許夢杰 杜 江 綜述 王 斌 審校

1.南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院兒科中心（廣東廣州 510280）；2.廣州市炎癥與免疫性疾病重點實驗室（廣東廣州 510280）

缺氧缺血性腦?。╤ypoxic ischemic encephalopathy，HIE）是指大腦的血液和氧氣供應不足而導致的嚴重腦損傷。盡管胎兒監(jiān)測和新生兒重癥監(jiān)護醫(yī)學不斷改進，圍產(chǎn)期HIE仍然是新生兒死亡和永久性神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥的重要原因，如腦癱，智力低下，學習障礙和癲癇等[1]。目前HIE的主要臨床治療包括，抗驚厥藥、低溫治療以及液體和電解質(zhì)管理，但療效并不明確。由于目前新生兒HIE發(fā)病率仍較高，因此需要尋求更有效的治療方法[2-3]。

粒細胞集落刺激因子（granulocyte colonystimulating factor，G-CSF）是一種骨髓干細胞動員劑，主要作用于中性粒細胞系造血細胞的增殖、分化和活化，臨床主要用于預防和治療腫瘤放療或化療后引起的白細胞減少癥[4]。越來越多的證據(jù)表明，G-CSF 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)有著重要的神經(jīng)保護功能，G-CSF介導的腦保護作用的潛在機制是抗細胞凋亡，誘導內(nèi)源性神經(jīng)與血管形成的再生以及抗炎作用等[5]。但其確切的神經(jīng)保護機制尚不明確。本文綜述G-CSF 在治療新生兒缺氧缺血性腦病中的信號傳導通路、腦保護機制，以及G-CSF聯(lián)合其他藥物治療HIE的方法。

1 G-CSF腦保護作用的 信號傳導通路

G-CSF 通過結合特定的G-CSF 受體（G-CSF receptor，G-CSFR）而產(chǎn)生相應的效應。G-CSFR 是一種I 型跨膜蛋白，其胞外結構由免疫球蛋白樣結構域、細胞因子受體同源結構域和三個纖連蛋白結構域的復合物組成，胞內(nèi)結構由三個氨基酸序列組成[6]。G-CSFR不僅存在于多種造血細胞，如嗜中性粒細胞，單核細胞和血小板上，還存在于非造血細胞，如內(nèi)皮細胞，神經(jīng)元細胞，神經(jīng)膠質(zhì)細胞，室管膜細胞和脈絡叢細胞等細胞中。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，G-CSFR 廣泛但不均勻地分布于海馬CA 3 區(qū)、齒狀回、嗅球、大腦皮層的錐體細胞、小腦、腦干的浦肯野細胞、腹側外側核以及內(nèi)側和外側丘腦[7-8]。成年人大腦缺血損傷后，G-CSFR 在神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的表達上調(diào)，而新生兒在缺氧缺血損傷后大腦同樣有G-CSFR的表達，且表達量明顯高于正常大腦[9]。當G-CSF與G-CSFR 結合后，主要是通過三條信號通路來發(fā)揮神經(jīng)保護作用的：兩面神激酶/信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子（Janus Kinase/ Signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT）、Ras/絲裂原活化蛋白激酶（Ras/Mitogen-activated protein kinase，Ras/MAPK）、磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B（Phosphatidylinositol 3-kinase/ Protein Kinase B，PI3K/Akt）[10]。

1.1 JAK/STAT通路

當G-CSF與受體結合后，活化G-CSFR引發(fā)JAK激酶的磷酸化并隨后募集STATs 等轉(zhuǎn)錄因子，進一步影響細胞核內(nèi)的基因表達。STATs 家族由STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6組成，其中STAT1、STAT3、STAT5參與G-CSF誘導的細胞增殖、分化及抗細胞凋亡作用[11]。研究發(fā)現(xiàn)，局灶性腦缺血大鼠在給予G-CSF治療后，梗死半影區(qū)神經(jīng)元上的STAT3表達上調(diào)，STAT3通過激活bcl-2來介導抗細胞凋亡功能，除外STAT3 表達上調(diào)還可增加腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子或堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）為神經(jīng)元提供營養(yǎng)支持[12]。

