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視神經(jīng)再生與保護(hù)的促進(jìn)因素研究
視神經(jīng)再生與保護(hù)的促進(jìn)因素研究 【摘要】 視神經(jīng)作為中樞神經(jīng)的一個向前突出的神經(jīng)束,其損傷后再生和保護(hù)的研究逐漸受到重視,近年來相關(guān)體內(nèi)外大量實驗取得一定成果�，F(xiàn)對視神經(jīng)再生和保護(hù)的促進(jìn)因素加以闡述。
【關(guān)鍵詞】 視神經(jīng)再生;視神經(jīng)保護(hù)
視神經(jīng)損傷是多并發(fā)于顱腦外傷、預(yù)后不良、常使患者失明的一種眼科常見疾病。隨著近年來國內(nèi)外對視神經(jīng)再生和保護(hù)機制的深入研究及相關(guān)文獻(xiàn)的記載,現(xiàn)就視神經(jīng)再生和保護(hù)的促進(jìn)因素作如下介紹。
1 視神經(jīng)損傷概述
視神經(jīng)由視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGCs)的軸突構(gòu)成,自篩板穿出后有視經(jīng)鞘膜包繞。全長約50mm,分為眼內(nèi)段(1mm)、眶內(nèi)段(25~30mm)、管內(nèi)段(6~0mm)、顱內(nèi)段(10mm)。眾所周知,由于視神經(jīng)管比較狹窄,且此處骨膜與視神經(jīng)上方鞘膜緊密相連,視神經(jīng)易受擠壓與骨折片損傷,構(gòu)成顱腦外傷易致視神經(jīng)損傷的解剖基礎(chǔ)。視神經(jīng)損傷多由于額眶部受擊后,暴力沿軸線傳導(dǎo)至前顱窩底造成,損傷原因有骨折片損傷、視神經(jīng)管內(nèi)同血壓迫、視神經(jīng)鞘內(nèi)出血、視神經(jīng)本身挫裂傷、視神經(jīng)營養(yǎng)血管的破裂等。一般根據(jù)病史、臨床表現(xiàn)、光反射檢查、X線、神經(jīng)系統(tǒng)等檢查可確診。
2 促進(jìn)視神經(jīng)再生的因素
2.1 Schwann 細(xì)胞 Schwann細(xì)胞是周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。進(jìn)入周圍神經(jīng)移植物的再生軸突通常只出現(xiàn)在Schwann細(xì)胞存在的部位,而使用經(jīng)反復(fù)凍融而除去Schwann細(xì)胞的周圍神經(jīng)移植物中則無再生軸突�？梢娖渑c視神經(jīng)再生關(guān)系密切。其主要功能有二:一是產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)因子(NTFS),二是創(chuàng)造適宜微環(huán)境。
2.1.1 神經(jīng)營養(yǎng)因子 Schwann細(xì)胞能產(chǎn)生、釋放移種NTFS,與神經(jīng)發(fā)育和再生有密切關(guān)系。實驗表明,用玻璃體內(nèi)植入一段坐骨神經(jīng)來營養(yǎng)性刺激RGC可促進(jìn)視神經(jīng)再生,這可能是由Schwann細(xì)胞所釋放的神經(jīng)營養(yǎng)性因子通過受體表達(dá)在成熟視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(rentinal ganglioncells, RGCs)上所介導(dǎo)的。NGF(神經(jīng)生長因子)在神經(jīng)受損后被大量反應(yīng)性增殖的Schwann細(xì)胞分泌,并表達(dá)低親和力NGF受體,從而影響NGF傳遞:NGF與NGF受體結(jié)合,濃縮在Schwann細(xì)胞表面 ,當(dāng)帶有高親和力NGF受體的軸突進(jìn)入遠(yuǎn)端損傷區(qū)時,Schwann細(xì)胞會將NGF傳遞給軸突并逆行至胞體,使軸突向遠(yuǎn)端延伸,即Schwann細(xì)胞來源的NGF代替靶組織來源的NGF,來維持受損神經(jīng)元的存活,CNS就是因為沒有Schwann細(xì)胞代替靶組織提供神經(jīng)營養(yǎng)因子,從而導(dǎo)致神經(jīng)元胞體死亡。BDNF(腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子)是80年代初在豬腦中發(fā)現(xiàn)的一種堿性蛋白,由于可維護(hù)游離種植雞胚的感覺神經(jīng)元的存活并促使其出芽,被命名為腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子。正常情況下Schwann細(xì)胞合成分泌少,當(dāng)神經(jīng)受損3天后開始增多,4周達(dá)高峰,濃度為NGF的10倍。另外Schwann細(xì)胞也能表達(dá)BDNF受體,BDNF通過BDNF受體調(diào)節(jié)Schwann細(xì)胞功能,促其分泌細(xì)胞粘附分子,從而更有利于軸突生長。2005年崔志利等[4]對視神經(jīng)損傷的大鼠模型進(jìn)行玻璃體腔內(nèi)注射腺病毒介導(dǎo)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Ad-BDNF)后觀察,傷后4周內(nèi)能在傷眼視網(wǎng)膜上檢測到GAP-43mRNA的高表達(dá)。