nèi)微注射NGF對小鼠突觸體內(nèi)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(nèi)低鈣和高鈣狀態(tài)的調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)：（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(nèi)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(nèi)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(diào)節(jié)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(xiàn)的。細胞鈣離子的攝取是NT的神經(jīng)保護和神經(jīng)支持作用的重要因素，NGF可能通過調(diào)節(jié)鈣離子來保護和支持膽堿能神經(jīng)元，從而改善記憶功能。

 

    3NGF應(yīng)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(jīng)元丟失變性，大腦皮質(zhì)、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(zhì)束的膽堿功能降低和膽堿介質(zhì)的減少有密切關(guān)系。動物實驗表明NGF可促進腦內(nèi)膽堿能神經(jīng)纖維數(shù)量增加，有助于神經(jīng)元損傷后恢復，改善小鼠學習記憶功能，體外細胞培養(yǎng)亦提示NGF對神經(jīng)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(nèi)靶區(qū)域或促進內(nèi)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(nèi)直接給藥：通過微注泵持續(xù)地將NGF注入腦室，但腦室內(nèi)注射可產(chǎn)生局部感染、疼痛、體質(zhì)量減輕，還可引起雪旺細胞、感覺和交感神經(jīng)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(zhì)受體介導的跨膜作用，將NGF與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合，可通過后者與血腦屏障相應(yīng)受體結(jié)合而起運輸作用的特性，將NGF轉(zhuǎn)運入腦。這種方法由外周靜脈給藥，在腦內(nèi)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(jīng)鼻腔給表達NGF抗體小鼠滴注NGF，發(fā)現(xiàn)鼻腔滴注NGF可以逆轉(zhuǎn)該種小鼠的認知缺陷，與控制組相比，干預(yù)組小鼠物體認知實驗、位置實驗和內(nèi)容實驗結(jié)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(nèi)移植能產(chǎn)生NGF的細胞：上世紀80年代末，隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)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(shù)以腺病毒為載體將NGF基因轉(zhuǎn)入衰老大鼠的膽堿能神經(jīng)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(jīng)元的膽堿乙酰基轉(zhuǎn)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(jīng)基因工程修飾的、能分泌NGF的自體成纖維細胞懸液，經(jīng)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(zhuǎn)，PET掃描顯示皮層神經(jīng)元葡萄糖攝取廣泛增多，沒有出現(xiàn)體質(zhì)量下降、疼痛等副作用，為NGF治療AD提供了臨床依據(jù)；（5）促進內(nèi)源性NGF合成的藥物，如糖皮質(zhì)激素，增加乳母鼠血漿皮質(zhì)醇，可顯著提高后代乳鼠基底前腦NGF含量，額前皮質(zhì)無差別，雄性乳鼠海馬NGF含量亦增加。結(jié)果提示：適當提高乳鼠血漿皮質(zhì)醇可調(diào)節(jié)乳鼠腦中NGF含量。促進內(nèi)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(nèi)篩選細胞因子模擬肽，近年成為國內(nèi)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(yīng)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(zhì)量小的優(yōu)點。（7）增強內(nèi)源性NGF作用的化合物：膽堿酯酶抑制劑（加蘭他敏）可增強內(nèi)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(jīng)元重要營養(yǎng)因子，對膽堿能神經(jīng)的發(fā)育、神經(jīng)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(jīng)元因損傷導致的神經(jīng)退變、丟失，可以逆轉(zhuǎn)并減緩患者腦中基底前腦膽堿能神經(jīng)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(nèi)靶區(qū)存在許多技術(shù)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