膠質源性神經營養因子神經保護作用的研究進展

林 昱 蔡 晶

1)福建中醫藥大學中西醫結合研究院，福建 福州 350122 2)福建中醫藥大學中西醫結合學院，福建 福州 350122

·綜述·

膠質源性神經營養因子神經保護作用的研究進展

林 昱1)蔡 晶2)△

1)福建中醫藥大學中西醫結合研究院，福建 福州 350122 2)福建中醫藥大學中西醫結合學院，福建 福州 350122

膠質細胞源性神經營養因子(glial cell line- derived neurotrophic factor，GDNF)是神經營養因子的一種，具有促進多巴胺能神經元再生、修復與營養神經元、調控細胞周期等作用。GDNF通過受體復合物的形式介導其信號通路，從而產生生物學效應。其主要細胞內信號轉導通路有絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶(MAPK/ERK)通路與磷酯酰肌醇- 3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號通路。大量研究證實，GDNF在帕金森病、缺血性腦血管疾病、周圍神經疾病等多種神經系統疾病中均具有神經保護作用，是神經科學尤其是帕金森病等神經退行性疾病治療研究的新方向。

膠質細胞源性神經營養因子；神經保護；多巴胺能神經元；帕金森病

膠質細胞源性神經營養因子(glial cell line- derived neurotrophic factor，GDNF)自1993年在大鼠膠質瘤細胞系B49中被分離出，隨后即被發現其可以促進大鼠胚胎中腦多巴胺能神經元的存活、形態分化，并具有強化自身攝取多巴胺的能力，在之后的大量研究中，GDNF還被陸續證實，其具有促進多巴胺能神經元再生、修復與營養神經元、調控細胞周期等作用。GDNF的這些特性，使其成為神經科學尤其是神經退行性疾病治療領域中的研究熱點?，F就GDNF對神經系統保護作用的研究進展作一綜述。

1 GDNF及其信號轉導機制

1．1 GDNF及其受體GDNF是由Lin等[1]于1993年發現的由二硫鍵結合的同源二聚體蛋白質，含有134個氨基酸，分子量為33～35 kD，被認為是轉化生長因子(TGF- β)超家族的遠系成員。GDNF在全身各組織中均有表達，尤其在中樞神經系統內分布較廣，如大腦紋狀體、皮層、海馬、脊髓、頭皮[2]上均可檢測到高度表達。研究發現，GDNF具有顯著的提高多巴胺能神經元存活與分化、抑制運動神經元凋亡、修復中樞運動神經元、營養外周神經元、調制細胞間信息等作用[3]。GDNF因自身獨有的營養維持多巴胺能神經元的作用，使其成為近年神經科學領域關注與研究的熱點，在治療帕金森病方面具有較大的研究價值與應用前景。GDNF通過其受體復合體介導其信號通路，從而產生生物學效應。已知其受體主要有GDNF家族受體(GDNF family receptor α，GFRα)與介導受體酪氨酸激酶Ret。其中GFRα是直接與GDNF結合的部分，目前已發現其存在GFRα1～4共4種亞型，而GFRα1是GDNF的主要受體。Ret是一種跨膜蛋白，其胞外有4個鈣黏附分子(CLD1～4)與1個半胱氨酸富集區(CRD)，胞內有酪氨酸激酶區，細胞內外通過跨膜結構域TM相連接[4]。GDNF通過二聚體的形式與受體GFRα結合后觸發其與跨膜蛋白Ret的結合，并引起Ret活化，形成GDNF/GFRα/Ret復合物[5]，從而引起特異性底物磷酸化，介導激活細胞內信號轉導通路。

1．2 GDNF與MAPK/ERK信號通路ERK1/2通路是MAPK信號轉導通路的一部分，是GDNF結合受體后激活介導的細胞內主要轉導信號之一。MAPK/ERK通路的活化順序是：GDNF結合受體形成復合物后激活連接蛋白Shc使其磷酸化，并同Grb2結合，依次活化Ras、Raf、MEK、ERK等蛋白激酶，從而實現基因的表達。佟雷等[6]通過檢測不同ERK表達水平下細胞增殖情況，探討ERK信號轉導通路在新生大鼠海馬神經干細胞增殖中的作用，結果顯示ERK信號轉導通路被抑制后，神經干細胞的增殖能力受到明顯影響，表明ERK信號轉導通路在神經干細胞增殖中起到重要作用。趙宇等[7]的實驗亦表明，MAPKK/MEK- MAPK/ERK信號通路對大鼠神經干細胞的存活、分化、增殖起到重要的作用。另一方面，Raf激酶可被Raf激酶抑制蛋白(Raf kinase inhibitory protein，RKIP)所抑制，從而對MAPK/ERK通路起到負調節的作用，降低GDNF的表達。有研究表明[8]，RKIP能與Raf- 1、MEK- 1及MEK- 2結合，進而抑制Raf- 1介導的MEK磷酸化和MEK/ERK信號通路，同時，蛋白激酶C(PKC)可磷酸化RKIP，使其失去與Raf- 1結合的能力，從而起到抑制MAPK/ERK通路的作用。

