粒細胞集落刺激因子治療急性腦梗死的研究新進展

陳倍楚（綜述） 許志恩（審校）

【關鍵詞】 粒細胞集落刺激因子（G-CSF）；腦梗死；神經保護作用

文章編號：1003-1383(2007)02-0201-03中圖分類號：R 743.3305文獻標識碼：A

腦血管病是威脅人類健康和生存的三大疾病之一，長期以來對其造成神經細胞的死亡尚未見有確實有效的治療方法。腦組織梗死后，如何促進梗死區內神經細胞再生，是促進患者神經系統各項功能改善乃至完全恢復的關鍵。粒細胞集落刺激因子（G-CSF）是體內重要的造血調節因子。自G-CSF分子克隆和基因合成成功以來，臨床上廣泛應用于粒細胞減少癥、骨髓移植及預防感染等治療。近年來，中外研究人員在動物實驗性研究中證實了G-CSF在急性腦梗死中具有神經保護作用，并在臨床應用中逐步使用重組人粒細胞集落刺激因子(rhG-CSF)。本文對G-CSF的生物學的作用、臨床應用、治療急性腦梗死的研究進展及其可能機制作一綜述。

一、G-CSF及其重組的生物學作用

粒細胞集落刺激因子（G-CSF）是體內一種多肽鏈的細胞生長因子，可特異地調節粒系細胞的增殖和分化，并能增強成熟粒細胞的功能，對機體的防御系統有重要意義。人G-CSF是一類低分子量糖蛋白，分子量為17.9—21.8 KD，編碼G-CSF的基因位于17號染色體長臂上，其蛋白質由175個氨基酸組成［1］。而重組人粒細胞集落刺激因子(rhG-CSF) 是應用生物工程技術生產的一種造血生長因子，利用DNA重組技術在G-CSF基酸序列的基礎上增加一個N末端蛋氨酸而成，生物學活性與天然G-CSF相同［2］。G-CSF廣泛存在體內組織和血循環中，主要由單核巨噬細胞、血管內皮細胞、纖維母細胞和骨髓間質細胞產生，此外還可由多種轉化或非轉化的細胞產生。G-CSF的生物學作用是通過與效應細胞表面特異性受體(G-CSF receptor)結合而產生的。G-CSF與G-CSFR結合后，產生多種生物學效應［3］：使干細胞增殖，并使外周血中性粒細胞增加；增強多核細胞的吞噬活性及殺菌功能；加強依賴抗體的細胞介導的細胞毒作用，增加多核細胞的有關代謝增加；促進多核細胞、單核細胞趨化作用，使之向產生G-CSF的感染灶聚集。 rhG-CSF作用于骨髓中性粒細胞系造血前體細胞，促進其增殖、分化，并促進中性粒細胞的成熟和釋放，增強成熟中性粒細胞的功能。自1991年在美國首先上市，近年來在我國臨床應用也日益廣泛，并取得較好的療效。目前主要臨床應用的有：①用于骨髓移植治療免疫性疾病。自體外周造血干細胞移植（APBSCT）應用rhG-CSF將患者造血干細胞動員至外周血，并經采集、分選等處理后重新回輸患者，使其造血和免疫重建。Sun等［4］通過臨床研究發現，單倍體HLA配對的自體同源性干細胞移植，能夠阻止移植物抗宿主疾病（GVHD）的進展，提高惡性血液疾病的存活率，是有效的治療方法。②用于各種腫瘤，如急性白血病的化療和嚴重粒細胞減少癥。Gomez等［5］在化療后的病人中使用了rhG-CSF予支持治療，研究證明其能有效地減少和預防化療導致的中性粒細胞減少癥。③用于非血液系統腫瘤的治療和治療感染性疾病等。Von［6］認為，獲得性免疫缺陷綜合征(AIDS)的治療除了減少患者身上的病毒載量，同時增強其免疫重建，G-CSF在免疫系統中的特性使得其能成為患者免疫系統重建中的助手。自德國科學家2001年報道了全球第一例自體骨髓干細胞注射到冠狀動脈內，并使心功能明顯得到改善的臨床病例以來，干細胞治療缺血性心臟病的研究步伐日益加快，最近在心血管也開始把rhG-CSF應用到APBSCT技術中。干細胞移植在心血管中的應用也進入了二期臨床實驗研究階段，并取得了相當地療效。Engelmann等［7］研究認為，在心肌梗死患者應用G-CSF能夠改善心肌功能，這可能在梗死區新生血管的增加得到反映。這些研究都引起神經病學學者的極大興趣，認為G-CSF在腦血管病的治療中具有光明的前景。

