鼠神經生長因子改善認知障礙的研究進展

胡曉蕊，康傳依，王曉紅，程暢，王懷志，盧佳，趙娜，胡建,劉蕾

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院精神科，哈爾濱 150001)

1953年，Levi-Montalcini將一塊小鼠肉瘤組織移植到翅膀被切除的雞胚胎上，結果發現腫瘤組織產生了一種可溶性生長因子，其能誘導附近神經細胞纖維過度生長[1]；1960年，Levi-Montalcini與Cohen合作分離出了該物質，并證明該物質可促進神經節突起生長，因此將其命名為神經生長因子(nerve growth factor，NGF)[2]。Levi-Montalcini和Cohen因發現NGF是使神經元選擇性存活的基礎而獲得諾貝爾獎。NGF在成年雄性小鼠的下頜腺中含量最多，以α2βγ2的7S NGF復合體形式存在，其中僅β亞基有生物學效應，稱為鼠NGF(mouse NGF，mNGF)，也稱β-NGF[3]。mNGF是目前發現最早、研究最清楚的一類神經營養因子，是神經系統非常重要的生物活性分子之一，能促進中樞和外周神經元的生長、發育、分化和成熟，維持交感神經和感覺神經的存活，并加快神經系統損傷后的修復[4]。自NGF發現以來，其對神經系統的作用就備受關注，大量研究表明，mNGF對大腦發育、神經系統損傷的修復和再生起決定作用[5-8]。認知障礙的特征是神經元結構和功能的逐漸喪失，目前尚缺乏特異性治療藥物。mNGF與人NGF同源性達90%[9]，因此mNGF在臨床上的應用越來越廣泛。現就mNGF的理化特性、受體、在神經系統中的功能及其用于認知障礙的研究現狀進行綜述。

1 mNGF概述

1.1mNGF的理化特性 編碼NGF的基因位于第1號染色體近端短臂上，一級結構分為三部分：N端的信號肽序列、N連接糖基化位點的原序列、與生物活性一致的C端序列[4]。在小鼠頜下腺中基因轉錄生成NGF mRNA，翻譯后先合成分子量為130 000的NGF前體蛋白(precursor NGF，proNGF)，proNGF由α-NGF、β-NGF和γ-NGF 3個蛋白形成，由γ-NGF與β-NGF組成的復合物可以處理proNGF N端和C端的Arg殘基，加速形成具有生物學活性的分子量為26 000的成熟mNGF[10]。mNGF是由2條118個氨基酸組成的單鏈通過非共價鍵結合而成的二聚體，沉降系數為2.5 S，比活性≥22.5萬AU/mg[11]。

1.2NGF的受體 NGF的生物學效應直接依賴于其與特定細胞表面受體的初始結合：包括低親和力受體p75神經營養素受體(neurotrophin receptor，NTR)和高親和力受體酪氨酸激酶受體(tyrosine kinase receptor，Trk)A。p75NTR是分子量為75 000的糖蛋白，屬于腫瘤壞死因子受體超家族；而TrkA是分子量為140 000的跨膜酪氨酸激酶受體。p75NTR能與所有NGF結合，但只能起協同作用，NGF只有與高親和力受體結合才能發揮作用。p75NTR的表達是TrkA高親和力位點形成的必要前提，此外p75NTR也可通過TrkA調節信號轉導[12]。p75NTR與NGF結合后抑制了細胞的遷移活性和細胞凋亡，p75NTR還可調節神經遞質逆行轉運、神經軸突生長及神經叢形成等[13]。

Trk包括TrkA、TrkB、TrkC，分別特異性結合NGF、腦源性神經營養因子和神經營養因子-3，TrkB同時也是NT-4/5的配體以及NT-3的第二配體[11]。TrkA是公認的NGF的功能性受體，與NGF結合可促進細胞某些蛋白或酶合成的增加，誘導細胞存活及突觸生長，抑制細胞凋亡[14]。