1．3 GDNF與PI3K/Akt信號通路GDNF結合受體后介導的PI3K/Akt信號通路也對其基因表達產生影響。在PI3K/Akt信號通路中，PI3K被激活后，在質膜上產生第二信使PIP2，PIP2磷酸化成為PIP3，再由PIP3與細胞內信號蛋白Akt結合，使Akt活化，活化的Akt通過磷酸化作用進一步激活下游的mTOR信號通路，最終實現基因表達。Koh[9]認為，PI3K/Akt信號通路可有效調控內源性神經干細胞的增殖、分化與遷移，并提出該通路在神經干細胞中的適當的激活可能有助于改善腦梗死后遺癥。另一方面，PI3K/Akt信號通路的活性受到抑癌基因PTEN(protein phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten)負調節，該蛋白可通過去磷酸化的方式阻止PIP2轉變為PIP3，從而抑制Akt的活化，抑制PI3K/Akt信號通路。崔曉萍等[10- 11]通過構建干擾轉染觀察神經干細胞增殖情況，探索PI3K/Akt通路對缺血性神經干細胞的增殖作用及PTEN對該信號通路的拮抗作用，結果顯示PI3K/Akt通路的激活能有效促進腦缺血損傷神經干細胞的增殖作用，而PTEN則可抑制該通路，從而影響神經干細胞的增殖。

1．4 GDNF的其他信號轉導機制除上述受體及轉導通路外，研究發現[12- 13]，神經細胞黏附分子(neural cell adhension molecule，NCAM)與整合素integrinβ1也可以介導GDNF的信號跨膜轉導，使其得以不依賴Ret而激活信號通路。這些受體與信號通路都影響著GDNF的基因表達，從而影響其在機體內產生的各類生物學效應。

GDNF的各信號轉導機制與促進其表達的轉錄因子NF- kB或CREB的激活也存在一定關聯，它們共同促使GDNF完成修復受損神經元、促進細胞增殖等一系列功能[14]。Micci[15]實驗發現：神經干細胞通過表達GFRα1受體與Ret受體的形式，與GDNF之間存在正反饋的關聯。GDNF可通過Ret受體激活MAPK信號通路，同時PI3K信號通路亦可被GDNF激活，從而達到促進神經干細胞增殖與分化的目的[16]。

2 GDNF的神經保護作用

2．1 GDNF在帕金森病中的神經保護作用帕金森病(Parkinson’s disease，PD)又名震顫麻痹，是好發于中老年的神經退行性疾病，以運動遲緩、肌強直與震顫為主要臨床表現，其發病機制復雜，目前主要研究認為紋狀體多巴胺缺少致基底節皮質環路影響、乙酰膽堿興奮加強、環境毒物因素等均可能是此病的病因[17]。帕金森病主要的病理改變包括中腦黑質致密部多巴胺能神經元變性丟失及殘存多巴胺能神經元內形成路易小體(Lewy body，LB)；除上述損傷因素外，如膠質細胞- 神經元網絡失衡引起的神經營養因子等保護因素的缺失也是帕金森病的病理機制之一，這些神經營養因子包括腦源性神經生長因子(brain- derived neurophicfactor，BDNF)、神經生長因子(Nerve Growth Factor，NGF)、膠質細胞源性神經營養因子等，其中GDNF與該疾病密切相關。帕金森病的病理生理改變可分為五個階段：第一期，路易小體可在延髓的嗅核中被發現；第二期，損傷進展至腦橋部位；第三期，病變發生至中腦與基底前腦；第四期，病變累及前腦膽堿能神經；第五期，病變蔓延至大腦新皮層。目前帕金森病的治療方法分為藥物治療與手術治療。手術治療擁有術后效果明顯的優勢[18]，但臨床上仍以藥物治療為主。藥物治療無法從發病機制上加以干預，且治療過程可伴隨癥狀波動與劑末惡化等療效減退現象[19]，因而探索帕金森病的治療新對策十分重要。