二、G-CSF在腦梗死治療應用的研究

在世界各國中，腦梗死均有較高的發病率、致殘率和致死率，尋找恢復神經功能的途徑一直是腦梗死研究的熱點。近年來，干細胞的無窮潛力在全世界范圍內掀起了干細胞研究熱，并且新發現新的突破，在腦血管疾病方面也不例外。骨髓干細胞包括造血干細胞(HSC)和骨髓基質干細胞(BMSCs)或稱骨髓間充質細胞（MSC），是多潛能的干細胞，能無限分化和增殖，可定向轉化或橫向分化，發育為各種類型的細胞，還可跨越胚層界限，分化為內胚層的肝細胞和外胚層的神經元、神經膠質細胞。1999年，Kopen等首先［8］將MSC注入新生小鼠的側腦室，發現MSC遷移遍整個小腦和前腦，在紋狀體和海馬，MSC表達膠質纖維酸性蛋白，提示其已經分化為星形膠質細胞；在嗅覺小島、嗅球、小腦的內顆粒層發現大量的MSC。其不但表達巢蛋白，還表達神經元的特異性表面標記，即神經元特異性烯醇化酶、神經元特異性核內抗原、神經絲蛋白，提示已經分化為神經元。神經系統與造血系統密切相關， G-CSF是體內一種重要的造血調節因子，具有動員造血干細胞、骨髓基質干細胞、內皮細胞的能力。能否利用G-CSF動員體內的骨髓干細胞定向誘導分化為神經干細胞，從而起到神經保護作用，為腦梗死的治療開辟了一個嶄新的研究領域。Schabitz等［9］利用大鼠腦缺血模型靜脈注射G-CSF，通過對比腦梗死體積首先證明了G-CSF的神經保護作用。而后，Gibson等［10］通過臍下注射G-CSF的大鼠腦梗死模型中證明G-CSF有減少梗死體積和改善缺血后的神經功能。隨著在動物實驗中的捷報頻繁，國內外學者開始進行了臨床觀察研究。Shyu等［11］予大腦中動脈急性腦梗死的患者皮下注射G-CSF，通過觀察對比治療后12個月，NIHSS，ESS，EMS和BI等四項臨床指標得出結論，臨床應用G-CSF治療急性腦梗死患者確實能促進患者的神經功能恢復。在國內李竟［12］、葛朝莉［13］等也給予缺血腦卒中患者皮下注射G-CSF，通過觀察神經功能評分和BI等指標，認為G-CSF應用于缺血腦梗死的治療能改善患者預后，有效而安全。目前從事研究的學者都認為，G-CSF能動員內源性干細胞，歸巢至腦梗死部位，定向分化為神經細胞，起到保護作用。大多數研究都表明了，在急性腦梗死的動物模型中，予皮下注射G-CSF或rhG-CSF，確實能夠促進神經功能恢復，引起CD34+細胞、nestin+細胞等指標的變化，起到保護作用。并且逐漸從動物實驗上過渡至臨床研究，也證明對急性腦梗死患者神經功能恢復起到促進作用。因此，有理由相信，G-CSF應用于治療急性腦梗死的前景是光明的。一旦G-CSF對缺血腦組織神經保護作用的具體機制得以闡明，并應用于臨床，定能為腦卒中的治療提供新手段，為腦梗死患者帶來福音。

