神经生长因子与视觉损伤
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摘要 神经生长因子是近十年神经生物学研究的主要内容和热点之一。本文综述了从神经生物学的各个方面如神经胚胎发育学、神经生理、神经化学、神经免疫、神经病理和神经药理对神经生长园子的研究进展．并阐述了视觉系统损伤和修复等与神经生长园子的关系．讨论了其在临床医学应用状况和眼科学的应用前景。
关键词 神经生长因子
Bucker(1948)首先报道将小鼠肉瘤s一37；S～180接种于三天鸡胚的绒毛膜尿囊内，发现其旁周的脊神经节长出的感觉神经纤维进入肿瘤组织内，同时诙脊神经节由于感觉神经元数目和体积增大而增大，约大于对侧脊神经节的33％，感觉和交感链增大了2O％ 。Levi—Montaleini(1951)和Cohn(1960)在该肿瘤小块分离出一种促进神经生长的因子(Nerve Growth Factor—NGF)。神经生长因子的发现为神经生物学开创了新的领域，从分子水平上加深了对神经元生长、分化和其执行功能的认识，推进了神经生物学的发展。
由于Levi—Montalcini和Cohn在神经生长因子方面的杰出工作，她们荣获了1986年诺贝尔生理医学奖。基于她们的研究，人们对许多疾病产生了新的认识，包括发育异常，老年性痴呆症中退行变性，伤12I愈合和肿瘤，视神经损伤和再生等。我国对NGF的研究和临床应用是近来才起步的。在临床神经疾病的应用上，只见未公开发表的刊物上两篇少量病例报道，无视神经疾病包括外伤及眼底疾患的临床应用报道。以下就国外对NGF在视觉系统包括视网膜、视神经损伤后修复和再生的作用的研究进展作一回顾，井展望其在临床医学及眼科学的应用前景。
一、视神经再生
视神经的再生，实际上指视网膜节细胞轴突的再生，这在低等脊椎动物如蛛螈和金鱼容易发生。而在哺乳动物的视神经损伤后．不能选择性再生，在外膝体和上丘部位的损伤所引起的视神经轴突退行性变性将造成永久性全盲，但近十年来已证实视神经轴突开始生长的阶段，哺乳动物的视觉系统有明显的侧支发芽及可塑性变化。
Sperry(1944)等分别用组织学、电生理学及行为学方法研究金鱼、青蛙和鸡的视神经损伤后再生。他将青蛙的视神经切断，并使其眼球旋转180度，3周后当视神经已再生、蛙的视功能在恢复时，发现它所表现的视觉行为发生倒置，对于放置蛙眼后上方的诱饵，蛙总是扑向前下方，认为再生的视神经纤维已从颠倒了的视网膜长回到顶盖中原来的靶区。Meyer(1980)分别损伤金鱼的视网膜、视神经或中脑顶盖，发现动物存活一段时间后．再生的视神经轴突仍会准确无误地走向以前的靶区井形成突触连接。
McQuarrie(1982)在视神经挫伤后1周，如手术清创神经管，可解除视神经的缺血．有助于视神经的再生，可恢复光感，但光感不能维持很长时间。Schneider(1973)在小鼠视网膜或成年金黄地鼠的视神经纤维损伤后可观察到视纤维有限度地再生，说明从成体哺乳动物的实验性损伤视神经，视网膜节细胞是可以再生的．恢复了光冲动传人的形态学基础。Ireland(1989)研究视纤维在上丘臂处损伤后对视纤维生长和视行为的影响，在出生后第四天或以后损伤金黄地鼠的右上丘臂，没有视纤维能生长过损伤区，而在出生后3天内损伤上丘臂，视纤维生长过损伤区并与上丘建立有行为功能的联系，动物保留朝向反应，虽然视神经在出生后10天内有明显的生长能力，可能由于少突胶质细胞分泌的神经生长抑制因子及视纤维形成的胶质疤痕使视纤维不能延伸。Yoon(1972)发现如果切除金鱼的一半顶盖，完整的视网膜最终能以一种有序的形式投射到剩余的部分顶盖上，使视网膜图像得以保持，即整个视网膜的投射，被会“压缩”到所剩余的顶盖部分。ron(1985)、So(1992)[2]在视网膜和视神经上进行中枢神经再生实验，切除一段视神经而以一段自体坐骨神经替代，结果发现有新的视神经纤维生长人移植的坐骨神经，全长为20-30 n1m，用光刺激视网膜，再生的轴突产生电活动，表明有一定程度的功能恢复。
