PDGF在新生兒缺氧缺血性腦損傷中腦保護作用的研究進展

畢登芹，舒桂華

(揚州大學附屬蘇北人民醫院新生兒科，江蘇 揚州 225001)

新生兒缺氧缺血性腦損傷(hypoxic ischemic brain damage，HIBD)是由多種原因導致的胎兒或新生兒部分或完全腦缺氧、腦血流減少(或暫停)引起的不同程度的腦損傷，嚴重者可導致新生兒死亡，幸存患兒亦多伴有神經系統并發癥。據文獻報道，約25%的HIBD存活患兒存在不可逆性腦損害[1-2]。因此，及時干預、積極防治可最大限度地降低新生兒HIBD發病率，提高患兒生活質量。但目前關于新生兒HIBD的發病機制尚未完全闡明，可能涉及腦細胞能量代謝衰竭、興奮毒性細胞損傷、氧自由基損傷、一氧化氮合酶活化、細胞凋亡等[3-4]。近年隨著分子水平研究的深入，越來越多的證據支持細胞因子在新生兒HIBD發生發展中發揮了重要作用[5]。血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)作為神經營養劑在其中扮演重要角色，其可促進細胞分裂、加速血管生成；延緩細胞衰老、抵抗細胞凋亡；減少氧化代謝產物、降低氧化應激反應；降低神經元誘發電流、抑制突觸傳遞，進而發揮腦保護作用[6]?，F就PDGF在新生兒HIBD中腦保護作用的研究進展予以綜述。

1 PDGF概述

1.1PDGF的分子結構 PDGF是一類堿性蛋白質，分子量為28 000～35 000。1987年Ross[7]發現PDGF存在于血小板α顆粒中，并將其成功分離、純化。PDGF在多種細胞中表達，包括神經前體細胞、神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞等腦細胞[8]。PDGF家族由4種配體(PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D)和2種酪氨酸激酶受體[PDGF受體(PDGF receptor，PDGFR)-α和PDGFR-β]組成[9-10]。編碼PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D鏈的基因分別位于人類的第7、22、4和11號染色體以及小鼠的第5、15、3和9號染色體；而PDGFR-α和PDGFR-β的基因定位于人類的第4和5號染色體以及小鼠的第5和18號染色體[11]。PDGF的4種配體以二硫鍵形式組成同源二聚體PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD或異源二聚體PDGF-AB?；钚耘潴w-受體復合物由兩條與同一個二聚體配體相連的受體鏈組成，其中PDGFR-α可與除PDGF-DD以外的所有PDGF亞型結合，而PDGFR-β僅與PDGF-BB和PDGF-DD結合[12]。PDGF與PDGFR結合后發揮生物學功能，如促進細胞有絲分裂、細胞骨架重排、細胞趨化[8-9]。

1.2PDGF的生物學功能 PDGF主要以自分泌和旁分泌方式發揮作用，通過促進有絲分裂因子的表達刺激特定細胞群分裂，參與多種生理病理過程，包括細胞增殖、分化和纖維化形成等[13]。PDGF介導的信號還可調節中樞神經系統功能，包括神經和突觸形成、細胞存活、配體門控離子通道的調節以及特定類型神經元的發育等[14]。研究表明，PDGF還參與大腦的正常發育，如PDGF-AA已被證實是一種有效的少突膠質前體細胞有絲分裂原，在體外實驗中外源性加入PDGF-AA可使神經干細胞分化為神經元或少突膠質細胞[8]。Lewandowski等[15]發現，PDGF-BB可參與干細胞的調節，使干細胞分化為神經元，并促進新生神經元向大腦紋狀體和黑質增殖、遷移，同時PDGF在少突膠質細胞成熟過程中也發揮至關重要的作用。Andrae等[16]研究顯示，PDGF-CC在實驗動物中樞神經系統發育中起重要作用，包括腦膜形成和大腦皮質神經元過度遷移。Munk等[17]通過實驗發現了小鼠淋巴系統的自然發育過程，并確定PDGF-BB在小鼠腦脊液運輸過程中起關鍵作用。Iihara等[18]和Ohno等[19]的研究均顯示，PDGF可通過誘導中樞神經系統少突膠質前體細胞的增殖、遷移和分化刺激軸突和髓鞘重新形成。

