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關(guān)鍵詞： 中樞神經(jīng)再生 營(yíng)養(yǎng)因子 抑制因子 進(jìn)展
神經(jīng)元的發(fā)育和再生是神經(jīng)科學(xué)令人關(guān)注的研究領(lǐng)域。19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)低等脊椎動(dòng)物如魚類和兩棲類的中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)（peripheral nervous system,PNS）損傷后都能再生。然而在哺乳動(dòng)物中，只有外周神經(jīng)系統(tǒng)損傷后可以再生，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system,CNS）則不能。自從Cajal(1928)斷言哺乳動(dòng)物的CNS沒有再生能力以來(lái)，該領(lǐng)域的研究雖取得許多成果，但一直無(wú)重大突破。直至八十年代初Aguayo等發(fā)現(xiàn)[1-3]，體外實(shí)驗(yàn)中樞神經(jīng)可以再生，體內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的軸突不能再生的原因可能為環(huán)境因素和抑制因素的限制所致，從此該領(lǐng)域的研究取得一些突破性成果。特別是近十年來(lái)的研究工作使人確信，提供適當(dāng)條件后CNS也是能夠再生的。本文對(duì)近年來(lái)在中樞神經(jīng)再生方面的研究進(jìn)展做一綜述。
1 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（NTFs）
近20多年來(lái)，相繼發(fā)現(xiàn)了促使神經(jīng)元存活和生長(zhǎng)的多種營(yíng)養(yǎng)因子[4-6]，包括神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（CNTF）、腦源的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3（NT-3）及視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞誘向因子（RGNTF）等。
1.1神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF） Levi Montalcini（1952）發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF），揭示神經(jīng)生長(zhǎng)的必要條件，為神經(jīng)科學(xué)開拓出嶄新的領(lǐng)域。由小鼠頜下腺提取的NGF，分子量為140KD，在機(jī)體組織器官（包括腦）有廣泛的分布。其生物效應(yīng)是維持和促進(jìn)發(fā)育中的交感神經(jīng)細(xì)胞及來(lái)自神經(jīng)嵴的感覺神經(jīng)細(xì)胞的存活、分化、成熟以及執(zhí)行其功能。給新生動(dòng)物注入抗NGF抗體將使交感神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生永久性的損害，其損害程度與動(dòng)物的日齡成反比；將NGF注入新生大鼠隔區(qū)、海馬和新皮質(zhì)，這些腦區(qū)膽堿能神經(jīng)元的CAMP活性明顯升高，膽堿乙酰酶活性增高2倍，表明NGF對(duì)腦細(xì)胞的正常發(fā)育和功能維持有明顯作用。對(duì)NGF的反應(yīng)隨神經(jīng)元培養(yǎng)日齡的增加而減弱。與老齡細(xì)胞NGF受體減少有關(guān)。更為突出的是NGF對(duì)軸突生長(zhǎng)方向具有決定性的誘導(dǎo)作用。如連續(xù)7-10天給新生大鼠腦內(nèi)注入NGF，交感神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)纖維將通過(guò)背根節(jié)進(jìn)入脊髓，并向注入NGF的腦干方向生長(zhǎng)。此外，NGF具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元前體細(xì)胞增殖和分化的作用[7]。