1.2 Ras/MAPK通路

MAPK 可分為4 個亞族：ERK、p 38、JNK 和ERK5。G-CSF與受體結合后可激活Ras蛋白，進而活化神經(jīng)元上的ERK，其中ERK 1/2 的短暫激活以及ERK5強烈而持續(xù)的激活在抗神經(jīng)細胞凋亡中發(fā)揮作用[13]。實驗中發(fā)現(xiàn)，G-CSF通過一系列細胞內(nèi)途徑減弱高糖、游離脂肪酸和低氧引起的人腦血管內(nèi)皮細胞損傷，其中包括調(diào)節(jié)ERK1/2的激活及JNK和p38的失活[14]。還有實驗證明，ERK 1 和ERK 2 為神經(jīng)營養(yǎng)因子，而JNK3 及ERK5 則有提高神經(jīng)元存活率的作用[15-16]。

1.3 PI3K/Akt通路

研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF 在抗神經(jīng)元細胞凋亡作用中，PI 3K/Akt 途徑起到了最顯著的作用[13]。在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，G-CSF 與受體結合后通過PI 3K/Akt 途徑抑制糖原合成激酶3β（Glycogen synthesis kinase-3β，GSK-3 β）活性來減弱新生SD 大鼠缺血缺氧后的神經(jīng)細胞凋亡、神經(jīng)炎癥和血腦屏障的破壞[17-18]。研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF 在腦出血后通過增強PI 3K/Akt 信號通路活性，促進B 淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）基因和血管內(nèi)皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）表達，減少神經(jīng)細胞凋亡，增加血容量，改善腦出血后神經(jīng)功能和促進血管生成[19]。

2 G-CSF 的神經(jīng)保護作用機制

2.1 抗凋亡

HIE 神經(jīng)元受損的主要機制之一就是細胞凋亡，而成熟度低的大腦在缺血后則會出現(xiàn)更嚴重的細胞凋亡[20]。在新生大鼠實驗中，G-CSF 與受體結合后，通過多種途徑抑制細胞凋亡誘發(fā)的程序性細胞死亡，從而保護神經(jīng)元[9,18,21]。G-CSF通過JAK/STAT3信號傳導途徑上調(diào)Pim-1基因表達，從而增加抗凋亡蛋白Bcl-2的表達水平，抑制促凋亡蛋白Bax調(diào)節(jié)細胞色素c 從線粒體釋放，進一步抑制凋亡執(zhí)行蛋白半胱天冬酶3（Caspase 3）的激活，從而抑制細胞凋亡[9]。研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF 通過PI 3K/Akt 途徑抑制下游GSK-3β表達水平，從而減少凋亡神經(jīng)細胞數(shù)目及大腦梗塞面積[18,21]。

2.2 抗炎

在腦損傷時誘發(fā)炎癥反應已被大家熟知，包括中性粒細胞浸潤，小膠質(zhì)細胞活化和循環(huán)單核細胞數(shù)量的增加。在缺血期間，炎癥因子，如IL-1、IL-6、TNF-α、TGF-β和趨化因子由多種活化細胞產(chǎn)生，包括內(nèi)皮細胞，小膠質(zhì)細胞，神經(jīng)元，血小板，白細胞和成纖維細胞[22-23]。缺血缺氧新生大鼠給予G-CSF治療后，炎癥因子核因子κB激酶抑制劑（Inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKKβ），NF-κB，TNF-α，IL-1 β 和IL-12 下調(diào)，而抗炎細胞因子IL-10 表達增強[17]。在早產(chǎn)羊HIE模型中發(fā)現(xiàn)，G-CSF治療可減少腦部炎癥，明顯降低小膠質(zhì)細胞的高度特異性標志物離子化鈣結合銜接分子1（Ionized calcium binding adapter molecule 1，IBA-1）的水平，即說明G-CSF抑制了小膠質(zhì)細胞增殖來減少腦部炎癥反應[24]。

2.3 穩(wěn)定血腦屏障

血腦屏障是一種高度?；膬?nèi)皮結構，可作為生化屏障，將腦組織與血液中循環(huán)的物質(zhì)分開，并維持腦微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。由于新生兒血腦屏障發(fā)育尚未成熟，當發(fā)生缺血缺氧時極易引起血腦屏障連接復合體的破壞，可進一步加重腦水腫損傷，這是HIE 腦損傷和腦組織損傷的重要原因之一[25]。在新生大鼠HIE模型中，G-CSF 能夠通過降低β-連環(huán)蛋白磷酸化和通過G-CSFR/PI3K/Akt/GSK-3β途徑的p120-連環(huán)蛋白磷酸化來減少血腦屏障的破壞[17]。在同一模型中還發(fā)現(xiàn)，給予G-CSF 治療后，HIE 新生大鼠腦水含量下降，說明G-CSF保持血腦屏障的完整性的作用[26]。

