神经生长因子与糖尿病周围神经病变

发表者：闫文明人已读

于丽闫文明

摘要：糖尿病周围神经病变(diabetic peripheralneuropathy，DPN)是糖尿病最常见的慢性并发症之一，发生最早，文献报道其发生率为25％～90％不等。DPN可累及感觉神经、运动神经和自主神经，但以感觉神经最为常见[1]。不但引起糖尿病患者的病死率和致残率升高，而且带来了复杂的护理、医疗问题，也是造成糖尿病患者反复住院的主要原因。其发病机制尚未完全明了，但已知并非单一因素所致[2]。近年来糖尿病并发症的临床及实验研究显示：代谢紊乱、血管损害、免疫因素起作用，其中神经生长因子一直占有重要地位[3]。

主题词：神经生长因子；糖尿病周围神经病变

1.引言神经生长因子(nerve growth factor，NGF) 和睫状神经营养因子(cihary neurotrophic factor，CNTF)、胶质细胞源性神经营养因子(glia derived neurotrophic，GDNF)共称为神经营养因子，NGF［4］是20世纪50年代初由Levi．Montalcini R在小鼠肉瘤细胞内发现的第一个神经营养因子，它含3种亚基α，β，γ，相对分子质量为13 000 000 u，通常称为7 sNGF。NGF是一种多肽物质，是神经营养因子家族中发现最早、研究最深的一类生长因子，主要存在于交感神经元及部分感觉神经元所分布的靶区域内的细胞组织内，其生物学活性主要是维持交感神经和感觉神经的功能。能诱导神经递质的合成，蛋白磷酸化、甲基化以及类似ras一蛋白的基因表达所需酶的合成，能有选择的营养交感神经节神经元和周围神经系统的小纤维感觉神经元[5]。神经生长因子的成熟蛋白质呈碱性．由相应的前体裂解而成，约有120个氨基酸，其中约50％的氨基酸具有同源性，都有6个绝对保守的半胱氨酸残基．形成3个二硫键，这些半胱氨酸残基的侧翼序列是分子中最保守的区域 (图1)。

2. NGF基因结构特征 NGF在1952年被发现，1973年分析并得出NGF的氨基酸序列。NGF的基因定位于lP21．P22，l。基因结构特征：有较大前体，起始密码子之后约18个氨基酸的信号肽，前体结构中的最后4个氨基酸具有“Arg—X一碱性氨基酸残基一Arg”结构，是典型的蛋白酶切割位点；成熟蛋白前的一8—9处残基为一个N糖基化位点，基因家族，使之表选，产生多种转录调节因子。这些转录调节因子又可调节其他基因的表达，引起蛋白质的合成增多、细胞体积增太、间质细胞增殖、细胞分化等，从而发挥生长因子的作用。

3.神经生长因子受体及其作用机制生长因子是通过Ras—MAPK受体酪氨酸蛋白激酶信号传递模式来实现从细胞膜到细胞核的信息传递而引起细胞应答效应的。其中NTEs生物效应的第一步是与效应细胞膜特异性受体结合．启动细胞信号传导。NGF在大脑和外周组织表达水平在各部位差别不大，但在雄性小鼠颌下腺表达水平较高。神经生长因子通过与反应神经元细胞表面受体结合而起作用，在调节生物功能上有重要意义。神经生长因子(NGF)是NTs的原型蛋白，根据神经生长因子受体(NGFR)与NGF的亲和力的大小[6]，可以分为高亲和力受体(high—affinity neurotrophin receptort HANR)和低亲和力受体 (10w-8mnity neurotrophin receptor，LANR)。两类受体主要表现在亲和力、稳定性、分布和生物学功能等方面有所不同。

