视神经再生与保护的促进因素研究

【摘要】 视神经作为中枢神经的一个向前突出的神经束,其损伤后再生和保护的研究逐渐受到重视,近年来相关体内外大量实验取得一定成果。现对视神经再生和保护的促进因素加以阐述。

【关键词】 视神经再生;视神经保护

视神经损伤是多并发于颅脑外伤、预后不良、常使患者失明的一种眼科常见疾病。随着近年来国内外对视神经再生和保护机制的深入研究及相关文献的记载,现就视神经再生和保护的促进因素作如下介绍。

1 视神经损伤概述

视神经由视神经节细胞(RGCs)的轴突构成,自筛板穿出后有视经鞘膜包绕。全长约50mm,分为眼内段(1mm)、眶内段(25~30mm)、管内段(6~0mm)、颅内段(10mm)。众所周知,由于视神经管比较狭窄,且此处骨膜与视神经上方鞘膜紧密相连,视神经易受挤压与骨折片损伤,构成颅脑外伤易致视神经损伤的解剖基础。视神经损伤多由于额眶部受击后,暴力沿轴线传导至前颅窝底造成,损伤原因有骨折片损伤、视神经管内同血压迫、视神经鞘内出血、视神经本身挫裂伤、视神经营养血管的破裂等。一般根据病史、临床表现、光反射检查、X线、神经系统等检查可确诊。

2 促进视神经再生的因素

2.1 Schwann 细胞 Schwann细胞是周围神经系统的神经胶质细胞。进入周围神经移植物的再生轴突通常只出现在Schwann细胞存在的部位,而使用经反复冻融而除去Schwann细胞的周围神经移植物中则无再生轴突。可见其与视神经再生关系密切。其主要功能有二:一是产生神经营养因子(NTFS),二是创造适宜微环境。

2.1.1 神经营养因子 Schwann细胞能产生、释放移种NTFS,与神经发育和再生有密切关系。实验表明,用玻璃体内植入一段坐骨神经来营养性刺激RGC可促进视神经再生,这可能是由Schwann细胞所释放的神经营养性因子通过受体表达在成熟视网膜神经节细胞(rentinal ganglioncells, RGCs)上所介导的。NGF(神经生长因子)在神经受损后被大量反应性增殖的Schwann细胞分泌,并表达低亲和力NGF受体,从而影响NGF传递:NGF与NGF受体结合,浓缩在Schwann细胞表面 ,当带有高亲和力NGF受体的轴突进入远端损伤区时,Schwann细胞会将NGF传递给轴突并逆行至胞体,使轴突向远端延伸,即Schwann细胞来源的NGF代替靶组织来源的NGF,来维持受损神经元的存活,CNS就是因为没有Schwann细胞代替靶组织提供神经营养因子,从而导致神经元胞体死亡。BDNF(脑源性神经营养因子)是80年代初在猪脑中发现的一种碱性蛋白,由于可维护游离种植鸡胚的感觉神经元的存活并促使其出芽,被命名为脑源性神经营养因子。正常情况下Schwann细胞合成分泌少,当神经受损3天后开始增多,4周达高峰,浓度为NGF的10倍。另外Schwann细胞也能表达BDNF受体,BDNF通过BDNF受体调节Schwann细胞功能,促其分泌细胞粘附分子,从而更有利于轴突生长。2005年崔志利等[4]对视神经损伤的大鼠模型进行玻璃体腔内注射腺病毒介导脑源性神经营养因子(Ad-BDNF)后观察,伤后4周内能在伤眼视网膜上检测到GAP-43mRNA的高表达。而神经生长相关蛋白-43(GAP-43)作为神经元发育、神经生长、再生、突触形成和重建的标志性蛋白质,在神经生长和发育区表达非常丰富。中枢神经系统发育成熟GAP-43及其mRNA总体含量骤然下降。说明Ad-BDNF能提供可持续表达神经因子在一定程度上增加表达上调时间能在一定程度上促进损伤视神经的修复和再生。CNTF(睫状神经营养因子)在体外可维护神经元存活。正常情况下,Schwann细胞合成的CNTF储存在胞浆内,当周围神经受损时,CNTF被分泌至胞外为神经元利用。1999年Cui等[1]首次报道,CNTF不仅可促轴突切断后RGC存活,且可明显促RGC轴突长入坐骨神经,认为CNTF是目前唯一能促使轴突再生和功能恢复的因子。FGF(成纤维生长因子)在眼组织的发育中具促神经组织增殖、分化的作用,分为碱性FGF(bFGF)和酸性FGF(aFGF)。视神经损伤提高bFGF在视神经中的表达,视神经中bFGF染色阳性细胞为胶质细胞,bFGF的表达在损伤后1天即明显增高,并持续到14天,在此期间无明显改变。Blanco[2]在蛙视神经横断伤的研究中得出损伤状态下,局部表达增加的bFGF能被受损轴突逆向转运至远距离胞体,从而促未受损神经元突起侧支纤维形成,与其他神经元或神经纤维形成更多功能连接。