而神經(jīng)生長相關(guān)蛋白-43(GAP-43)作為神經(jīng)元發(fā)育、神經(jīng)生長、再生、突觸形成和重建的標(biāo)志性蛋白質(zhì),在神經(jīng)生長和發(fā)育區(qū)表達(dá)非常豐富。中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育成熟GAP-43及其mRNA總體含量驟然下降。說明Ad-BDNF能提供可持續(xù)表達(dá)神經(jīng)因子在一定程度上增加表達(dá)上調(diào)時間能在一定程度上促進(jìn)損傷視神經(jīng)的修復(fù)和再生。CNTF(睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子)在體外可維護(hù)神經(jīng)元存活。正常情況下,Schwann細(xì)胞合成的CNTF儲存在胞漿內(nèi),當(dāng)周圍神經(jīng)受損時,CNTF被分泌至胞外為神經(jīng)元利用。1999年Cui等[1]首次報道,CNTF不僅可促軸突切斷后RGC存活,且可明顯促RGC軸突長入坐骨神經(jīng),認(rèn)為CNTF是目前唯一能促使軸突再生和功能恢復(fù)的因子。FGF(成纖維生長因子)在眼組織的發(fā)育中具促神經(jīng)組織增殖、分化的作用,分為堿性FGF(bFGF)和酸性FGF(aFGF)。視神經(jīng)損傷提高bFGF在視神經(jīng)中的表達(dá),視神經(jīng)中bFGF染色陽性細(xì)胞為膠質(zhì)細(xì)胞,bFGF的表達(dá)在損傷后1天即明顯增高,并持續(xù)到14天,在此期間無明顯改變。Blanco[2]在蛙視神經(jīng)橫斷傷的研究中得出損傷狀態(tài)下,局部表達(dá)增加的bFGF能被受損軸突逆向轉(zhuǎn)運至遠(yuǎn)距離胞體,從而促未受損神經(jīng)元突起側(cè)支纖維形成,與其他神經(jīng)元或神經(jīng)纖維形成更多功能連接。
2.1.2 適宜微環(huán)境 Schwann細(xì)胞促神經(jīng)突起生長的作用與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)和細(xì)胞粘附分子(CAM)所構(gòu)成的微環(huán)境關(guān)系密切。
ECM大多由Schwann細(xì)胞合成,然后沉積于Schwann細(xì)胞外形成基底膜。完整的基底膜不僅為再生的軸突提供了通道,而且對軸突的生長也有導(dǎo)向作用。相反,沒有基底膜,Schwann細(xì)胞雖可分裂增殖,但卻無法分化成髓鞘。ECM主要成分有層粘蛋白,Ⅳ型和Ⅴ型膠原及纖維連接蛋白等。ECM成分對神經(jīng)再生有不同程度促進(jìn)作用,以層粘蛋白最明顯�？杉铀賁chwann細(xì)胞增殖和遷移。Schwann細(xì)胞可產(chǎn)生多種CAM。CAM通過改善生長錐內(nèi)細(xì)胞骨架成分的組合保持生長錐前進(jìn)運動的穩(wěn)定性來促進(jìn)軸突生長。Negishi等[3]將成年小鼠作為研究對象,用培養(yǎng)的Schwann細(xì)胞進(jìn)行人工移植,研究是否ECM和營養(yǎng)因子能為視網(wǎng)膜干細(xì)胞(RGC)軸突再生提供有利環(huán)境。用了6種人工移植物:ECM(調(diào)控);ECM和Schwann細(xì)胞;ECM,Schwann細(xì)胞及任一種神經(jīng)生長因子,BDNF和NT-4;ECM,Schwann細(xì)胞,BDNF和NT-4,并在玻璃體中注射BDNF。將移植物與橫切后的視神經(jīng)相接。術(shù)后3周,RGC再生通過衰退的diI標(biāo)記,免疫組化,電子顯微鏡等進(jìn)行評估。diI標(biāo)記RGC程度大約2%僅為ECM,10%為ECM和Schwann細(xì)胞(P<0.01),通過神經(jīng)營養(yǎng)因子的調(diào)控使標(biāo)記程度增加了約20%;免疫組化研究表明,軸突與GAP-43和細(xì)胞粘附分子相連。神經(jīng)營養(yǎng)因子受體(Trk-A和Trk-B)在視網(wǎng)膜和移植物的神經(jīng)纖維中被發(fā)現(xiàn);通過電子顯微鏡觀察到髓鞘再生。這些結(jié)果表明RGC軸突的再生是通過培養(yǎng)的Schwann細(xì)胞和ECM作為再生促進(jìn)因素來誘導(dǎo)的。通過神經(jīng)營養(yǎng)因子注入移植物和玻璃體,使再生程度顯著增加。
2.2 巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞被認(rèn)為可通過清除髓鞘碎解物而改善抑制軸突再生環(huán)境,實驗發(fā)現(xiàn)大鼠晶狀體損傷可明顯促進(jìn)視神經(jīng)軸突再生,其機制與激活的巨噬細(xì)胞有關(guān),僅在眼內(nèi)注射可刺激其活躍的促腫物質(zhì)在無晶狀體受損的情況下也促視神經(jīng)軸突再生。
2.3 細(xì)胞內(nèi)信號分子cAMP cAMP是細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使,體外研究表明,細(xì)胞內(nèi)cAMP高水平表達(dá)可使中樞神經(jīng)元某些營養(yǎng)因子受體表達(dá)增加,抑制神經(jīng)元凋亡,對維護(hù)中樞神經(jīng)元存活,促其軸突生長起重要作用。
3 視神經(jīng)保護(hù)