1.3NGF在神經系統中的功能 NGF在神經系統中主要位于神經元細胞(如神經膠質細胞、星形膠質細胞)的胞體和突觸內，在腦內的含量以海馬中最高，其次是大腦皮質、嗅球、基底前腦、小腦紋狀體等[15]。NGF的生物學效應廣泛，對神經系統的主要作用是：①在胚胎發育期，NGF通過促進神經元分化、控制神經元存活數量、誘導神經纖維定向生長，達到促進神經細胞生長和發育的目的。②正常成熟神經細胞內NGF的水平和分布明顯減少，NGF對成熟神經元主要起營養作用，并維持神經元的正常功能。③病理狀態下，NGF的主要作用是促進神經芽生、抑制神經元死亡、促進神經元功能恢復，達到保護受損神經元的目的，并可促進炎癥反應，從而趨化、再生神經的血管形成[16]。了解NGF的結構與功能為研究神經系統疾病的發病及改善認知障礙奠定了病理生理基礎。

2 mNGF改善認知障礙的臨床應用

認知障礙常起病隱匿，病程呈慢性進行性發展，目前藥物在一定程度上可改善病情，但效果不理想。mNGF是神經保護劑，也是神經營養劑，其用于認知障礙的臨床治療備受關注，其中研究最多、應用最廣的是用于阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)的治療，此外mNGF也對腦梗死、腦出血、小兒腦癱、缺氧缺血性腦損傷(hypoxic-ischemic brain damage,HIBD)所致的認知障礙有改善作用。

2.1mNGF改善AD所致認知障礙 AD主要表現為慢性記憶力減退、語言功能障礙等，直至喪失生活能力，給家庭和社會帶來沉重的負擔。目前用于AD治療的藥物主要是乙酰膽堿酯酶抑制劑、谷氨酸受體拮抗劑、抗氧化劑、金屬螯合劑等，這些藥物的治療效果并不理想，只能改善少數AD初期患者的認知能力[17]。proNGF是一種潛在的疾病生物學標志物，腦脊液中proNGF水平的升高標志著輕度認知障礙的發生及其向AD的過渡[18]。AD發病機制復雜，基底前腦膽堿能神經元在大腦皮質和海馬體有廣泛的投射，推測其在AD中由于投射靶點失去神經營養支持而退化，致使皮質膽堿能神經遞質傳遞功能降低，導致淀粉樣蛋白沉積，最終形成AD[12]。

內源性NGF對基底前腦和海馬的膽堿能神經發育有重要影響[19]。研究表明，膽堿營養神經元功能障礙與TrkA介導的存活信號和proNGF/p75NTR介導的促凋亡信號之間的失衡有關[20]，認知障礙的形成可能與NGF合成、代謝、信號轉導的改變有關。在AD和輕度認知障礙樣本中，TrkA的表達水平較低，而TrkA水平的降低導致更多的proNGF與p75NTR結合，使proNGF的作用從營養神經轉變為促進神經細胞凋亡[21]。TrkA和p75NTR特殊存在于基底膽堿能神經元，這兩種受體與NGF結合后具有促進基底前腦膽堿能神經元再生和神經保護作用[22]，促進膽堿能神經元的存活，增強皮質膽堿能神經的遞質傳遞功能，使膽堿能細胞周圍的NGF有效釋放是治療AD的新策略。另外，NGF可延遲β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)基因的表達和加工，阻止Aβ在海馬中沉積，降低Aβ神經毒性，提高神經遞質含量，改善神經細胞功能，促進腦功能恢復[23]。已有研究表明，在腦神經退行性疾病中NGF的合成及釋放受到影響，而腦內給予NGF可延緩或預防年齡相關疾病(如AD)患者的腦神經元退化，改善患者認知功能[24]。NGF對Aβ誘導的海馬神經元凋亡具有保護作用，可能是治療AD的有潛力的藥物。

2.2mNGF改善腦梗死所致認知障礙 腦卒中繼發的血管性癡呆是僅次于AD的常見癡呆類型。促進損傷神經修復、開放潛在的神經通路、促進神經軸突再生、提高海馬區記憶形成、改善認知功能是腦梗死患者康復治療的根本目標。有證據顯示，大腦皮質區域缺血后，NGF的表達增加[25]，而NGF能促進受損局部神經修復，增強腦組織對缺血缺氧的耐受性。