2.1.2 适宜微环境 Schwann细胞促神经突起生长的作用与细胞外基质(ECM)和细胞粘附分子(CAM)所构成的微环境关系密切。

ECM大多由Schwann细胞合成,然后沉积于Schwann细胞外形成基底膜。完整的基底膜不仅为再生的轴突提供了通道,而且对轴突的生长也有导向作用。相反,没有基底膜,Schwann细胞虽可分裂增殖,但却无法分化成髓鞘。ECM主要成分有层粘蛋白,Ⅳ型和Ⅴ型胶原及纤维连接蛋白等。ECM成分对神经再生有不同程度促进作用,以层粘蛋白最明显。可加速Schwann细胞增殖和迁移。Schwann细胞可产生多种CAM。CAM通过改善生长锥内细胞骨架成分的组合保持生长锥前进运动的稳定性来促进轴突生长。Negish>，！

2.2 巨噬细胞 巨噬细胞被认为可通过清除髓鞘碎解物而改善抑制轴突再生环境,实验发现大鼠晶状体损伤可明显促进视神经轴突再生,其机制与激活的巨噬细胞有关,仅在眼内注射可刺激其活跃的促肿物质在无晶状体受损的情况下也促视神经轴突再生。

2.3 细胞内信号分子cAMP cAMP是细胞内重要的第二信使,体外研究表明,细胞内cAMP高水平表达可使中枢神经元某些营养因子受体表达增加,抑制神经元凋亡,对维护中枢神经元存活,促其轴突生长起重要作用。

3 视神经保护

视神经损伤保护和提高视功能是临床治疗的关键和目的,挽救视神经节细胞、神经修复、干细胞移植等已成为这一领域研究热点。有实验证明,谷氨酸盐、NO抑制剂、肾上腺受体α2激动剂、神经生长因子、热休克蛋白、自由基清除剂、NMDA拮抗剂等均能抑制细胞凋亡,促进视神经节细胞存活,起到视神经保护作用。

3.1 神经营养因子(neurotrophic factors, NIF) NIF是可调节神经系统发育、成熟和维护神经功能的一大类蛋白质,其分类较为复杂,其中重要的家族[有神经营养素家庭神经生长因子(NGF)、脑源神经营养因子(BDNF)等,成纤维生长因子家族[表皮生长因子(EGF)、胰岛素样生长因子(IGF)等],胶质细胞源性神经营养因子家族等等。NIF通过旁分泌、自分泌或邻近分泌来影响靶细胞,它可控制神经细胞和胶质细胞的正常分化和维持,并且有控制神经干细胞分化为特定神经细胞的作用。视觉中枢包括视网膜含有神经营养素及其受体,神经营养素可影响视觉系统中细胞的增生、突起生长和细胞存活。在视网膜神经元中 神经营养素具有很强的抗凋亡作用,它可增加视网膜神经节细胞损伤后的存活。Klocker等[5]研究发现单一剂量的BDNF在视神经切断后能挽回27%的RGCs,如与自由基清除剂联合使用,可挽回68%的细胞,这可能与长期应用BDNF继发产生自由基有关。Koeberle等[6]也通过动物体内实验证实神经胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)、BDNF均能挽救损伤的RGCs。