McConneU(1982)发现体内观察视网膜内轴突有良好的再生能力，表现为树突上可产生棘状突起，视神经轴突可长距离生长，最终可与靶器官形成突触联系，再生速度与发育中的生长速度类似，为每天2 1yfn。Keirstead(1985)在太鼠、Diao(1987)在金黄地鼠的坐骨神经移植段做单根纤维记录，用光刺激跟，记录到很多纤维的光反应，其中一部分类似正常神经节细胞的感受器，例如可记录“给光反应”、“撤光反应”及“给光一撤光反应”单位，表明视网膜节细胞再生的轴突对视网膜光刺激有正常反应，可能会恢复部分视功能。Agtmyo(1989)f3 用坐骨神经替代视神经模型做实验，将坐骨神经的一端移植到切断的视神经上，将另一端植人同侧的上丘，同时将另一只眼球除去，存活一段时间后，用微电极在上丘中记录，记录到了对光反应的细胞，说明再生的视纤维与上丘建立了功能上的联系。Lund(1980)等一系列实验也证明视网膜节细胞发生出的轴突必须与宿主的视觉中心连接起来，所形成的连接具有高度特异性，这一点已为电生理、行为学、瞳孔对光反射的实验结果所证实。
二、神经生长因子
(一)NGF概述
NGF是第一个被发现的神经营养因子，主要来源于唾液腺如颌下腺、前列腺、蛇毒及脑内胆碱能神经元支配区，其中以成年雄性小鼠的领下腺最高。小鼠的领下腺NGF是7 sinGF的高分子物，其中含有α、β、γ三个亚单位，分子量为14万道尔顿，具有生物活性的是其B亚基，为一种二聚体和三个二硫键共价结合起来的两条链。NGF的生物作用需要在靶细胞表面有一个特异的受体。
NGF对神经系统的生物作用可概括为两大类：其一是，NGF具有使神经细胞存活率增高的活性(生存活性)，如可保持中枢神经系统的基底前脑和纹状体的胆碱能神经元以及视网膜节细胞的存活。其二是，促进神经细胞的神经突起生长活性(突起伸长活性)．如促使交感神经和感觉神经元突起的长出，诱导突起的定向生长，决定神经纤维生长的方向，另外，还可促进视网膜节细胞轴突的再生和视神经纤维的延长。
(二)眼源性NGF及视觉系统NGF受体
1．眼源性NGF
Turner(19舯)[41将一片组织植人前房内，移植组织原来的神经纤维组织变性，而受到虹膜神经纤维的再支配，这种神经支配是在NGF驱使下进行的。在鼠单眼前房内注人125tNGF．放射性物质聚集在注射侧的颈上神经节(SCG—Superior Cervical Garglion)90％ INGF通过虹膜神经末梢措轴突逆行运输至ScG，只有少量神经元被标记(说明这些神经元支配虹膜)。自显影电镜和细胞组化研究表明，在神经末梢和轴突NGF存于小泡，未发现细胞核和细胞质中有游离的NGF。
Korching(1986)l5 还发现在成年大白鼠视神经和顶盖中，每克组织NGF含量为O07±0 01 ，但比海马低二十倍，以上说明在动物虹膜，视神经中存在内源性NGF。Hayashi(1990)l6 证实在猕猴视皮质也含有NGF．含量为5-10 Pg／g脑组织。
2．视觉系统NGF受体
Lund(1986)证实在视网膜节细胞Mflller细胞有NGF受体。Yah(1988)LsJ对在个体发育中的大鼠视网膜、视神经和视束的检测都发现存在有NGF受体。另外，在视系统的上丘、外侧膝状体、顶盖前区和视交叉上核内的视网膜节细胞轴突终末存在NGF受体，它能与NGF结合进行逆行性转运。Carmivnoto(1990) J也在视网膜节细胞、外膝体、视皮质发现低亲和性NGF受体的编码他(1991)[10]又采用125INGF交联和免疫沉淀法证实鼠视网膜节细胞可表达P7 GF 和p140trkA， 而两者都包涵在NGF受体中。Merighi(1992)采用原位核酸杂交法证实了人类视网膜节细胞也存在p,40 ，而P 40被普遍认为具有调节NGF的生物效应的作用。
(三)NGF与视神经再生