麥輝等[26]在常規用藥的基礎上給予腦梗死患者mNGF治療，治療4周后美國國立衛生研究院卒中量表評分低于對照組(僅給予常規治療)，而簡易精神狀態檢查量表評分和Fugl-Meyer評定法評分高于對照組。這一結果表明mNGF能有效減輕急性腦梗死患者神經功能缺損程度，改善患者認知功能和肢體運動功能。衣春娜和畢朝暉[27]將135例急性腦梗死患者分為mNGF短療程組、mNGF長療程組和常規治療組，長療程組神經功能評分、簡易精神狀態檢查評分、肢體功能簡式Fugl-Meyer評定法評分的改善程度明顯高于常規治療組和短療程組，短療程組的總有效率與常規治療組比較差異無統計學意義。推測這可能是因為神經元的修復和神經通路的建立是一個緩慢的過程，在此過程中長期持續補充外源性NGF可能更有益，短期內用藥效果非常局限。因此，mNGF除了能促進急性腦梗死患者神經系統功能修復外，還可促進其運動功能和認知功能的恢復，長療程應用效果更佳。mNGF可與其他藥物聯合用于改善腦梗死所致的認知障礙。有研究選取發病48 h內的腦梗死后認知功能障礙患者作為研究對象，在常規治療的基礎上加用mNGF及丹紅注射液治療2周后，簡易精神狀態檢查量表評分高于常規治療組[28]。郗歐等[29]選取卒中后偏癱患者為研究對象，其中對照組給予常規藥物治療+常規康復訓練+頭皮針與體針治療，治療組在對照組基礎上給予mNGF治療，結果發現治療組Fugl-Meyer評定法評分、簡易精神狀態檢查量表評分、生活質量量表評分均高于對照組。因此，可在常規治療的基礎上聯合mNGF治療急性腦梗死所致認知障礙，且長程持續應用mNGF的效果更佳，可提高患者生活質量且安全性較高。

2.3mNGF改善腦出血所致認知障礙 腦出血是常見的嚴重急性腦血管疾病，發病率、致殘率和死亡率均較高,多數幸存者伴有不同程度的語言功能障礙、認知障礙、運動障礙等遠期后遺癥。內科保守治療腦出血可促進腦血腫吸收，但血腫壓迫鄰近腦組織會使神經細胞缺血缺氧，細胞凋亡和壞死，進而導致腦神經功能損傷并影響認知功能，顯著提高腦出血后的致殘率[30]。近年來，mNGF在腦出血所致認知障礙的治療中取得顯著效果。

最近一項研究發現，應用mNGF治療腦出血患者4周后，患者的神經功能顯著改善；治療8周后，患者的行為功能持續改善，表明mNGF可改善急性腦出血患者的神經功能，改善并減少因疾病導致的殘疾，且安全有效[30]。另有研究顯示，mNGF聯合尼莫地平治療新生兒顱內出血具有良好的臨床療效，可較好地恢復神經功能，改善新生兒的運動和認知功能，其機制可能與減輕顱內炎癥反應有關[31]。mNGF改善急性腦出血患者神經損傷的機制可能為mNGF進入中樞神經系統發揮細胞毒拮抗劑作用，抵抗自由基，抑制鈣超載，緩解神經元凋亡，促進神經功能恢復[32]。mNGF可以降低腦鈉肽水平，對腦出血引起的炎癥性損傷有一定的抑制作用，從而保護神經元，改善神經功能[33]。綜上，mNGF治療腦出血可控制水腫范圍，加快血腫消退，且可加快損傷神經元的修復速度、抑制機體炎癥反應，降低神經功能損傷所致殘疾程度，從而提高生活質量。

2.4mNGF改善小兒腦癱所致認知障礙 小兒腦癱是指胎兒或嬰幼兒腦組織未完全發育成熟期間，由于各種原因導致的非進行性腦損傷，臨床表現以中樞性姿勢異常和運動障礙為主，常伴發智力障礙、語言障礙、感知覺障礙以及癲癇等。腦癱患兒的腦損傷程度與腦組織的發育、能量代謝以及腦細胞凋亡程度密切相關[34]。目前小兒腦癱尚無特效治療方法，但由于兒童的神經系統尚未成熟，還處于生長發育期，故對未受損神經細胞的保護顯得尤為重要[35]。

