腦損傷后認(rèn)知障礙及神經(jīng)生長因子的腦保護(hù)作用

付小兵

·述評·

腦損傷后認(rèn)知障礙及神經(jīng)生長因子的腦保護(hù)作用

付小兵

付小兵，中國工程院院士，解放軍總醫(yī)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所所長、全軍創(chuàng)傷修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、全軍燒傷研究所副所長兼基礎(chǔ)部主任，創(chuàng)傷外科研究員，博士生導(dǎo)師，南開大學(xué)教授，清華大學(xué)等國內(nèi)6所大學(xué)客座教授。擔(dān)任國際創(chuàng)傷愈合聯(lián)盟(WWHU)執(zhí)委、國家自然科學(xué)基金評委和咨詢委員、國家科技進(jìn)步獎評審專家、軍隊(duì)后勤專用項(xiàng)目評委、國家新藥評委，中華醫(yī)學(xué)會創(chuàng)傷學(xué)分會主任委員以及《國際創(chuàng)傷修復(fù)與再生雜志》、《國際創(chuàng)傷雜志》(IWJ)、《中國科學(xué)》(C輯)以及《中華創(chuàng)傷雜志》、《國際下肢損傷雜志》、《第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)》等國內(nèi)外18家雜志主編、副主編或編委。長期從事創(chuàng)傷修復(fù)與組織再生研究工作，主要領(lǐng)域涉及生長因子生物學(xué)、干細(xì)胞生物學(xué)以及皮膚和內(nèi)臟損傷后的組織修復(fù)等。獲國家973、國家杰出青年科學(xué)基金等25項(xiàng)資助。主編《再生醫(yī)學(xué)-原理與實(shí)踐》、《現(xiàn)代創(chuàng)傷修復(fù)學(xué)》等專著7部，在Lancet和其它國內(nèi)外雜志發(fā)表論文318篇。獲國家和軍隊(duì)二等以上成果21項(xiàng)，其中以第一完成人獲國家科技進(jìn)步二等獎3項(xiàng)。獲“何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎”、“首屆全國百名優(yōu)秀中青年醫(yī)學(xué)科技之星”、“求是”杰出青年獎、工程院“光華青年獎”、國務(wù)院政府特殊津貼、“總后十大杰出青年”、“科技金星”等稱號。

腦損傷后認(rèn)知障礙是常見的神經(jīng)功能損害后遺癥，嚴(yán)重地影響病人的工作和生活，對家庭和社會帶來嚴(yán)重的影響和危害。神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)是臨床上常用的神經(jīng)保護(hù)劑，對認(rèn)知功能損害有明顯的保護(hù)作用，本文就相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行評述。

一、腦損傷與認(rèn)知障礙

從廣義上講，腦的損傷主要包括創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)和卒中。TBI是由于顱腦的機(jī)械性創(chuàng)傷所致，在發(fā)達(dá)國家約2%的人終生飽受TBI所致神經(jīng)功能殘疾的影響，其中有1/4的患者因此而喪失工作能力[1]。TBI既可能直接導(dǎo)致傷者死亡，也可引起傷者運(yùn)動功能缺陷、學(xué)習(xí)及記憶力減退、認(rèn)知障礙等神經(jīng)損害后遺癥[2]。

腦卒中包括缺血性和出血性兩大類，其中缺血性卒中約占80%，出血性(腦內(nèi)自發(fā)性出血和蛛網(wǎng)膜下腔出血)約占20%。無論是缺血性或出血性卒中，都將造成局部腦組織發(fā)生一系列復(fù)雜的病理生理改變，引起神經(jīng)組織的損傷及繼發(fā)性病理損害的級聯(lián)反應(yīng)[2-3]。腦卒中所導(dǎo)致的死亡占全部死亡人群的9%，已成為致死的第三位疾病。腦卒中所致的長期昏迷、偏癱、認(rèn)知障礙等已成為致殘的第一位疾病。

1.TBI與認(rèn)知障礙：有研究證實(shí)TBI與多種神經(jīng)退行性疾病有密切相關(guān)性，包括老年性癡呆(Alzheimer disease，AD)、帕金森病(Parkinson's disease，PD)、脊髓側(cè)索硬化等，其中創(chuàng)傷與AD之間的聯(lián)系最為密切[2]。研究發(fā)現(xiàn)，除了中、重度TBI可引起認(rèn)知障礙外，輕微TBI也可伴隨著年齡增長而最終影響認(rèn)知功能。同時(shí)還有研究發(fā)現(xiàn)，在消除年齡和教育水平方面的差異后，十年之前有過輕微TBI的人群，其在記憶方面的能力明顯低于健康對照組，有TBI病史的患者雙側(cè)的海馬區(qū)組織也明顯小于健康對照組。TBI導(dǎo)致的認(rèn)知功能障礙與腦細(xì)胞損害、神經(jīng)遞質(zhì)異常、炎癥反應(yīng)、自由基氧化損傷等密切相關(guān)。當(dāng)TBI傷及腦實(shí)質(zhì)可直接影響患者的認(rèn)知功能，如額葉區(qū)和海馬區(qū)受損可導(dǎo)致較為嚴(yán)重的認(rèn)知功能障礙[6]。