多項實驗研究表明，GDNF作為神經營養因子中對中腦多巴胺能神經元營養作用最為強大的一種，可通過外源性給予或內源性激發的方式達到帕金森病的治療目的。Zhang等[20]通過對紅景天苷對PD模型小鼠的神經保護作用的研究，發現紅景天苷可介導激活PI3K/Akt/GSK3β通路，從而防止多巴胺能神經元丟失，由此可見PI3K/Akt通路的激活轉導可對多巴胺能神經元起到保護作用。段奎甲等[21]通過對GDNF基因修飾后的神經干細胞移植于PD模型大鼠紋狀體區的治療作用的研究，發現GDNF基因修飾神經干細胞移植組較對照組和GFP基因修飾神經干細胞移植組有明顯的行為改善，且檢測到更多細胞存活，向多巴胺能神經元分化較其他2組都有增加趨勢，推論GDNF基因修飾神經干細胞移植可顯著改善PD大鼠的運動障礙。Deng等[22]通過往PD模型大鼠顱腦內移植穩定過表達GDNF的神經干細胞與胎兒神經干細胞的方式觀察其治療效果，證實GDNF可有效促進多巴胺能神經元在體內的存活與增殖。因此，GDNF不僅可通過激活細胞內信號轉導通路的方式起到保護多巴胺能神經元的作用，還可通過促進神經干細胞的增殖、誘導神經干細胞向多巴胺能神經元分化的方式，起到內源性的神經保護作用，這些對于帕金森病的治療具有十分重要的意義。

2．2 GDNF在缺血性腦血管疾病的神經保護作用除對多巴胺能神經元的保護作用外，GDNF還可修復與營養其他受損神經元，抑制細胞凋亡，并促進神經細胞增殖，因此也被應用于缺血性腦卒中等腦血管疾病的研究與治療。其具體機制大致為：腦缺血可上調GDNF受體GFRα1的表達水平，從而提高周邊缺血區神經元的增殖與再生能力[23]。李文娟等[24]通過動物實驗發現，單用GDNF可顯著改善缺血型腦質周圍白質軟化模型大鼠的腦白質病變，推測GDNF可促進腦補內源性神經再生，并調整內部微環境。陳貴軍等[25]通過觀察對中風后大鼠缺血側腦內GAP- 43水平的表達，發現移植GDNF基因修飾后的神經干細胞可有效提升大鼠腦內GAP- 43表達水平，證實GDNF能促進神經干細胞的增殖，更好地實現神經修復與神經重塑。于紅麗等[26]對局灶性腦缺血后大鼠腦內神經干細胞增殖情況與GDNF的表達變化的相關性進行了實驗與分析，結果表明，GDNF表達增加可能對神經干細胞的增殖與再生起到促進作用，或許可考慮作為缺血性腦疾病的一個治療途徑。

2．3 GDNF對周圍神經疾病的神經保護作用周圍神經病變即原發于周圍神經系統結構與功能損傷的疾病，其發病機制復雜，多數研究認為其與軸突病變致其運輸系統受累有關。該類疾病多因周圍神經的不同部位損傷引發各相應的臨床表現。與在中樞神經系統中相同，GDNF對外周神經系統同樣具有修復、保護作用[27]。研究表明，GDNF的信號轉導有利于軸突的再生，其受體神經細胞黏附分子NCAM參與細胞間黏附與突觸可塑性[28- 29]，可起到促進外周神經元突觸分化與軸突再生的作用，從而起到修復外周神經損傷的作用。尚修超[30]通過實驗將GDNF通過載體傳遞至干細胞，定向誘導后植入周圍神經受損模型，發現植入經GDNF基因誘導的干細胞實驗組各方面檢測指標均較對照組為好，且掃描電鏡下觀察周圍神經再生更加明顯。馮明萌等[31]對坐骨神經損傷后給予GDNF治療時間比較的實驗表明，GDNF對于損傷的坐骨神經亦有良好的修復作用。因而GDNF有望成為周圍神經損傷疾病治療研究的新方向。

3 面臨的問題與展望

多項研究表明，GDNF具有提高多巴胺能神經元存活、抑制運動神經元凋亡、修復中樞運動神經元、營養外周神經元、調制細胞間信息等作用，可有效促進神經干細胞的增殖與定向分化，在神經系統疾病治療上的價值越發為人們所重視。但以往研究發現，外源性給予GDNF治療效果尚不理想，且存在毒性作用、載體移植排斥反應等安全性風險，具一定的局限性[32]，要使GDNF成為一種成熟、有效、安全的臨床治療手段，仍有待進一步研究及反復論證。關于GDNF的根本來源與代謝去處，以及如何調控GDNF的分泌和表達水平，使其安全、高效、穩定地發揮作用，避免對機體的負面影響，都亟待進一步探索與挖掘。對于這些問題的深入研究，有利于增進人們對GDNF的認識，從而更好地利用其生物學特性，更好地為臨床治療服務，實現其廣闊的臨床應用價值。

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10.3969/j.issn.1673- 5110.2017.20.026

本研究受國家衛生和計劃生育委員會科研基金(WKJ- FJ- 38)資助。

△通信作者：蔡晶，教授，醫學博士。研究方向：中西醫結合老年神經系統疾病。Email：caij1@163.com

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1673- 5110(2017)20- 0106- 04

(收稿2017- 02- 22)

關慧