1.2睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（CNTF） 睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（CNTF）最初是自雞胚眼球脈絡(luò)膜、睫狀體和虹膜，隨后自成年大鼠及兔坐骨神經(jīng)中分離提取的分子量為20-24KD的酸性蛋白質(zhì)，因能促進(jìn)體外培養(yǎng)的雞胚副交感睫狀節(jié)神經(jīng)原存活而命名[8]。許多研究表明[9～10]，CNTF能支持多種類型神經(jīng)元存活（如副交感神經(jīng)元、交感節(jié)前、后神經(jīng)元、感覺神經(jīng)元、脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元等），抑制雞胚交感神經(jīng)元的增殖，并促使其向膽堿能分化[11]。盡管CNTF在體內(nèi)外研究中具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，但其在體內(nèi)卻僅存在于周圍神經(jīng)的Schwann細(xì)胞和中樞神經(jīng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞的，軸突及髓鞘中不存在。在病理?xiàng)l件下，CNTF對(duì)保護(hù)神經(jīng)元免于在軸突切斷后變性壞死可能有很大影響。
1.3腦源的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF） 腦源的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）是由豬腦提取液中獲得的一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，為分子量12.3KD的堿性蛋白。其氨基酸序列55%-60%與NGF、NT-3同源。它不但對(duì)多種神經(jīng)元的發(fā)育分化和生長(zhǎng)再生具有維持和促進(jìn)作用，也能挽救損傷的脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和感覺神經(jīng)元。將胚胎脊髓植入成鼠脊髓后，對(duì)BDNF的變化作原位斑點(diǎn)分子雜交。術(shù)后15天移植物仍呈現(xiàn)很強(qiáng)的分子雜交反應(yīng)，而未經(jīng)移植的成鼠脊髓損傷7天后雜交反應(yīng)強(qiáng)度下降。損傷神經(jīng)再生持續(xù)的時(shí)間延長(zhǎng)，正常情況下再生非常有限的脊髓神經(jīng)纖維向移植方向迅速延伸，提示BDNF為損傷神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)。目前，國(guó)外已開始試用腦內(nèi)注射BDNF治療某些神經(jīng)系統(tǒng)疾�。ㄈ鏟arkinson病、肌萎縮側(cè)索硬化癥等），其治療有一定效果，但由于大規(guī)模生產(chǎn)和用藥途徑等問題未得到解決，目前還不能真正應(yīng)用于臨床[12-14]。
1.4 其他神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 此外，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3（NT-3）為分子量13.6KD的蛋白，對(duì)雞背根節(jié)、三叉神經(jīng)節(jié)部分神經(jīng)原和交感神經(jīng)節(jié)有生物學(xué)效應(yīng)。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞誘向因子（RGNTF）為30KD的蛋白，具有支持和促進(jìn)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活和生長(zhǎng)作用，同時(shí)對(duì)其突起有明顯的誘導(dǎo)作用。研究中發(fā)現(xiàn)，RGNTF能使培養(yǎng)的新生大鼠視網(wǎng)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞存活增加12倍，RGNTF單克隆抗體對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)活性的抑制達(dá)70%。進(jìn)一步研究表明，出生后RGNTF主要由上丘的神經(jīng)細(xì)胞合成，并隨年齡的增長(zhǎng)而減少[15，16]。
現(xiàn)認(rèn)為，PNS的髓鞘是施旺細(xì)胞（Schwann cell），可產(chǎn)生神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，促進(jìn)PNS軸突生長(zhǎng)；但CNS的髓鞘是少突膠質(zhì)細(xì)胞（oligodendrocyte），產(chǎn)生神經(jīng)生長(zhǎng)抑制因子（neurites growth inhibitor），不利于CNS軸突的再生。如果一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞在軸突損傷后能存活下來(lái)，還必須通過(guò)某些機(jī)制使軸突延長(zhǎng)并與相應(yīng)的靶器官重建聯(lián)系，在CNS中軸突通常缺乏這種能力。以往都認(rèn)為是缺乏再生的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子所致，但新的觀點(diǎn)認(rèn)為，CNS中存在神經(jīng)生長(zhǎng)抑制因子，該方面的發(fā)展為研究中樞神經(jīng)再生開辟了新途徑。
