付小兵

·述評·

腦損傷后認知障礙及神經(jīng)生長因子的腦保護作用

付小兵

付小兵，中國工程院院士，解放軍總醫(yī)院基礎醫(yī)學研究所所長、全軍創(chuàng)傷修復重點實驗室主任、全軍燒傷研究所副所長兼基礎部主任，創(chuàng)傷外科研究員，博士生導師，南開大學教授，清華大學等國內(nèi)6所大學客座教授。擔任國際創(chuàng)傷愈合聯(lián)盟(WWHU)執(zhí)委、國家自然科學基金評委和咨詢委員、國家科技進步獎評審專家、軍隊后勤專用項目評委、國家新藥評委，中華醫(yī)學會創(chuàng)傷學分會主任委員以及《國際創(chuàng)傷修復與再生雜志》、《國際創(chuàng)傷雜志》(IWJ)、《中國科學》(C輯)以及《中華創(chuàng)傷雜志》、《國際下肢損傷雜志》、《第三軍醫(yī)大學學報》等國內(nèi)外18家雜志主編、副主編或編委。長期從事創(chuàng)傷修復與組織再生研究工作，主要領(lǐng)域涉及生長因子生物學、干細胞生物學以及皮膚和內(nèi)臟損傷后的組織修復等。獲國家973、國家杰出青年科學基金等25項資助。主編《再生醫(yī)學-原理與實踐》、《現(xiàn)代創(chuàng)傷修復學》等專著7部，在Lancet和其它國內(nèi)外雜志發(fā)表論文318篇。獲國家和軍隊二等以上成果21項，其中以第一完成人獲國家科技進步二等獎3項。獲“何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎”、“首屆全國百名優(yōu)秀中青年醫(yī)學科技之星”、“求是”杰出青年獎、工程院“光華青年獎”、國務院政府特殊津貼、“總后十大杰出青年”、“科技金星”等稱號。

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

一、腦損傷與認知障礙

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是由于顱腦的機械性創(chuàng)傷所致，在發(fā)達國家約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既可能直接導致傷者死亡，也可引起傷者運動功能缺陷、學習及記憶力減退、認知障礙等神經(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[2-3]。腦卒中所導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、認知障礙等已成為致殘的第一位疾病。

1.TBI與認知障礙：有研究證實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可引起認知障礙外，輕微TBI也可伴隨著年齡增長而最終影響認知功能。同時還有研究發(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導致的認知功能障礙與腦細胞損害、神經(jīng)遞質(zhì)異常、炎癥反應、自由基氧化損傷等密切相關(guān)。當TBI傷及腦實質(zhì)可直接影響患者的認知功能，如額葉區(qū)和海馬區(qū)受損可導致較為嚴重的認知功能障礙[6]。

2.卒中與認知障礙：流行病學研究表明，腦卒中存活患者發(fā)展為認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。有學者報道[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知障礙的發(fā)病率更高，為30.2%。國內(nèi)有學者研究報告，卒中后認知功能障礙的發(fā)病率約為51.4%～72.5%。

二、認知障礙的機理

1.膽堿能學說：腦損傷后認知障礙的機制目前尚不清楚，有學者提出了記憶下降膽堿能學說。在梗死灶和梗死灶遠隔區(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)腦血流和認知方面具有重要作用，中風患者神經(jīng)遞質(zhì)紊亂確實存在，并且可以影響認知功能[7-8]。也有學者認為卒中導致的認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主要起到保護和修復作用。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是高度表達的。根據(jù)BFCN逆行轉(zhuǎn)運NGF和AD發(fā)病關(guān)系的研究，認為NGF與AD關(guān)系密切[9-10]。BFCN作為NGF最主要的作用靶點，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。在認知障礙患者中，當基底前腦處NGF的量減少時，膽堿能神經(jīng)元丟失。

2.細胞凋亡：認知障礙與神經(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)細胞，最終又可導炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生并進一步加快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，而誘導細胞凋亡[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)反應來啟動神經(jīng)元凋亡程序，如PI3K/Akt和MAPK信號傳導途徑。

神經(jīng)營養(yǎng)因子通常是與細胞表面的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，這些信號傳導通路可以介導神經(jīng)元的存活或凋亡。NGF的缺失可以導致持續(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。進一步研究表明，JNK可介導軸突退行性變，通過抑制JNK起到一定神經(jīng)保護作用[13-14]。

四、創(chuàng)傷后認知障礙的治療

1.膽堿能療法：腦損傷后認知障礙的發(fā)病機制復雜，但是目前已經(jīng)廣泛接受的一個事實是認知障礙(包括AD)患者的腦皮質(zhì)存在嚴重膽堿能缺失，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患者認知能力下降的速度，這也是目前唯一在臨床上得到驗證的認知障礙的治療方法。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)使人們認識到，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生過程中，需要一些能促進神經(jīng)元發(fā)育、生長和維持其活性的因子，由此開辟了神經(jīng)生物學的新領(lǐng)域，這兩位學者因此獲得了1986年度諾貝爾生理學獎。目前臨床使用的NGF取自小鼠頜下腺。大量基礎及臨床試驗已經(jīng)證實，NGF在TBI和腦卒中治療中發(fā)揮重要作用。體外和體內(nèi)實驗證實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及其后續(xù)加工。此外，NGF還被證實在體外和體內(nèi)均具有拮抗創(chuàng)傷誘導的超磷酸化。

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NGF可以減輕卒中患者血管性癡呆的癥狀，延緩認知功能障礙的發(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，BBB開放的時間會延長，可達3～4周[17]，同時還發(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)揮保護神經(jīng)元，阻止細胞凋亡和促進神經(jīng)重建的作用。

綜上所述，NGF對神經(jīng)元在發(fā)育時期的生長、分化，以及成年神經(jīng)元的維持是很重要的。創(chuàng)傷后認知障礙是一種慢性、進行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，NGF能有效的保護基底前腦膽堿能神經(jīng)元受損導致的神經(jīng)變性，可改善空間記憶，成為了治療認知障礙的新的有效途徑。腦損傷為意外傷害，病情重、進展迅速。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，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)揮更強的腦保護效果。

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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)院基礎醫(yī)學研究所

付小兵，Email：fuxiaobing@163.com

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