2.卒中與認(rèn)知障礙：流行病學(xué)研究表明，腦卒中存活患者發(fā)展為認(rèn)知障礙或癡呆的概率高于創(chuàng)傷[2,4]。卒中繼發(fā)的血管性癡呆是僅次于AD的最常見癡呆類型，卒中患者癡呆的發(fā)病率約為31.8%，在這之中有28.4%合并AD，28.9%的患者在首次卒中后合并癡呆。有學(xué)者報(bào)道[3-4]，對453位卒中患者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，3個月內(nèi)發(fā)生癡呆的患者為119人，占26.3%。在這些病人中，57.1%為血管性癡呆，38.7%為AD，剩余的4.2%為其他原因?qū)е碌陌V呆。另有研究顯示，在對50歲以上的卒中患者行3個月的隨訪發(fā)現(xiàn)，癡呆的發(fā)病率為30%，而卒中住院患者有中重度認(rèn)知障礙的發(fā)病率更高，為30.2%。國內(nèi)有學(xué)者研究報(bào)告，卒中后認(rèn)知功能障礙的發(fā)病率約為51.4%～72.5%。

二、認(rèn)知障礙的機(jī)理

1.膽堿能學(xué)說：腦損傷后認(rèn)知障礙的機(jī)制目前尚不清楚，有學(xué)者提出了記憶下降膽堿能學(xué)說。在梗死灶和梗死灶遠(yuǎn)隔區(qū)域中均可發(fā)現(xiàn)彌漫性的神經(jīng)遞質(zhì)紊亂，其中以膽堿能遞質(zhì)缺失最為顯著，尤其是在血管性癡呆和多梗死灶癡呆患者。由于膽堿能在調(diào)節(jié)腦血流和認(rèn)知方面具有重要作用，中風(fēng)患者神經(jīng)遞質(zhì)紊亂確實(shí)存在，并且可以影響認(rèn)知功能[7-8]。也有學(xué)者認(rèn)為卒中導(dǎo)致的認(rèn)知障礙與膽堿能神經(jīng)元丟失有關(guān)。在胚胎發(fā)育的過程中，NGF對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、分化以及突觸連接的形成是必不可少的。對于成熟的神經(jīng)元來說，NGF主要起到保護(hù)和修復(fù)作用。有研究發(fā)現(xiàn)，成熟的中框神經(jīng)系統(tǒng)基底前腦神經(jīng)元(basal forebrain cholinergic neurons，BFCN)對內(nèi)源性的NGF是高度依賴的，并且在BFCN表面TrkA是高度表達(dá)的。根據(jù)BFCN逆行轉(zhuǎn)運(yùn)NGF和AD發(fā)病關(guān)系的研究，認(rèn)為NGF與AD關(guān)系密切[9-10]。BFCN作為NGF最主要的作用靶點(diǎn)，NGF可以協(xié)助該部位膽堿能神經(jīng)元抵抗外界環(huán)境變化和年齡相關(guān)性萎縮。在認(rèn)知障礙患者中，當(dāng)基底前腦處NGF的量減少時(shí)，膽堿能神經(jīng)元丟失。

2.細(xì)胞凋亡：認(rèn)知障礙與神經(jīng)元凋亡有密切關(guān)系。神經(jīng)元作為一種最長壽的細(xì)胞之一，其死亡主要有凋亡和壞死兩種形式。神經(jīng)元凋亡程序的主要啟動分子包括：Apaf-1(凋亡蛋白酶激活因子-1)、Bcl-2家族以及caspase家族蛋白。在一些神經(jīng)退行性變的疾病中，特定蛋白也可以啟動相似的神經(jīng)元凋亡程序，如AD的淀粉樣纖維蛋白(amyloid beta，Aβ)。Aβ沉積會激活小膠質(zhì)細(xì)胞，最終又可導(dǎo)炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生并進(jìn)一步加快Aβ的形成，這些炎癥介質(zhì)主要有TNFα，INFγ，通過PKC和MAPK信號通路，最終可激活caspase，而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[10-11]。

三、NGF與神經(jīng)元凋亡

由Viktor首先描述未成熟神經(jīng)元是否能存活與其所支配的靶器官有關(guān)，隨后提出了NGF的假說。由于NGF含量有限，因此只有建立了正確突觸連接的神經(jīng)元才能生存[12-13]。此假說解釋了神經(jīng)元存活依賴NGF的存在，NGF促進(jìn)神經(jīng)元存活。NGF缺乏可以通過特定的蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)來啟動神經(jīng)元凋亡程序，如PI3K/Akt和MAPK信號傳導(dǎo)途徑。