2.4 抑制下丘腦-垂體-腎上腺（Hypothalamuspituitary-adrenal gland，HPA）軸活性

腦損傷包括胎兒在宮內(nèi)的缺氧會上調(diào)HPA 軸的活性導致基礎血漿皮質(zhì)醇水平升高，而出生后若早期降低HPA 軸活性可以預防顱內(nèi)出血等與缺血缺氧性腦損傷相關的顱腦神經(jīng)損傷[27]。在HIE新生大鼠中發(fā)現(xiàn)，G-CSF通過激活JAK2/PI3K/PDE3B途徑降解細胞內(nèi)cAMP，從而抑制HPA軸活性來降低腎上腺皮質(zhì)酮合成，進一步減小腦梗死面積，逆轉(zhuǎn)體重減輕，減少腦水含量，減少神經(jīng)細胞凋亡等來實現(xiàn)對神經(jīng)的保護作用[26,28]。

2.5 促進神經(jīng)血管再生

在腦組織缺氧缺血時，VEGF 與受體結合后可刺激血管與神經(jīng)再生實現(xiàn)對腦組織保護作用。當腦組織缺氧缺血時，氧分壓及二氧化碳分壓的失衡刺激VEGF的分泌增加，進一步誘導血管生成，提高血流灌注，改善氧合，減輕腦損傷及神經(jīng)細胞凋亡，促進神經(jīng)發(fā)生[29-30]。在急性缺血性腦損傷大鼠中，G-CSF治療組的VEGF表達強度顯著高于對照組，提示G-CSF在缺氧缺血性腦損傷中可能通過提高VEGF的表達水平實現(xiàn)血管生成及神經(jīng)再生的保護作用[31]。

2.6 動員造血干細胞

G-CSF是一種強大的骨髓干細胞動員劑，可刺激自體骨髓干細胞的增殖，并動員骨髓干細胞從骨髓進入外周血。研究證明，G-CSF可直接動員骨髓干細胞，促使外周血中的大量骨髓干細胞向腦缺血區(qū)遷移，形成內(nèi)源性骨髓干細胞移植，使大腦梗死灶周圍的CD 34+細胞明顯增多，大腦梗死灶減小，神經(jīng)功能修復能力增強，動物生存率提高[32-33]。在HIE早產(chǎn)羊模型中，早產(chǎn)羊接受G-CSF治療后外周血中CD34+細胞在白細胞中所占比例明顯提高，治療組在神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞再生，增強髓鞘再生能力方面優(yōu)于非治療組。這一結果也說明G-CSF在HIE中發(fā)揮神經(jīng)保護作用與動員造血干細胞密切相關[34]。

3 聯(lián)合治療

HIE 在臨床上是一種需要綜合治療的疾病，目前研究者也在不斷探索G-CSF與其他藥物聯(lián)合治療HIE的方法，以更好促進受損神經(jīng)的恢復。在新生大鼠動物試驗中，G-CSF與抗中性粒細胞胞抗體聯(lián)合治療可顯著減少大腦梗塞體積，改善神經(jīng)功能且能同時減少中性粒細胞計數(shù)，提高用藥的安全性[35]。G-CSF和促紅細胞生成素的組合療法不僅協(xié)同改善行為功能，而且還促進神經(jīng)發(fā)生和血管生成，同時降低星形膠質(zhì)細胞反應，減輕HIE新生大鼠的腦損傷[36]。在HIE大鼠模型中，G-CSF與干細胞因子聯(lián)合治療不僅可以在預防腦萎縮方面起到協(xié)同作用，還可以顯著改善神經(jīng)功能[37]。上述研究顯示，G-CSF與其他藥物的聯(lián)合治療在HIE治療上有很好的發(fā)展前景，不僅可以增強神經(jīng)保護作用，還可以提高用藥的安全性，但如何選用最好的治療組合仍需不斷地進行探索。

綜上，在動物模型中，G-CSF 被證實可通過抗凋亡、抗炎、穩(wěn)定血腦屏障、抑制HPA軸活性、促進神經(jīng)血管再生及動員造血干細胞等多種機制，在HIE中發(fā)揮神經(jīng)保護作用。近年來，G-CSF 在治療成人神經(jīng)損傷性疾病上已進行I期、II期臨床試驗，在新生兒HIE治療及改善預后等方面可能也具有廣闊的前景。但在G-CSF在真正運用到HIE臨床治療前，仍需進一步探討其作用機制、最佳劑量、治療時間窗及不良反應等。