神经营养因子与脊髓损伤的基因治疗.pdf

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1、中国康复医学杂志2009年第24卷，第4期 38l神经营养因子与脊髓损伤的基因治疗席绍松-刘维钢-黄瑾在20世纪80年代以前人们普遍认为中枢神经系统(cenIm ner啪us s，stem，CNS)损伤后不具备再生的能力，所以脑和脊髓损伤一直是临床最难处理的问题之一现在认为CNS再生困难的主要原因并不是神经元本身的问题而是受损CNS内缺乏适合神经元轴突冉生的微环境。其中脊髓损伤处缺乏神经营养因子类物质被认为是脊髓损伤后神经再生失败的主要原因。，因为没有神经营养因子的支持。大部分被切断的神经元轴突甚至其胞体将逐渐溃变：没有神经营养因子的支持和诱导被切断的轴突更无法进行再生越来越多的研究表明中枢神

2、经系统损伤后局部神经细胞中某些神经营养因子(neumtmphic矗比to塔，NTFs)的表达上iIj4有益于损伤轴突的再生1111脊髓损伤病理生理机制脊髓损伤(spinal cord inju珂，SCI)后经历原发性损伤和继发性损伤的序贯过程造成不同程度的神经元和胶质细胞的坏死、凋亡。轴突的断裂、脱髓鞘。脊髓的继发性损伤是导致感觉和运动功能丧失的主要原因12J。SCI后修复面临的主要问题是：脊髓窄洞、胶质瘢痕构成阻碍轴突生长的机械屏障【3l；原发和继发的神经元凋亡，使脊髓缺乏自我修复能力；神经营养因子缺乏【41；损伤局部存在抑制轴突再生的因素如No印、髓磷脂相关糖蛋白等l目。由此，改善脊髓损伤

3、处的微环境已经成为当前研究的热点2神经营养因子与脊髓损伤的基因治疗基因治疗脊髓损伤既不存在胎儿神经组织移植的组织来源问题又比外周神经组织移植引起的排异性低是目前脊髓损伤治疗中最有前途的方法基闪治疗基本原理是利用转基因技术r物理、化学或生物)，将某种特定的目的基因(重组DNAl转移到体内使其在体内表达的基凶产物发挥生物学活性。目前对SCI进行转基因研究所选择的目的基因主要是以神经生长因子(nerve异mwth厶lctor，NGD为代表的NTFs。NTFs是一组由神经元、神经胶质细胞及神经支配靶组织产生的神经营养多肽，是能促进和维持神经元生长、生存、分化的特异蛋白分子并能支持受损中枢神经系统神经元

4、的存活。表达神经递质合成的关键酶，其效应主要南高亲和力受体trk和低亲和力受体p75NGFR介导。神经营养凶子分两类，一类是神经营养素家族包括NGF、脑源性神经生长因子(BDNF)、神经营养素一3(NT一3)、神经营养素-4，5(NT45)和神经营养索一6(NT“)等：另一类是睫状体神经营养冈子(CN盯)。其他还有胶质细胞源性神经营养凶子GDNF、aFGF、bFCFIGF，EGF、PDNF、IL1IL一6以及酪氨酸磷酸酶受体样物质(RPl旧)和生长相关蛋白GAP等嘲。近年来，对可塑性相关候选基因15(CPCI5)，即neuri“n基冈产品的不断深入研综述发和利用提示neuritin是神经活动和

5、NTFs发挥作用的共同下游因子与神经口，翅性密切相关。21神经生长因子NGF是最早发现的神经营养因子。早期的研究证实NGF广泛分布于周围组织、外周神经系统和中枢神经系统。主要作用于神经嵴起源的发育中的感觉神经元和交感神经元及前脑基底部某些胆碱能神经元具有维持细胞存活与发育及促进神经细胞突起向NGF浓度高的方向生长两大类生物效应。它是最具感觉神经元营养活性的冈子能诱导感觉神经元和去甲肾上腺素能神经元纤维延伸使局部运动神经元纤维发芽。，NGF无论对外周神经元还是对中枢神经元都有维持其存活和促进牛长的作用近年来对NGF受体的实验研究证实脊髓损伤后脊髓背根神经节中NGF mRNA表达增高而且这种增高可