神經(jīng)營養(yǎng)因子通常是與細(xì)胞表面的Trk受體(包括TrkA、TrkB及TrkC)結(jié)合。NGF與TrkA結(jié)合后，TrkA細(xì)胞質(zhì)的酪氨酸殘基立即被磷酸化。磷酸化的酪氨酸可以成為磷脂酶Cγ、三磷酸肌酸激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)以及調(diào)節(jié)蛋白Shc (RAS通路)的活化靶點(diǎn)，這些信號傳導(dǎo)通路可以介導(dǎo)神經(jīng)元的存活或凋亡。NGF的缺失可以導(dǎo)致持續(xù)而緩慢地c-Jun氨基末端激酶(Jun amino-terminal kinase，JNK)及p38 MAPK活性增加。JNK可調(diào)節(jié)神經(jīng)元凋亡，影響突觸的可塑性和記憶的形成。進(jìn)一步研究表明，JNK可介導(dǎo)軸突退行性變，通過抑制JNK起到一定神經(jīng)保護(hù)作用[13-14]。

四、創(chuàng)傷后認(rèn)知障礙的治療

1.膽堿能療法：腦損傷后認(rèn)知障礙的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，但是目前已經(jīng)廣泛接受的一個事實(shí)是認(rèn)知障礙(包括AD)患者的腦皮質(zhì)存在嚴(yán)重膽堿能缺失，包括膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(acetyltransferase，ChAT)和乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase，AChE)活性改變，同時(shí)還伴有皮質(zhì)和皮質(zhì)下核的膽堿能神經(jīng)纖維丟失。

膽堿能療法的確可以延緩AD患者認(rèn)知能力下降的速度，這也是目前唯一在臨床上得到驗(yàn)證的認(rèn)知障礙的治療方法。一直以來該療法僅對輕中度的AD患者有一定的效果。常用的膽堿能藥物有鹽酸多奈哌齊等。

2.NGF療法：1959和1960年，Levi-Montalcini及Cohen先后分離純化出一種促進(jìn)神經(jīng)生長的可溶性蛋白質(zhì)，并命名為NGF。NGF的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生過程中，需要一些能促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)育、生長和維持其活性的因子，由此開辟了神經(jīng)生物學(xué)的新領(lǐng)域，這兩位學(xué)者因此獲得了1986年度諾貝爾生理學(xué)獎。目前臨床使用的NGF取自小鼠頜下腺。大量基礎(chǔ)及臨床試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，NGF在TBI和腦卒中治療中發(fā)揮重要作用。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)NGF是一種抗淀粉樣蛋白因子，能夠直接調(diào)控淀粉樣蛋白的表達(dá)及其后續(xù)加工。此外，NGF還被證實(shí)在體外和體內(nèi)均具有拮抗創(chuàng)傷誘導(dǎo)的超磷酸化。

在臨床上使用NGF治療AD，將NGF注射入Meynert基底核，顯示NGF可以改善AD的癥狀以及AD所致的腦萎縮[11,15]。Meynert基底核被認(rèn)為是膽堿能神經(jīng)元的主要來源，在AD和PD的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。當(dāng)NGF的精氨酸殘基R100突變?yōu)樯彼嶂?，發(fā)現(xiàn)NGF的疼痛過敏副作用消失，還可以起到神經(jīng)保護(hù)和抗淀粉樣蛋白沉積作用[15-16]。國內(nèi)同樣也有類似的研究證實(shí)NGF可以減輕卒中患者血管性癡呆的癥狀，延緩認(rèn)知功能障礙的發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，NGF與其他特殊類型的大分子蛋白一樣，可以通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用透過血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)。并且在腦組織處于創(chuàng)傷、缺血或缺氧狀態(tài)時(shí)，BBB開放的時(shí)間會延長，可達(dá)3～4周[17]，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)甘露醇可以顯著增加BBB的通透性。因此，在腦損傷急性期，BBB開放的情況下NGF可以通過BBB，發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元，阻止細(xì)胞凋亡和促進(jìn)神經(jīng)重建的作用。

綜上所述，NGF對神經(jīng)元在發(fā)育時(shí)期的生長、分化，以及成年神經(jīng)元的維持是很重要的。創(chuàng)傷后認(rèn)知障礙是一種慢性、進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，NGF能有效的保護(hù)基底前腦膽堿能神經(jīng)元受損導(dǎo)致的神經(jīng)變性，可改善空間記憶，成為了治療認(rèn)知障礙的新的有效途徑。腦損傷為意外傷害，病情重、進(jìn)展迅速。因此需要起效快的NGF，及早阻斷神經(jīng)元凋亡的發(fā)生；同時(shí)，需要半衰期更長的NGF，以最大程度地維持有效治療血藥濃度。要充分利用急性期BBB開放的治療時(shí)間窗，研制蛋白結(jié)合率低、生物利用度高的新NGF，確保更多活性NGF被人體吸收、利用，發(fā)揮更強(qiáng)的腦保護(hù)效果。

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2015-04-03)

(本文編輯：楊藝)

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2015.03.001

100853北京，解放軍總醫(yī)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所

付小兵，Email：fuxiaobing@163.com

付小兵.腦損傷后認(rèn)知障礙及NGF的腦保護(hù)作用[J/CD].中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志,2015,1(3):129-131.