3.1高亲和受体是酪氨酸激酶原癌基因(tyrosine kinase pro—tooncogene，prototrk)编码的酪氨酸蛋白激酶，分子量为120～160 kD的单跨膜糖蛋白，称为trk受体。高亲和力受体的平衡结合常数(Kd)． 10．0～11．0 mol／L，解离速度慢(T1/2约30 min)；不易为胰蛋白酶水解，不溶于tritonX一100，主要分布在效应神经元的胞膜上，它介导的功能包括促进某些蛋白或酶合成的增加，诱导突起生长等。Trks包括TrkA、TrkB及TrkC，trkA型，TrkA是NGF的受体，NGFR产生于背根神经节(DRG)，运输至轴突末端与NGF结合。trkA型NGFR下降导致NGF轴突末端的摄取和轴突运输下降，引起神经营养支持下降，导致轴突不能有效再生，而与p75NGFR无关。trkA型细胞膜外结构包括独特的IgG—C2区及富含半胱氨酸、亮氨酸的重复结构，膜内结构为酪氨酸激酶及短的C末端。TrkA分布于感觉、交感神经元、纹状体及大鼠前脑基部的胆碱能神经元等， Trks的lgG—C2区是NT的结合位点，为结晶状结构，它的氨基酸排列顺序就决定了不同的trk受体的特异性及与不同的生长因子的亲和力大小不同；神经生长因子的生物学效应主要由高亲和力受体介导，使其表达具有明显的阶段特异性和组织特异性。其胞浆酪氨酸激酶活性区即为胰岛素受体酪氨酸激酶，当生长因子与其特异性受体结合后，即可促使受体募集，形成多聚体，受体酪氨酸激酶即被激活，催化受体自身特定序列的酪氨酸残基磷酸化。磷酸化的酪氨酸残基及两端的短序列即可与胞浆中的具有Sre同源性结构域的信息传递分子特异性识别并结合，广泛连接多种信号成分，激活不同的信息传递途径。

3.2 低亲和力p75型NGFR产生于雪旺细胞(SC)，是分子量为75 kD的糖蛋白，神经生长因子家族成员均能与之结合。p75型受体的Kd为10．0～9．0 mol／L。解离速度快(T1/2约10 s)．较易受胰蛋白酶破坏，溶于tritonX一100，在效应神经元和非神经元细胞均有分布，可能与某些氨基酸的摄取、刺激肥大细胞脱颗粒释放组胺等功能有关。其胞外结构区与肿瘤坏死因子受体的结构相同，胞浆结构区具有Ⅱmr结构，是死亡信号区(图2)。实验证明：在无trk受体存在时，P”m有促进细胞凋亡的作用：在trk受体存在时，P” m偶参与高亲合位点的形成，并增强trk受体对神经生长因子家族成员的特异性。

4.神经生长因子的信号转导途径 [7]NGF可激活两种不同类型的受体——酪氨酸激酶的家族和肿瘤坏死因子受体超家族中的p75~\\"R。NGF激活这两种受体后能启动许多复杂的信号转导通路。从而发挥生物效应。

4.2 Trk的信号转导 Trk经Ras途径介导神经元存活。在NGF介导的存活中，第一个被激活的信号转导蛋白是小GTP结合蛋白Ras。NGF对发育阶段及培养的交感神经元和感觉神经元有明显的促存活作用，其存活均依赖于一定浓度的NGF的持续存在。抑制Ras活性能够阻止大部分交感神经元存活。在缺乏NTs时，去除Ras调节抑制因子NF-1(neurofibromatosis．1)能够使培养的周围神经元存活。在NGF依赖的神经元存活中Ras不是直接起作用，而是经过转化和介导NTs起动的多个信号转导途径，主要包括PI．3K／PKB和MEK／MAPK[8] 。Ras／PI一3K／PKB抑制凋亡蛋白的产生及其活性；MEK／MAPK激活抗凋亡蛋白促进存活。

4.3 p75NTa信号转导 p75NTR是最早分离出的NTs受体，是p75NTR／Fas／TNFRl家族的成员。但对其生理功能及信号转导途径的认识还不是很清楚。目前研究发现，当p75NTR与NTs结合形成p75NTR同源二聚体后，可连接多种信号转导蛋白，包括TRAF2／4，TRAF6，NRAGE，SC一1，NRIF和RhoA，它们能够调节细胞存活、细胞周期和轴突生长；p75NTR在多数情况下是配体激活的凋亡受体，能激活凋亡信号转导途径JKN一053一Bax和细胞死亡蛋白如NRFIF。p75NTR通过激活NF—KB加强Trk的活性(图2)。Trk通过Ras和PI一3K／PKB抑制JNK—p53一Bax途径中的JNK，或抑制死亡蛋白Forkhead。p75NTR通过神经酰胺抑制PKB和Raf活性而抑制Trk介导的存活和生长。做Trk和p75NTR之间的相互作用在神经系统的发育和损伤后修复中有重要的决定作用。p75NTR的主要生物学效应包括①对神经元生长的调节。②促进神经元存活。③诱导神经元凋亡。