3.2 自由基清除剂 亦称抗氧化剂,主要有酶类、维生素类等。酶类有超氧化物上歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等;维生素类主要有维生素E、维生素C等。已有大量实验研究证实,自由基清除剂可通过清除自由基抑制脂质过氧化,从而对抗细胞凋亡,起到保护作用。与Klocker等所做实验一致,很多学者证实了自由基清除剂与NIF联用有着显着的抗凋亡作用,通过青光眼动物模型实验认为BDNF与N-tert-butyl-(2-sulfophenyl)-nitrone(S-PBN)二者联用可以显着增加RGCs的存活率。

3.3 Caspases抑制剂 Caspases的活性可被多种蛋白质分子抑制,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剂(caspase特异性抑制剂IDEVD-fmk或泛特异性caspase抑制剂IVAD-fmk)等。Caspases抑制剂可以直接抑制凋亡促进神经元细胞存活,还可以通过降低免疫炎性反应间接地保护细胞免于继发损伤。体外试验证明Caspase(-1、-3、-8、-9)抑制剂均可以抑制凋亡,促进细胞存活与轴突再生,并且Caspase-9抑制剂与CNTF(睫状神经营养因子)联用的效果最为显着。

3.4 基因治疗 基因治疗就是将DNA直接转入细胞内来治疗某些疾病。眼部某些疾病如视网膜变性、青光眼、视神经损伤变性等均存在神经节细胞凋亡,而体内和体外的研究均表明,Bcl-2基因的过度表达能显着抑制细胞凋亡,故基因治疗在眼科疾病中的应用有了一定的实验研究。Martinou等[7]将一转基因鼠系过度表达Bcl-2,结果RGCs数量增加50%,同时伴丛状层的增厚。但通过腺病毒介导的鼠Bcl-2基因转导实验以及Inoue T的鼠体内实验却表明虽然Bcl-2的过度表达可以挽救神经节细胞的存活,即抑制了视神经轴突的再生,应用的有效性受到一定限制。

【参考文献】

1 Cui A, Lu Q, So KF,et al. CNTF, not other trophic factors, promotes axonal regeneration of axotomizedretinal ganglion cells inhamsters. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1999,40(3): 760-766.

2 Blanco RE, Lopez-Roca A, Soto J,et al. Basic fibroblast growth factor applied to the optic nerve after injury increases long term cell survival in the frogretina. J Comp Neurol, 2000,423(4): 646-658.

3 Negishi H, Dezawa M, Oshitari T, et al. Optic nerve regeneration within artificial Schwann cell graftin therat. Brain Res Bull, 2001,55(3): 409-419.

4 崔志利, 康军, 王琳. 神经营养因子影响视神经夹伤后视网膜GAP-43 mRNA表达变化.国际眼科杂志, 2005,5(5): 902-905.

5 Klocker N, Cellerino A, Bahr M. Free radicial scavenging and inhibition of nitric oxide synthase potentiates the neurotrophic effects of brairr derived neurotrophic factor on axotomized retinal ganglion cells in vivo. J Neurosci, 1998,18(3): 1038-1046.

6 Koeberle PD, Ball AK. Neurturin enhances the survival of axotomized retinal ganglion cells in vivo: combined effects with glial cell line-de-rived neurotrophic factor and brain-derived neurotrophic factor. Neuroscience, 2002,110(3): 555-567.

7 Martinou JC, Dubois-Dauphin M, Staple JK, et al. Overexpression of BCL-2 in transgenic mice protects neurons from naturally occurring cell death an experimental ischermia. Neuron, 1994,13(4): 1017-1030.