視神經(jīng)損傷保護(hù)和提高視功能是臨床治療的關(guān)鍵和目的,挽救視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、神經(jīng)修復(fù)、干細(xì)胞移植等已成為這一領(lǐng)域研究熱點。有實驗證明,谷氨酸鹽、NO抑制劑、腎上腺受體α2激動劑、神經(jīng)生長因子、熱休克蛋白、自由基清除劑、NMDA拮抗劑等均能抑制細(xì)胞凋亡,促進(jìn)視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞存活,起到視神經(jīng)保護(hù)作用。
3.1 神經(jīng)營養(yǎng)因子(neurotrophic factors, NIF) NIF是可調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、成熟和維護(hù)神經(jīng)功能的一大類蛋白質(zhì),其分類較為復(fù)雜,其中重要的家族[有神經(jīng)營養(yǎng)素家庭神經(jīng)生長因子(NGF)、腦源神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)等,成纖維生長因子家族[表皮生長因子(EGF)、胰島素樣生長因子(IGF)等],膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子家族等等。NIF通過旁分泌、自分泌或鄰近分泌來影響靶細(xì)胞,它可控制神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞的正常分化和維持,并且有控制神經(jīng)干細(xì)胞分化為特定神經(jīng)細(xì)胞的作用。視覺中樞包括視網(wǎng)膜含有神經(jīng)營養(yǎng)素及其受體,神經(jīng)營養(yǎng)素可影響視覺系統(tǒng)中細(xì)胞的增生、突起生長和細(xì)胞存活。在視網(wǎng)膜神經(jīng)元中神經(jīng)營養(yǎng)素具有很強的抗凋亡作用,它可增加視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞損傷后的存活。Klocker等[5]研究發(fā)現(xiàn)單一劑量的BDNF在視神經(jīng)切斷后能挽回27%的RGCs,如與自由基清除劑聯(lián)合使用,可挽回68%的細(xì)胞,這可能與長期應(yīng)用BDNF繼發(fā)產(chǎn)生自由基有關(guān)。Koeberle等[6]也通過動物體內(nèi)實驗證實神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)、BDNF均能挽救損傷的RGCs。
3.2 自由基清除劑 亦稱抗氧化劑,主要有酶類、維生素類等。酶類有超氧化物上歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等;維生素類主要有維生素E、維生素C等。已有大量實驗研究證實,自由基清除劑可通過清除自由基抑制脂質(zhì)過氧化,從而對抗細(xì)胞凋亡,起到保護(hù)作用。與Klocker等所做實驗一致,很多學(xué)者證實了自由基清除劑與NIF聯(lián)用有著顯著的抗凋亡作用,通過青光眼動物模型實驗認(rèn)為BDNF與N-tert-butyl-(2-sulfophenyl)-nitrone(S-PBN)二者聯(lián)用可以顯著增加RGCs的存活率。
3.3 Caspases抑制劑 Caspases的活性可被多種蛋白質(zhì)分子抑制,如天然的p53、凋亡抑制蛋白(IAP)家族、Bcl-2家族和人工合成的四肽抑制劑(caspase特異性抑制劑IDEVD-fmk或泛特異性caspase抑制劑IVAD-fmk)等。Caspases抑制劑可以直接抑制凋亡促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞存活,還可以通過降低免疫炎性反應(yīng)間接地保護(hù)細(xì)胞免于繼發(fā)損傷。體外試驗證明Caspase(-1、-3、-8、-9)抑制劑均可以抑制凋亡,促進(jìn)細(xì)胞存活與軸突再生,并且Caspase-9抑制劑與CNTF(睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子)聯(lián)用的效果最為顯著。
3.4 基因治療 基因治療就是將DNA直接轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)來治療某些疾病。眼部某些疾病如視網(wǎng)膜變性、青光眼、視神經(jīng)損傷變性等均存在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡,而體內(nèi)和體外的研究均表明,Bcl-2基因的過度表達(dá)能顯著抑制細(xì)胞凋亡,故基因治療在眼科疾病中的應(yīng)用有了一定的實驗研究。Martinou等[7]將一轉(zhuǎn)基因鼠系過度表達(dá)Bcl-2,結(jié)果RGCs數(shù)量增加50%,同時伴叢狀層的增厚。但通過腺病毒介導(dǎo)的鼠Bcl-2基因轉(zhuǎn)導(dǎo)實驗以及Inoue T的鼠體內(nèi)實驗卻表明雖然Bcl-2的過度表達(dá)可以挽救神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活,即抑制了視神經(jīng)軸突的再生,應(yīng)用的有效性受到一定限制。
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