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陈倍楚（综述） 许志恩（审校）
【关键词】 粒细胞集落刺激因子（G-CSF）；脑梗死；神经保护作用
文章编号：1003-1383(2007)02-0201-03中图分类号：R 743.3305文献标识码：A
脑血管病是威胁人类健康和生存的三大疾病之一，长期以来对其造成神经细胞的死亡尚未见有确实有效的治疗方法。脑组织梗死后，如何促进梗死区内神经细胞再生，是促进患者神经系统各项功能改善乃至完全恢复的关键。粒细胞集落刺激因子（G-CSF）是体内重要的造血调节因子。自G-CSF分子克隆和基因合成成功以来，临床上广泛应用于粒细胞减少症、骨髓移植及预防感染等治疗。近年来，中外研究人员在动物实验性研究中证实了G-CSF在急性脑梗死中具有神经保护作用，并在临床应用中逐步使用重组人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF)。本文对G-CSF的生物学的作用、临床应用、治疗急性脑梗死的研究进展及其可能机制作一综述。
一、G-CSF及其重组的生物学作用
粒细胞集落刺激因子（G-CSF）是体内一种多肽链的细胞生长因子，可特异地调节粒系细胞的增殖和分化，并能增强成熟粒细胞的功能，对机体的防御系统有重要意义。人G-CSF是一类低分子量糖蛋白，分子量为17.9—21.8 KD，编码G-CSF的基因位于17号染色体长臂上，其蛋白质由175个氨基酸组成［1］。而重组人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF) 是应用生物工程技术生产的一种造血生长因子，利用DNA重组技术在G-CSF基酸序列的基础上增加一个N末端蛋氨酸而成，生物学活性与天然G-CSF相同［2］。G-CSF广泛存在体内组织和血循环中，主要由单核巨噬细胞、血管内皮细胞、纤维母细胞和骨髓间质细胞产生，此外还可由多种转化或非转化的细胞产生。G-CSF的生物学作用是通过与效应细胞表面特异性受体(G-CSF receptor)结合而产生的。G-CSF与G-CSFR结合后，产生多种生物学效应［3］：使干细胞增殖，并使外周血中性粒细胞增加；增强多核细胞的吞噬活性及杀菌功能；加强依赖抗体的细胞介导的细胞毒作用，增加多核细胞的有关代谢增加；促进多核细胞、单核细胞趋化作用，使之向产生G-CSF的感染灶聚集。 rhG-CSF作用于骨髓中性粒细胞系造血前体细胞，促进其增殖、分化，并促进中性粒细胞的成熟和释放，增强成熟中性粒细胞的功能。自1991年在美国首先上市，近年来在我国临床应用也日益广泛，并取得较好的疗效。目前主要临床应用的有：①用于骨髓移植治疗免疫性疾病。自体外周造血干细胞移植（APBSCT）应用rhG-CSF将患者造血干细胞动员至外周血，并经采集、分选等处理后重新回输患者，使其造血和免疫重建。Sun等［4］通过临床研究发现，单倍体HLA配对的自体同源性干细胞移植，能够阻止移植物抗宿主疾病（GVHD）的进展，提高恶性血液疾病的存活率，是有效的治疗方法。②用于各种肿瘤，如急性白血病的化疗和严重粒细胞减少症。Gomez等［5］在化疗后的病人中使用了rhG-CSF予支持治疗，研究证明其能有效地减少和预防化疗导致的中性粒细胞减少症。③用于非血液系统肿瘤的治疗和治疗感染性疾病等。Von［6］认为，获得性免疫缺陷综合征(AIDS)的治疗除了减少患者身上的病毒载量，同时增强其免疫重建，G-CSF在免疫系统中的特性使得其能成为患者免疫系统重建中的助手。自德国科学家2001年报道了全球第一例自体骨髓干细胞注射到冠状动脉内，并使心功能明显得到改善的临床病例以来，干细胞治疗缺血性心脏病的研究步伐日益加快，最近在心血管也开始把rhG-CSF应用到APBSCT技术中。干细胞移植在心血管中的应用也进入了二期临床实验研究阶段，并取得了相当地疗效。Engelmann等［7］研究认为，在心肌梗死患者应用G-CSF能够改善心肌功能，这可能在梗死区新生血管的增加得到反映。这些研究都引起神经病学学者的极大兴趣，认为G-CSF在脑血管病的治疗中具有光明的前景。