2 神經(jīng)生長(zhǎng)抑制因子（NGI）
現(xiàn)普遍認(rèn)為，在CNS的神經(jīng)生長(zhǎng)、再生時(shí)，引導(dǎo)軸突向靶器官生長(zhǎng)延伸過(guò)程中存在4種信號(hào)類型：由神經(jīng)細(xì)胞表面分子所產(chǎn)生的超短距離作用的排斥因子和吸引因子；可擴(kuò)散的超長(zhǎng)距離作用的化學(xué)排斥因子（chemorepellents）和化學(xué)吸引因子（chemoattctants）[17，18]。
上述吸引因子和排斥因子對(duì)于引導(dǎo)軸突延伸起著同等重要的作用。Raper等認(rèn)為，分子的短距離作用是通過(guò)軸突對(duì)細(xì)胞的粘附和接觸而發(fā)生作用[19]。 tessier-Lavigne研究組在1994年發(fā)現(xiàn)了netrin-1[20]，這一因子是神經(jīng)靶細(xì)胞釋放的吸引相應(yīng)軸突的一種蛋白。這是幾十年來(lái)所發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)起化學(xué)吸引作用的因子。
2.1Collapsin/Semaphorin 隨后相繼發(fā)現(xiàn)了一些發(fā)育中的神經(jīng)細(xì)胞分泌的化學(xué)排斥因子。Raper研究組的羅氏和Tessier-Lavigne研究組分別發(fā)現(xiàn)了化學(xué)排斥因子Collapsin-1/SemaphorinⅢ[18,21],二者結(jié)構(gòu)相似，作用相同，可特異性引起軸突冠（growth cone）萎縮，并抑制軸突延伸，因此起了抑制軸突生長(zhǎng)延伸的作用和排斥性引導(dǎo)作用。所謂排斥性引導(dǎo)是指對(duì)不同的神經(jīng)元作用不同，其抑制性作用有特異性，能特異性阻斷某種神經(jīng)元軸突的生長(zhǎng)，而對(duì)其他某些神經(jīng)元軸突的生長(zhǎng)無(wú)抑制作用。結(jié)果表現(xiàn)為一些特定的神經(jīng)元的軸突生長(zhǎng)受到抑制和排斥作用，而另一些未受抑制和排斥作用的神經(jīng)元的軸突可按一定方面生長(zhǎng)，從而起了排斥性引導(dǎo)作用。Collapsin-1來(lái)源于雞的腦組織，為分子量100KD的分泌型糖蛋白，經(jīng)靜電作用與細(xì)胞膜結(jié)合，具有高度活性。體外實(shí)驗(yàn)在濃度為10pm就可引起背根神經(jīng)節(jié)（DRG）的生長(zhǎng)冠萎縮。其mRNA主要分布在脊髓腹側(cè)[22]。對(duì)DRG的皮膚感覺支軸突有抑制作用，而對(duì)肌支無(wú)活性作用[23]。Collapsin-1存在于各種動(dòng)物中，雞與人的Collapsin-1有90%的氨基酸序列相同，提示有相同功能�，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有多種來(lái)源于雞的Collapsin分子，相互間在結(jié)構(gòu)上約有50%氨基酸序列相同，其抑制作用有特異性，Collapsin-1僅作用于DRG，而Collapsin-3僅作用交感神經(jīng)節(jié)，其它Collapsin分子的作用尚不明確[24]。
2.2 Collapsin/Semaphorin的受體和抗體 1997年已分別由Tessier-Lavigne研究組和Ginty研究組報(bào)道發(fā)現(xiàn)了semaphorinⅢ的受體—Neuropilin[25，26]，一種膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，存在于包括DRG神經(jīng)元和脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)無(wú)在內(nèi)的多種神經(jīng)元上，抗Neuropilin抗體可阻斷Semaphorin-Ⅲ的排斥作用[25]。另外，Raper研究組也發(fā)現(xiàn)了Collapsin-1的抗體。目前，已發(fā)現(xiàn)Semaphorin/collapsin族含有多種因子[24]。不同的因子特異地作用于相應(yīng)的神經(jīng)元，關(guān)于已發(fā)現(xiàn)的抑制因子及其受體作用、分布，新因子的發(fā)現(xiàn)及作用的研究還需深入進(jìn)行。至于多種抑制因子之間、抑制因子與營(yíng)養(yǎng)因子有無(wú)相互聯(lián)系及聯(lián)系方式，抑制因子的基因調(diào)控及其臨床應(yīng)用前景、CNS損傷后能否重建神經(jīng)發(fā)育的內(nèi)環(huán)境等，以上問題的探討將是未來(lái)非常有意義的工作。