5 NGF的生物合成和作用 NGF是能够促进神经细胞存活、生长、分化的一类蛋白质因子，它由敏感神经元的靶组织释放，与特殊受体结合通过逆向轴索转运进入细胞体，具有引起神经元形态学差异，加强神经再生，刺激神经递质表达等生理特征[8]。神经营养因子不仅可减少神经变性阻止疾病进程，而且还具有刺激轴突生长、促进再生的功能。神经营养因子极有可能成为将来治疗神经损伤和神经系统疾病的重要手段[9]。离体实验证明，神经生长因子对神经嵴来源的背根神经节均有支持存活和促进突起的生长作用，国内学者刘京升等{10}在对外周神经再生的研究也已证实。 NGF对周围神经也有明显的保护作用，对感觉神经元也有很好的神经营养作用。Dyck等{11}研究表明，通过NGF的应用能够预防、稳定或改善较小纤维神经病变引起的缺损和症状，并可降低热、痛阈值。NGF作为多肽生长因子网络中的一员，在炎症反应、组织损伤修复、促进伤口愈合及急性迟发型超敏反应中发挥作用。

6.NGF的研究在患糖尿病时，NGF缺乏或减少，使逆向运输至神经元的神经生长因子减少，损伤对其敏感的神经元。故近期有人认为神经的修复是一个耗能过程，除缺血影响其修复外，神经生长因子缺乏也是影响其修复的重要因素[12]。若给予补充神经生长因子则可促进神经再生，改善神经传导速度。这些因子的合成、分泌和代谢障碍是糖尿病神经病变的发病原因之一。近年来神经生长因子在糖尿病神经病变的发生和治疗中倍受重视。已证实成人Schwann细胞也能制造神经生长因子并在神经元的发育过程中表达生长因子受体的作用。高血糖-山梨醇相关的Schwann细胞损害，均使NGF合成减少，影响基因表达调控，神经微丝、微管mRNA水平下降而合成减少，最终导致神经轴索营养障碍，再生受损，严重则纤维萎缩、脱落｛13｝。

Rask｛14｝报道，有人在糖尿病动物实验中发现，足皮肤和骨骼肌中内生神经生长因子水平随着病程进展而逐步降低，并且随着糖尿病病程的进展，在不同的组织中神经生长因子mRNA水平进行性下降，尤其在小腿肌肉和坐骨神经，糖尿病早期即显示神经mRNA水平降低。

研究发现链脲菌素致糖尿病鼠的神经生长因子水平在靶组织中增高，在坐骨神经和交感神经节中降低，提示神经生长因子逆向轴索运输被损害不利于神经再生。P物质和降钙素相关基因肽是感觉神经介质，又称肽递质，Apfel等发现链脲菌素致糖尿病鼠背根神经节中的P物质和降钙素相关基因肽水平大约下降30％，与Femyhough等在坐骨神经内的发现一致，给予神经生长因子后肽类水平升高。上述报道显示，神经生长因子与糖尿病周围神经病变的发生机制有关。重组人神经生长因子是唯一一种被用于临床试验治疗糖尿病周围神经病变的神经营养因子，其第1期临床试验已经完成，结果令人鼓舞[15]。神经元和胶质细胞均可产生NGF，NGF对基底前脑胆碱能神经元具有重要的营养功能，NGF主要通过调节钙离子平衡及对抗自由基的作用发挥其对神经元的保护功能。NGF对周围神经有明显的保护作用，对感觉神经元也有很好的神经营养作用。Dyck等研究表明，通过NGF的应用能够预防、稳定或改善较小纤维神经病变引起的缺损和症状，并可降低热、痛阈值[16]。NGF作为多肽生长因子网络中的一员，在炎症反应、组织损伤修复、促进伤口愈合及急性迟发型超敏反应中发挥作用[171，[18]。

7展望随着对NGF作用机制的阐明以及其来源、制剂、给药途径、疾病动物模型、临床试验、疗效评估等系统的深入研究及对不同给药途径的药动学与生物有效度；提高神经营养因子对治疗靶细胞作用的特异性摸索。NGF作为药物应用于临床疾病的治疗展现出良好的应用前景[19]。

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