2 PDGF在腦組織中的信號通路及表達

2.1PDGF在腦組織中的信號通路 PDGF信號通路在大腦發育過程中發揮關鍵作用。PDGF信號具有調節神經外胚層起源細胞的功能[8]。在血管生成過程中，PDGF信號在支持細胞的募集中起重要作用[9]。研究發現，腦組織中的PDGF信號通路主要為蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路和促分裂原活化的蛋白激酶通路[20-21]。而促分裂原活化的蛋白激酶家族又包括胞外信號調節激酶、c-Jun氨基端激酶和p38激酶[11]。PDGF與其受體結合可形成受體配體復合物并活化PDGFR-α，而活化的PDGFR-α可通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)和環腺苷酸促進蛋白質磷酸化[15]，從而將有絲分裂信號傳遞至細胞核，使核蛋白體上的絲氨酸殘基磷酸化，進而誘導相應的基因表達，指導DNA、RNA、蛋白質合成，促進細胞分裂、增殖并阻止其凋亡[22]。由此可知，PDGF與PDGFR結合可激活受體固有酪氨酸激酶的活性，而被激活的PDGFR可促使Akt的底物核蛋白體上的絲氨酸殘基磷酸化，驅動細胞信號級聯反應，參與后續的細胞生化反應。

2.2PDGF在腦組織中的表達 PDGF和PDGFR廣泛存在于腦組織中[23]，且在所有哺乳動物的中樞神經系統中均發現PDGF配體及其受體[24]。Hu等[25]研究表明，PDGF和PDGFR在腦細胞生長、分化以及細胞間的相互作用中發揮重要作用。在大腦組織中，幾乎所有區域的神經細胞中均表達PDGF，其中PDGF-A主要表達于大腦皮質、海馬、紋狀體、杏仁體、丘腦、下丘腦、腦干、小腦Purk-inje細胞、脊髓和后根神經節的神經細胞；PDGF-B主要表達于海馬、杏仁體、下丘腦的垂體后葉系統以及腦干的下橄欖核[26]；PDGF-C則主要表達于平滑肌細胞，PDGF-D主要表達于動脈外膜的成纖維細胞[11]。此外，PDGFR在成熟腦中亦表達豐富，其中PDGFR-α主要表達于脊髓、腦橋、延腦、小腦、上下丘、黑質、丘腦、蒼白球、大腦皮質和嗅覺系統；PDGFR-β主要存在于海馬錐體細胞、小腦顆粒細胞、基底節、三叉神經脊束核和腦室下區的神經元[26]。在腦細胞發生缺氧缺血性損傷時，PDGF及其受體在神經細胞中的表達顯著增加[19]。由此可見，PDGF在腦內多個組織中均有表達，且在發生HIBD時表達增加。