6、能同感觉神经元的损伤呈正相关用脊髓损伤后给予外源性NGF试验表明。可明屁促进正常脊髓前角神经元重新表达NGFR。并见神经元的胞体增大嘲。22 脑源性神经生长因子(b蹦nderived neurotmphic factor，BDNF)BDNF最具运动神经元营养活性。对多种感觉神经元、胆碱能神经元、多巴胺能神经元及1一氨基丁酸能神经元的发育分化与生长再生具有维持和促进作用。BDNF町调节神经元的生长和存活主要作用于红核脊髓束和红核神经元能促进脊髓损伤后红核脊髓束的再生和功能恢复Ikeda等19】认为SCI后早期由神经元和星形胶质细胞合成的BDNF对损伤脊髓起神经保护作用：而在SCI后晚期由小胶质细

7、胞巨噬细胞分泌的BDNF则对损伤脊髓起神经修复作用。并在随后的试验中发现SCI后鞘内注射BDNF可改善SCI急性期内Cuzn超氧化物歧化酶(Cuzn SODl和髓鞘碱性蛋白(myelin basic pmtein，MBP)在脊髓神经元和胶质细胞中的表达衰减从而对损伤脊髓神经功能的恢复起积极作用l。23 神经营养素一3(neurotrophin一3。N，卜3)NT一3主要位于运动神经元除口r维持交感神经元、感觉神经元、基底前脑胆碱能神经元及运动神经元存活之外。还能上调胆碱能神经元乙酰胆碱转移酶的表达及支持中脑多巴胺能神经元分化及促进发育或损伤的皮质脊髓束侧枝出芽。NT一3可促进脊髓损伤后皮质脊髓

8、束轴突生长及部分神经功能恢复，减慢横切损伤脊髓神经元死亡速度。基金项目：兵团博士基金资助项目f2008JCll)l石河子大学医学院新疆维吾尔自治区石河子8320022石河子大学医学院生化教研室3通讯作者作者简介：席绍松，男在读硕士收稿日期：2008一05-05万方数据382 ci聊se如m“吧厂尺e曲i胁耐如n胁dfcfM，Ap r2009 V0124，No4近年来罔绕NT一3进行了多方面的研究结果表明NT一3能够维持交感、感觉、基底前脑胆碱能和运动神经元的存活，减少脊髓损伤后神经元的凋亡。Zhou等Ia向受损脊髓局部持续注入NT一3发现可以增加损伤处皮质脊髓柬再生出芽。同时Nr-3还能促进神

9、经细胞的分化及其轴突向靶点扩展和投射形成诱导轴突再生。24胶质细胞源性神经营养因子(glial cell linederivedneurotmphic f如tor，GDNDGDNF在胚胎及新生大鼠脊髓组织中高表达在成年大鼠脊髓则处于散在低水平表达。其对运动神经元、感觉神经元及多巴胺能神经元均具有强大的营养活性且其对脊髓损伤及各类神经损伤的治疗效果已在大量实验中得到证实。脊髓的机械性创伤及神经毒性损害的修复过程中均有GDNF参与外源性GDNF的应用又有助于这种修复。Watabe等u卅在脊神经撕脱处接种含人GDNF基因的腺病毒1周后损伤脊髓组织内强表达GDNF病损区出现人GDNF mRNA转录子并

10、出现广泛的GDNF阳性标记物结果显著阻止病变部位的运动神经元死亡并改善ChAT免疫活性和抑制一氧化氮合酶活性25 neudtin(candidate plasticitvrelated#renes 15，CPGl5)neuritin是神经营养因子中的一个新成员。1993年Nedivi在Nature杂志上首次以可塑性相关候选基因15(CPCI5)为名报道出来。1997年以色列科学家Naeve等从鼠海乌齿状同中筛选出此基因，并命名为neuritin。研究表明它与神经可塑性密切相关能够促进神经突起的快速生长分支及突触的成熟并抑制神经元祖细胞凋亡。在神经系统，neuritin mRNA主要分布于背根节

11、、脊髓、海马、小脑和脑干等处。此外。也表达于骨骼肌、肝脏等多种外周组织。251 neuritin在神经损伤治疗中的研究现状：neuritin是神经活动和NTFs发挥作用的共同下游因子：neuritin蛋白的初步功能研究提示重组体neuritin促进神经突起的生长和分支而无论是神经活动的刺激还是神经营养因子的直接作用都能诱导神经突起的生长。这提示neuritin是神经活动和NT8发挥作用的共同下游因子。20014年Pahnke等【峋发现GNDF存神经祖细胞STl4A细胞中过表达neuritin是GNDF的上调基凶与生长锥的寻路和神经突起向靶细胞生长有关。neuritin阻断神经细胞凋亡：神经细胞