冷血脊椎动物如瓜蟾属的视神经，受损伤后能够再生，甚至能够恢复其视力．而象成年哺乳动物的视神经是没有再生能力的。近十年在啮齿动物小鼠、大白鼠、金黄地鼠损伤视神经，采用植人或桥架自体外周神经段、胚胎视网膜组织块或用胶原I型半透明管，以及体外视网膜组织块的培养，都证实哺乳动物(包括成体)的视神经具有再生能力，并进一步发现在视神经损伤之后该损伤区有促进轴突再生的生物大分子如NGF，电镜观察到神经节细胞的再生轴突，尤其是靶组织内形成有功能的突触样结构。Garmingnoto(1989)认为NGF对视觉系统有作用，在视网膜水平上NGF可以促进成年小白鼠视神经切断后视视网膜节细胞的存活。Turner(1988)Lllj认为通过应用NGF刺激视网膜节细胞再生是恢复视功能的方法之一，在小白鼠视神经损伤后发现该损伤区有促进轴突再生的NGF等生物太分子，电镜也观察到神经节细胞的再生轴突，尤其是在靶组织内形成有功能的突触样结构。Turner(1979)切断蝾螈视神经轴突，眼内注射200个生物单位NGF，光镜和电镜证实NGF可以促进视网膜节细胞的反应，认为在NGF蝾螈视神经突切断后可刺激视神经再生和视网膜节细胞对轴突切断后的反应，其机理主要是刺激其依赖DNA的RNA合成。蝾螈视系统作为一个神经再生的模型，可以作为NGF调节的中枢神经再生反应的理想模型。
Turner以后一系列实验证明NGF及其抗血清对蝾螈、金鱼的视神经再生有影响。Turner(1980)[12 J认为蝾螈和金鱼一样，都可作为良好的视神经再生模型，在切断视神经后，眼内注射NGF一周后，视网膜节细胞胞体、核仁明显增大．50％ 的核细胞进入核分裂期，两周后核活动明显，DNA、RNA台成增多，高尔基体、线粒体也增多，核及核周体增大，说明NGF可以加速切断了视神经的修复和再生。Turner(1981)El3]在体外应用NGF抗血清能阻止金鱼视网膜节细胞轴突向外生长，球内注射和玻璃体内注射NGF抗血清，视网节细胞明显减少，核仁七天后缩小45％，视神经轴突再生指数(nel1rite growth index—NGI)下降至70％ ，用纯抗血清核仁可缩小至58％ ，金鱼的视神经再生和对NGF反应比蝾螈还强烈。在有尾两栖动物用抗NGF血清并不能完全阻止视神经再生。在新生猫、鼠中可阻止97％～99％的视神经再生，这反过来证明NGF在视神经损伤后修复和再生的重要作用。Henry(1982)给予金鱼眼内注射外源性NGF，可缩短金鱼视神经恢复对光的紧张性反应时问的20％-24％，推测在人视神经再生中可能在NGF样分子起作用。Mallei(1994)[14]在视网膜神经节细胞轴突切断损伤后能通过提供NGF或FGF(fibmblast growth factor)，视网膜节细胞可免于死亡。Th (1988) 151在眶内段切断小鼠视神经后，神经节细胞发生逆行性变性，小胶质细胞吞噬神经节细胞，如给予NGF和bFGF(basic fibroblast growth factor)可阻止神经节细胞坏死，促进视神经轴突再生。
(四)眼科临床应用前景
目前视觉系统的一些疾病如视网膜色素变性、视神经炎、眼挫伤、青光眼等所引起的视神经萎缩以及缺血性视神经病变、黄斑洞、视网膜脱离术后视功能羞者等仍无较好的治疗方法，由于NGF在一系列实验表明对视网膜节细胞存活、视神经纤维再生有作用，作者认为NGF可以作为神经生物制剂对以上眼病的治疗进行探讨。
1．缺血性眼病及视网膜疾患
Siliprandi(1991)E16 J在猫和鼠采用升高眼压至110～ 120mrnHg(14．63～ 15．96kPa)，然后降至正常导致视网膜缺血的模型．观察NGF对其缺血的视网膜有无神经节细胞功能恢复的作用。视网膜完全缺血60分钟后30天分别记录闪光视网膜电图(FERG)和图型视网膜电图(PERG)，用甲苯酚染色评估缺血后视网膜节细胞的存活数目。每隔一天玻璃体内注入NGF，每次30g，每周3次，共30天。结果表明，NGF组对FERG影响不明显，而视力、PERG、对比度阈值受到严重影响，PERG在低空间频率严重下降，高空间频率(1．