三、G-CSF治療腦梗死的可能機制

G-CSF是如何對腦梗死起到神經保護作用，這一直是人們研究的重點。其可能機制有如下幾點：

1.G-CSF通過其受體G-CSF-R，對缺血的神經元起到神經保護作用，這可能是其作用的主要途徑。神經元上可有G-CSF的受體G-CSF-R表達，而G-CSF與其受體作用后激活了JAKs-STATs途徑。Schabitz等［9］對G-CSF治療后的腦缺血動物進行研究，發現缺血灶周邊區的神經細胞的STAT3水平是升高的，而 STAT3通過激活bcl-2間接地發揮抗凋亡，誘導出神經營養因子或者成纖維細胞生長因子（FGF），給神經細胞提供營養支持。Schneider等［14］在急性腦梗死的大鼠模型中觀測到，給予的G-CSF能夠有效地通過血腦屏障，并刺激G-CSF-R在中樞神經系統的表達， G-CSF可減少NO的產生，能防止神經元進入程序性細胞死亡。Yanqing等［15］也在腦梗死的動物模型中，通過對比動物的梗死體積、cd34陽性細胞、纖維粘連蛋白、神經功能學評分、存活率、 bcl-2蛋白的表達等，證明使用G-CSF后，能對急性缺血卒中起到神經保護作用，其中認為G-CSF能使bcl-2蛋白的表達增加。

2.G-CSF是骨髓造血干細胞的強有力的動員劑，能夠促進骨髓干細胞向神經干細胞定向誘導分化，這也是一種可能存在的機制。目前，很多動物實驗研究和臨床研究都證明G-CSF應用于腦梗死的治療，能夠減小腦梗死體積，促進神經功能恢復。大多數學者都推測，G-CSF動員使骨髓干細胞遷移至腦梗死部位，并向神經元分化，從而起到神經保護作用。而MSC在體內是如何分化為神經干細胞的，其機制相當復雜。MSC 與宿主腦相互作用導致MSCs 自分泌或旁分泌營養因子增加，可能有助于損傷神經功能的恢復。Mahmood等［15］用腦源性神經營養因子(BDNF) 或神經生長因子(NGF) 進行對MSC 體外培養，發現BDNF 或NGF 組比未用組在腦創傷鼠腦內存活MSC 數量明顯增多，神經功能恢復也明顯高于未用組，移植存活的細胞表達NeuN、MAP-2 和GFAP ，可見BDNF 或NGF 等能促使MSCs 向神經細胞分化。這些研究都是通過病理觀察急性腦梗死模型的動物中CD34+細胞、nestin+細胞等指標的變化，發現神經干細胞比正常對照組增加，分泌的神經營養因子增加，但是什么因素誘導骨髓干細胞遷移至腦梗死部位，向神經元分化的確切調控機理還沒有公認的說法。

3.有學者［13］認為，G-CSF還通過其他特別的機制，如抗吞噬作用、抗炎和促進血管再生等機制，起到神經保護作用。Popa-Wagner等［16］認為脈管系統在神經元的再生過程中起了作用，這種作用至今還未被研究深透。現在大多數學者把對CD34+細胞、nestin+細胞［17］作為觀察指標，并對G-CSF受體［18］進行研究，以進一步了解G-CSF對急性腦梗死的保護作用機制。故G-CSF對缺血腦組織神經保護作用的具體機制也有待更深的研究。

G-CSF是骨髓造血干細胞的強有力的動員劑，為有效治療腦梗死提供了新思路。動物實驗表明G-CSF的應用確實能減小腦梗死體積，增加神經可塑性和血管再生，改善腦缺血后的功能，起到神經保護作用。目前很多研究都是在觀察G-CSF應用后的腦缺血的改善情況，一旦研究能闡明對缺血腦組織神經保護作用的具體機制，將為腦缺血的治療開辟廣闊前景，為腦疾病患者帶來福音。

本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。