研究表明，采用針刺聯合mNGF治療可有效改善腦癱幼鼠的神經行為能力，抑制神經細胞凋亡，此外腦組織生長相關蛋白43和單羧酸轉運蛋白1的表達升高，促進了腦組織損傷修復和能量代謝[36]。已有研究證實認知功能結局與生長相關蛋白43水平相關[37]，單羧酸轉運蛋白1表達的增加可降低乳酸水平，恢復海馬神經功能，并促進認知功能恢復正常[38]。以上研究提示，mNGF可通過改變能量代謝及蛋白表達量，促進腦癱患兒認知功能的恢復。另有研究顯示，穴位注射mNGF可有效改善腦血流動力學和腦神經物質的代謝，從而顯著改善腦癱患兒運動功能發育[39]。該研究還發現，穴位注射mNGF后，腦癱患兒腦組織中N-乙酰天門冬氨酸/肌酸升高，而膽堿復合物/肌酸和乳酸/肌酸降低[39]。既往研究顯示，有認知功能障礙者海馬N-乙酰天門冬氨酸/肌酸及膽堿復合物/肌酸降低[40]，提示腦功能連接和代謝物的變化可能是導致不同程度認知功能損害的結構基礎。小兒腦癱的腦損傷在一定程度上阻滯了神經細胞的內源性修復和再生，增加了腦損傷的易感性和認知功能紊亂，mNGF可能通過調節腦代謝產物改善腦血流，以改善腦癱患兒的認知功能。綜上，mNGF能減輕腦組織結構發育異常癥狀，提高患兒整體運動功能及智力，mNGF有望成為小兒腦癱的潛在治療靶點。

2.5mNGF改善HIBD所致認知障礙 HIBD主要由圍生期或新生兒期窒息引起，可導致新生兒期死亡或不可逆性腦損傷，如腦癱、癲癇、認知障礙等。迄今為止，尚無針對HIBD的特定補救措施，其是新生兒死亡和致殘的主要原因。HIBD的嚴重程度主要取決于不可逆損傷的致病機制(如神經元凋亡、壞死或持續炎癥)與內源性保護(神經元修復)之間的平衡。以往研究認為，神經細胞一旦受損便不可再生，但現在認為未成熟腦細胞的可塑性較強，給予適當的生長內環境，受損的神經細胞是可再生的[41]。HIBD在缺氧缺血后繼發性功能衰竭之前，存在短暫的腦能量恢復階段，在此階段給予足夠的能量供應，即神經保護治療，可能對HIBD有一定的改善作用。一項研究認為，mNGF對HIBD具有潛在的治療作用，其為HIBD的早期干預提供了新思路[42]。國內研究顯示，亞低溫療法聯合mNGF治療HIBD在新生兒行為神經測定評分、神經反射恢復時間和意識恢復時間、臨床癥狀改善所需時間、智能和運動發展水平改善方面均優于單用亞低溫療法治療，且療效安全[43]。

膠質纖維酸性蛋白是一種由星形膠質細胞產生的骨架蛋白，對于腦損傷后神經元的存活和突觸形成至關重要。一項研究表明，mNGF可促進HIBD海馬中膠質纖維酸性蛋白的表達，且隨著缺氧缺血時間的延長，膠質纖維酸性蛋白表達無下調趨勢，證實了mNGF在HIBD修復中的潛力[44]。mNGF可通過調節海馬神經膠質細胞反應和增強星形膠質細胞增殖參與HIBD的恢復，而海馬與記憶功能密切相關，能夠進一步改善患者的認知功能[44]。

3 展 望

NGF與神經系統發育密切相關，NGF能有效保護基底前腦膽堿能神經元受損導致的神經變性。mNGF已廣泛應用于神經系統疾病(如AD、腦梗死、腦出血、腦癱)所致的認知障礙，并已取得一定的成果，但NGF在預防和改善認知功能障礙方面的臨床應用仍有更廣闊的發展空間，在酒精使用障礙、精神分裂癥、重度抑郁癥和孤獨癥等精神障礙中也可觀察到NGF水平或信號轉導異常，以及由此導致的認知功能障礙[16,45-47]。酒精使用障礙可導致大腦發育和認知功能障礙，乙醇誘導毒性是導致大腦中神經元、神經遞質改變[48]和智力遲鈍的誘因[44]，NGF可能保護乙醇誘導的細胞死亡。研究發現，NGF血漿水平降低與酒精依賴患者認知功能下降相關[45]，提示NGF在預防酒精依賴性患者的神經元損傷方面具有保護作用。綜上所述，mNGF在許多方面具有潛在的應用價值和廣闊的發展前景，未來可能用于精神疾病中認知障礙的治療。