6周／度)记录不到反应，视网膜细胞数目减少，给予NGF后PERG在所有幅值空间频率的下降幅度明显减小，在高空间频率(1．6／N度)可记录到反应，视力和对比度阈值、PVEP可正常，视网膜节细胞数目增多，表明眼内注入NGF，可以促进视网膜节细胞的存活和功能的持久恢复。NGF这种保护作用的机理可能为NGF通过减少钙离子进入缺血后视网膜神经元的细胞内。作者认为NGF可以作为一个全新的治疗缺血性眼病的药物治疗手段，可以设想NGF对以下缺血性眼病有作用：如视网膜中央动脉、中央静脉栓塞，视网膜分支动脉、静脉栓塞，低灌注压性视网膜病变，糖尿病性视网膜病变，缺血性视神经病变等。NGF还可使某些神经母细胞分化成神经元细胞，可望应用NGF治疗视网膜母细胞瘤另外，NGF可能对视网膜脱离、黄斑洞手术或激光治疗后视功能的恢复起促进作用。
2．弱视
弱视是视觉神经系统受到功能性损伤，表现为投有器质性病变的视力下降。Beran—di(1991)在小白鼠视皮质证实NGF可以阻止单眼视觉剥夺后优势眼的分布，说明NGF可以预防鼠视觉剥夺对其视皮质的影响。Domenici(1991)[18一发现在59只单眼剥夺性弱视小白鼠反复多次玻璃体腔内注射或眼局部应用NGF后，其视力、对比敏感度和视皮质结构可恢复正常，认为两只眼输入到双眼性视皮质神经元有竞争，这种竞争活动有神经营养因子参加，而视觉剥夺眼的视觉传人不足、双眼竞争者，是由于神经营养因子的不足，造成视觉传人突触的效率很低，而外源性NGF可以直接作用于视路神经元，保持从视觉剥夺眼到视皮质的功能性输入。Berandi(1993) 在单眼视觉剥夺小白鼠观察视皮质和外膝体NGF治疗前后的变化，发现给予外源性NGF在视皮质完全可以防止其神经元的主视眼分布的改变、视觉剥夺眼视力的丧失以及小蛋白免疫力(Parva—LI)的显著下降；在外膝体可以阻止视觉剥夺眼相应的外膝体细胞层神经元的萎缩，这表明NGF对外膝体一视皮质通路的可塑性方面起作用。Carmingnoto(1993)在33只单眼视觉剥夺幼猫，通过一个泵管道系统反复给其玻璃体腔注入从成年小白鼠颌下腺提纯出的。NGF，单位放电记录视皮质对正弦光栅的视觉诱发反应以及用甲笨酚视网膜铺片评估外膝体A和A1层的胞体大小，发现NGF治疗后视皮质双眼性神经元明显增多，外膝体剥夺眼细胞层萎缩减少，阻止剥夺眼的视力丧失，恢复双眼性功能联系。其机理可能为NGF能够保持剥夺眼到初级视皮质的功能性输入，经NGF治疗后幼猫视觉剥夺眼的皮质神经元某些特性如方向选择性、空间频率调谐曲线可以恢复接近至正常。基于以上一系列实验，可以设想NGF对儿童弱视尤其是视觉剥夺性弱视有治疗价值。
3．视神经炎症、外伤、萎缩
Carmignoto(1989)认为NGF 对视觉系统有作用，在视网膜水平上，NGF可以促进成年小白鼠视神经切断后视网膜节细胞的存活。McQuarrie(1982)认为在视神经挫伤后1周，如手术清创神经管，可解除视神经缺血，有助于视神经的再生，可恢复光感，但光感不能维持很长时间。如同时给予NGF，光感维持时间可延长。Turner(1979，1980，1981)[12,13j在蝾螈和金鱼一系列实验表明在动物身上NGF可保持视网膜节细胞的存活，促进节细胞轴突的再生和视神经纤维的生长。基于以上的实验，可以设想NGF对于视网膜震荡、视神经挫伤、外伤性及青光眼性视神经萎缩可能有一定的治疗价值。
4．眼球移植一人类的梦想
可以想象将来视网膜移植、视神经移植及眼球移植的成功，可能要建立在先对视神经纤维及血管在显微解剖下的对应缝合，用NGF或其它生长因子如成纤维生长因子及血管生长因子促使移植眼球血液循环的重建，视功能的恢复，眼球才有功能；如眼球能够成功地移植，将会使许多盲人重见光明，这一点对人类及医学科学的发展是多么重要和迫切。只要眼科学家和神经科学家们不断地努力，这个梦想将来一定会实现。
参考文献（略）
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