3 PDGF在新生兒HIBD中的腦保護作用機制

PDGF家族通過促進神經細胞有絲分裂保護神經元免受神經毒素侵害，在神經元穩態中發揮關鍵作用[8]。生理狀態下，PDGF以旁分泌、自分泌方式分泌并作用于一系列細胞介質，刺激腦細胞生長，維持腦組織正常功能[27]。PDGF的神經保護作用已在包括缺血在內的幾種不同形式的神經元損傷動物模型研究中得到證實[28]。研究表明，缺血期間神經元中的PDGF-A、PDGF-B信使RNA以及PDGF-BB、PDGF-AB蛋白的表達均增加，提示在受損腦區配體對神經元的存活起重要作用[3]。PDGF-BB已被證明可通過上調PDGFR-β信號的表達保護原代海馬神經元免受谷氨酸誘導的神經元損傷[8]。Shen等[29]研究發現，PDGFR-β信號可通過在神經元、周細胞、血管平滑肌細胞以及星形膠質細胞中的信號轉導作用保護神經元，并修復內源性組織，恢復腦組織功能。此外，PDGF-CC也廣泛存在于腦組織中。Tang等[28]研究證明，PDGF-CC通過蛋白質暴露或基因傳遞的方式在視網膜和神經元中發揮神經保護作用。機體還可通過激活星形膠質細胞中的PDGF、PDGFR信號調節代謝活動、細胞分化，進而調節神經遞質，維持腦微血管系統正常功能[30]。腦損傷發生后，膠質細胞合成并分泌大量PDGF，而PDGF與PDGFR結合可促進轉錄因子環腺苷酸效應元件結合蛋白活化及轉核，同時PDGFR的酪氨酸激酶活性也被激活，導致Akt的底物磷酸化，進而促進細胞分裂、趨化和血管收縮[8，31]。有研究表明，PDGF可保護腦細胞免受體外谷氨酸直接誘導的興奮毒性和缺氧缺血損傷，同時還可保護海馬神經元免受氧化損傷和能量剝奪[8]。PDGF可抑制新生大鼠HIBD后神經細胞凋亡，減輕細胞水腫，對缺氧缺血新生大鼠起到神經保護作用[20]。

3.1促進血管生成 促進新生血管形成是機體在缺血缺氧條件下一種重要的反饋調節機制，新生血管恢復腦內供血供氧是PDGF的神經保護機制之一。PDGF可通過刺激血管內皮生長因子、成纖維細胞生長因子的分泌增加血管內皮生長因子、成纖維細胞生長因子在新生血管內的表達，促進新生血管形成；PDGF還可通過調節內皮細胞遷移、促進血管發生對HIBD起到保護作用[32-33]。Sil等[8]研究證實，在腦缺血發生時，PDGF-BB、PDGFR-β通過內皮細胞、周細胞串擾，在血管生成、血管重構以及神經保護中發揮重要作用。Arimura等[34]研究發現，缺血48 h內腦組織缺血部位的PDGF-BB表達上調；同時，PDGF-BB可促進HIBD后的血管生成，在血管重構中發揮積極作用。在缺血條件下，PDGF-CC也可促進內皮祖細胞增殖、分化，同時還可誘導骨髓細胞增殖、分化為內皮細胞，并刺激內皮細胞遷移[8]。PDGF-DD則可通過誘導巨噬細胞募集、細胞外基質沉積和血管成熟促進血管生成進程；PDGF-DD還可誘導平滑肌細胞增殖、遷移，通過其對平滑肌細胞的影響穩定新生血管[35]。此外，PDGF還有助于調節血管張力，維持和修復血管，并可通過促進少突膠質細胞的增殖減輕HIBD，對腦細胞起到保護作用[36-37]。因此，當新生兒HIBD發生時，PDGF可通過促進血管內皮細胞分裂、遷移加快血管生成，恢復部分血流供應，減輕HIBD。

3.2抗細胞凋亡 細胞凋亡是HIBD神經元受損的主要機制之一，由于新生兒腦成熟度低，缺血后神經細胞和少突膠質細胞祖細胞凋亡更加嚴重[38]。PDGF可通過PI3K/Akt信號轉導控制不同細胞的抗凋亡功能[39]。當HIBD發生時，PDGF通過與PDGFR結合調節機體內RNA轉錄、蛋白質翻譯表達，阻斷促凋亡信號，增強抗凋亡信號。如PDGFR-β通過激活PI3K/Akt信號通路誘導強烈的抗凋亡反應，從而抑制p53表達，減少凋亡小體產生，進而抑制細胞凋亡，使損傷后神經元繼續存活[20]；PDGFR-α通過激活Akt降低p53水平，而抑制p53可促使細胞抵抗壓力，延緩細胞衰老并抑制其凋亡[11，40]。另有研究發現，HIBD區域的周細胞中表達PDGF-BB，而PDGF-BB與PDGFR結合可使Akt發生強烈磷酸化，從而誘導細胞生長和抗凋亡反應[8]。Whitelaw[41]研究發現，內源性和外源性給予PDGF-CC均可抑制遭受不同程度損傷的大腦和視網膜中的神經細胞凋亡。周春清等[42]發現，PDGF可減少缺血缺氧導致的新生大鼠腦細胞凋亡。以上研究均表明，PDGF可抑制細胞凋亡及其誘發的程序性細胞死亡，減少神經細胞凋亡的數量，降低HIBD程度。