最近Oorshot DE的研究表明[27]：提供一定的外界環(huán)境條件下，哺乳動(dòng)物CNS神經(jīng)纖維在損傷后可以再生。曾有學(xué)者將外周神經(jīng)移植到中樞神經(jīng)損傷區(qū)，觀察到中樞神經(jīng)的再生纖維在外周神經(jīng)移植物中延伸相當(dāng)長(zhǎng)的距離。但若預(yù)先破壞移植的外周神經(jīng)的Schwann細(xì)胞，損傷的軸突則不能長(zhǎng)入外周神經(jīng)移植物中，提示Schwann細(xì)胞分泌對(duì)CNS再生有促進(jìn)作用的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子[28]。再生纖維進(jìn)入CNS靶區(qū)后生長(zhǎng)再次受阻，往往不超過(guò)1mm。以前學(xué)者多主張施用神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子以促進(jìn)其生長(zhǎng)，將來(lái)也可以施用生長(zhǎng)抑制因子的抗體來(lái)阻斷抑制因子的作用，促進(jìn)CNS再生。
總之，近年的研究已預(yù)示CNS再生不再是不可能的。這方面的研究已成為新的熱點(diǎn)，相信中樞神經(jīng)損傷后的再生治療將為期不遠(yuǎn)。
參考文獻(xiàn)
Richardson PM,McGuimess UM,Aguayo AJ,Nature,1980,184;264
Aguayo AJ,Benfey M,David S,Birth-De-fects-Orig-Artic -Ser,1983,19:327
Benfey M,Augayo AJ,Jature ,1982,296:150
Barde YA,Prog Clin Biol Res,1994,390:45
Jelsma TN,Aguayo AJ,Curr Opin Neurobiol,1994,4:717
Sendtner M,Carroll P,Holtmann B,et al.J Neurobiol,1994,25:1436:
韓濟(jì)生編，神經(jīng)科學(xué)綱要，第1版，1993，797
Manthorpe .M,Skaper SD,Adler R,et al.J Neurochem,1980,34:69
Gupta SK,Altares M,Benoit R,et al.J Neurochem,1992,23:481
Ip NY,Yancopoulous GD,Prog Growth Factor Res,1992;4:139
Saadat S,Sendtner M,Rohree H,J,cell Biol,1989,108:1087
Yurek DM,Lu W,Hipkens S et al.Exp Neurol,1996,137:105
Diener PS,Bregman BS,Neuroreport,1994,5:1913
李兵倉(cāng)，王正國(guó)，朱佩芳，等。中華醫(yī)學(xué)雜志，1997，77：517
周明華，任峰，趙麗萍，實(shí)驗(yàn)生物學(xué)報(bào)，1991；24：293
周明華，趙麗萍，任麟孫，中國(guó)科學(xué)，1991,B1:50
Fitzgerald M,Kwiat GC,Middleton J,et al..Development,1993,117:1377
Messersmith EK,Leonardo ED,Shatz CJ et al.Neuron,1995,14:949
Ivins JK,Raper JA,Pittman RN,J Neurosci,1991,11:1597
Serafini T,Kennedy TE,Galko MJ,et al.Cell,1994,78:409
Luo Y,Raible D,Raper JA,Cell 1993,75:217
Shepherd I,Luo Y,Raper JA,et al.Dev Biol,1996,173:185
Serafini T,Kennedy TE,Galko MJ,et al.Cell ,1994,78:409
Luo Y,Shepherd I,Li J,et al.Neuron,1995 Jun,14:1131
He Z,Tessier Lavigne M,Cell ,1997,90:739
Kolokin AL,Levengood DV,Rowe EG,et al.Cell ,1997,90:753
Oorschot DE,Jones DG,Adv-Anat-Em-bryol-Cell-Biol,1990,119:1
Aguayo AJ,Bray GM,Rasiminsky M,et al.J Exp Biology,1990,153:199
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