12、增殖和凋产之间的平衡对发育中的神经系统形成正常形态和功能具有极其重要的作用。体内外实验表明【rn。neuritin对未分化脑皮质祖细胞的存活是必要的其机制是neuritin阻止了细胞凋亡蛋白酶CPP3(caspase3)的激活，从而阻断了细胞凋亡进程，保护培养的大脑皮质神经元免于凋亡。neuritin促进突触成熟：在神经系统发育期间突触活动性通过控制轴突和树突的结构来影响神经元连接的形式。通过对运动神经元连续3d的实时双光子成像发现neuritin主要通过轴突新突起的增多和原有突起缩短的减少增加轴突的总长度并促进新突起向突触后膜的延伸及突触囊泡在新突起内的聚集以形成新的突触回路【l弼。由此表明

13、neuritin对突触成熟和机构重塑有促进作用。252 neuritin与脊髓损伤的基闪治疗：neuritin在神经再生修复中的作用和机制已被我们认可并有越来越多的文献报道其对周围神经损伤的修复功效然而neuritin对于脊髓损伤是否也有类似于NGF、BDNF的修复作用国内外尚未见到直接的文献报道。近几年，随着对neuritin基阂的研究不断深入人们的目光已经开始转向其在脊髓损伤治疗中的研究前景。Nedivi等I一嗵过克隆非洲蟾蜍CPGl5并应用原位杂交和免疫组化技术来测定CPCI5的表达模式发现CPGl5最先是在发育期的脊髓中被检测到并随着发育过程而广泛分布。neuritin mRNA最早表

14、达场所之一是在脊髓腹侧neu“tin蛋白出现在运动神经元轴突和乙酰胆碱受体簇附近的突触前轴突分支。近年研究证实neuritin是雄性激素介导的运动神经元轴突向外生长的分子调节器【捌。neuritin可以通过增加突触密度和添加分支的程度来增加运动神经元轴突末端分支。我们已经知道，轴突生长是受运动神经元分支增加、突触形成、突触消失和分支同缩的动态平衡凋控的而neuritin则能通过增加和维持额外分支减少分支回缩将动态平衡转向轴突生长口11。Di等吲采用微点阵分析以辨别与脊髓损伤后功能恢复呈时序性调节表达模式的基因簇首次报道大鼠脊髓损伤后neuritin与整合素、微管相关蛋白lA和髓鞘少突胶质糖蛋白

15、协调表达在有丝分裂期后的神经元并协同促进背根神经节细胞突起的生长。并认为脊髓损伤后neuritin基冈簇表达时序性凋节为神经再生和运动功能恢复提供了有利的微环境。由此提示我们。neuritin有可能成为脊髓损伤新的治疗靶点。3结论NTFs是一类能够促进神经元存活、生长和分化的蛋白质随着分子生物学和基因技术的发展NTFs基凶修饰细胞移植已被认为是SCI治疗的最新、最有前途的治疗方法之一将某种神经营养基因以一定的方法转染给合适的受体细胞再移植到脊髓损伤区，让其在体内表达并发挥效应，刺激脊髓再生：此外，脊髓再生过程中有一些抑制脊髓再生的蛋白可以利用基因工程技术克隆这些蛋白的基因导人其反义核苷酸抑制这

16、些蛋白的表达。也可能促进脊髓的再生修复。目前应用到脊髓损伤的细胞移植物多种多样包括胚胎中枢神经组织、胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、基阂转染的成纤维细胞、雪旺细胞、嗅鞘细胞0ECs等。有实验表明BDNF基阂修饰神经干细胞移植可以降低神经细胞的凋亡率，促进损伤神经的功能恢复倒。近年来，国内学者应用基因转染技术分别在体外构建GDNF和NT一3基凶修饰细胞进行SCI的修复治疗也取得了可喜的成果I：螂I。综上所述以神经营养因子为代表的基因疗法对脊髓损伤的作用目前虽然仍停留在实验窜阶段但却不可否认的具有临床应用的前景尤其基因治疗手段的不断提高为这种前景奠定了基础。而neuritin基凶产品的进一步开发和应

17、用，必将为脊髓损伤的基因治疗研究拓展出新的思路。万方数据中国康复医学杂志2009年，第24卷，第4期 383参考文献【l】 Nomura T，HonInou 0，Harada Ket a1IVInfusion of bmindehved neumtmphic factor genemodified huIn蛐me就nchymalstem cells protect8 against injury in a cerehral ischeIIlia刊elin adult mtfJJNeurosci，2005，136(1)：16l一169【2】 Fei Q，Cad A， Honf；bin S， et

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