3.3降低氧化應激 HIBD最常見的機制是谷氨酸-N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)受體介導的興奮性毒性和氧化應激[3]。在人體器官中，大腦氧化代謝率最高，因此在生化反應過程中促氧化劑的代謝產物——活性氧的產生最多，病理狀態下易導致氧化應激[43]。PDGF-BB可通過PI3K/Akt信號通路的抗氧化作用抑制新生大鼠腦中NMDA誘導的興奮性毒性，并保護神經元免受谷氨酸或NMDA誘導的興奮性毒性損傷，減少神經細胞凋亡[40]。Osborne等[44]發現，PDGF-B和PDGFR-β在嚙齒動物新生腦中的表達上調，且PDGF-B水平與NMDA興奮毒性呈負相關；而特異性敲除成年小鼠PDGFR-β基因后，小鼠神經細胞的NMDA興奮毒性及其對興奮毒性細胞死亡的敏感性均增加。Tang等[28]發現，在不同類型的神經細胞中，PDGF-C均可通過調節糖原合成酶激酶-3β的活性抑制氧化應激，減少神經毒素的產生。因此，PDGF可作為神經元興奮性的內源性調節劑，通過增強神經細胞中的抗氧化酶活性降低細胞內的過氧化物水平，起到清除氧自由基的作用。

3.4抑制突觸傳遞 在缺血缺氧條件下，腦內釋放大量興奮性神經遞質導致神經元死亡[6]。PDGF可通過抑制興奮性突觸傳遞、降低興奮性神經遞質釋放保護腦細胞。動物實驗顯示，PDGFR-β定位于缺氧缺血小鼠海馬神經元的突觸前膜和突觸后膜，可調節突觸的可塑性和功能，并可作為神經調節劑與不同的神經活動密切相關[45]。有研究表明，在HIBD大鼠海馬區域短暫應用PDGF-BB即可長期抑制NMDA誘發的電流、降低大鼠海馬CA1區錐體神經元的興奮性突觸后電位[46]。PDGF可通過誘導細胞內鈣離子釋放激活PDGFR-β，進而抑制前饋系統，減少神經元NMDA誘發的電流[47]。此外，PDGF-BB還可抑制由電刺激孤束誘發的α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸介導的小鼠孤束核二級神經元的興奮性突觸后電位[48]。在孤束核區，PDGF-B/PDGFR-β通過協同抑制α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸和NMDA受體的表達減弱谷氨酸能興奮信號，在HIBD腦細胞的急性缺氧通氣反應、功能性適應以及突觸可塑性中均具有重要作用[37]。PDGF-BB可通過激活大鼠海馬神經元中的促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調節激酶信號通路促進Arc/Arg3.1基因的表達，從而抑制突觸傳遞，保護受損腦細胞。此外，PDGF還可誘導突觸長時程增強效應，促進HIBD的恢復[49]。綜上，PDGF可通過降低神經元誘發電流、抑制突觸傳遞減輕HIBD程度。

4 小 結

新生兒HIBD是多種因素綜合作用的結果，目前關于其發病機制的研究已取得一定進展，但仍處于初級階段，還需進一步探索。近年來，隨著分子生物學和基因組學的不斷發展，生物制劑逐漸成為新生兒HIBD干預治療中的研究熱點。其中，PDGF在新生兒HIBD的發生發展過程中具有重要作用，可通過多種機制保護缺氧缺血腦細胞，因此有望成為中樞神經系統的特定靶向藥物，為新生兒HIBD提供新的思路，同時在改善患兒生活質量，減輕家庭、社會負擔等方面也具有重要的社會價值。