二、G-CSF在脑梗死治疗应用的研究
在世界各国中，脑梗死均有较高的发病率、致残率和致死率，寻找恢复神经功能的途径一直是脑梗死研究的热点。近年来，干细胞的无穷潜力在全世界范围内掀起了干细胞研究热，并且新发现新的突破，在脑血管疾病方面也不例外。骨髓干细胞包括造血干细胞(HSC)和骨髓基质干细胞(BMSCs)或称骨髓间充质细胞（MSC），是多潜能的干细胞，能无限分化和增殖，可定向转化或横向分化，发育为各种类型的细胞，还可跨越胚层界限，分化为内胚层的肝细胞和外胚层的神经元、神经胶质细胞。1999年，Kopen等首先［8］将MSC注入新生小鼠的侧脑室，发现MSC迁移遍整个小脑和前脑，在纹状体和海马，MSC表达胶质纤维酸性蛋白，提示其已经分化为星形胶质细胞；在嗅觉小岛、嗅球、小脑的内颗粒层发现大量的MSC。其不但表达巢蛋白，还表达神经元的特异性表面标记，即神经元特异性烯醇化酶、神经元特异性核内抗原、神经丝蛋白，提示已经分化为神经元。神经系统与造血系统密切相关， G-CSF是体内一种重要的造血调节因子，具有动员造血干细胞、骨髓基质干细胞、内皮细胞的能力。能否利用G-CSF动员体内的骨髓干细胞定向诱导分化为神经干细胞，从而起到神经保护作用，为脑梗死的治疗开辟了一个崭新的研究领域。Schabitz等［9］利用大鼠脑缺血模型静脉注射G-CSF，通过对比脑梗死体积首先证明了G-CSF的神经保护作用。而后，Gibson等［10］通过脐下注射G-CSF的大鼠脑梗死模型中证明G-CSF有减少梗死体积和改善缺血后的神经功能。随着在动物实验中的捷报频繁，国内外学者开始进行了临床观察研究。Shyu等［11］予大脑中动脉急性脑梗死的患者皮下注射G-CSF，通过观察对比治疗后12个月，NIHSS，ESS,EMS和BI等四项临床指标得出结论，临床应用G-CSF治疗急性脑梗死患者确实能促进患者的神经功能恢复。在国内李竟［12］、葛朝莉［13］等也给予缺血脑卒中患者皮下注射G-CSF，通过观察神经功能评分和BI等指标，认为G-CSF应用于缺血脑梗死的治疗能改善患者预后，有效而安全。目前从事研究的学者都认为，G-CSF能动员内源性干细胞，归巢至脑梗死部位，定向分化为神经细胞，起到保护作用。大多数研究都表明了，在急性脑梗死的动物模型中，予皮下注射G-CSF或rhG-CSF,确实能够促进神经功能恢复，引起CD34+细胞、nestin+细胞等指标的变化，起到保护作用。并且逐渐从动物实验上过渡至临床研究，也证明对急性脑梗死患者神经功能恢复起到促进作用。因此，有理由相信，G-CSF应用于治疗急性脑梗死的前景是光明的。一旦G-CSF对缺血脑组织神经保护作用的具体机制得以阐明，并应用于临床，定能为脑卒中的治疗提供新手段，为脑梗死患者带来福音。
三、G-CSF治疗脑梗死的可能机制
G-CSF是如何对脑梗死起到神经保护作用，这一直是人们研究的重点。其可能机制有如下几点：
1.G-CSF通过其受体G-CSF-R，对缺血的神经元起到神经保护作用，这可能是其作用的主要途径。神经元上可有G-CSF的受体G-CSF-R表达，而G-CSF与其受体作用后激活了JAKs-STATs途径。Schabitz等［9］对G-CSF治疗后的脑缺血动物进行研究，发现缺血灶周边区的神经细胞的STAT3水平是升高的,而 STAT3通过激活bcl-2间接地发挥抗凋亡，诱导出神经营养因子或者成纤维细胞生长因子（FGF），给神经细胞提供营养支持。Schneider等［14］在急性脑梗死的大鼠模型中观测到，给予的G-CSF能够有效地通过血脑屏障，并刺激G-CSF-R在中枢神经系统的表达， G-CSF可减少NO的产生，能防止神经元进入程序性细胞死亡。Yanqing等［15］也在脑梗死的动物模型中，通过对比动物的梗死体积、cd34阳性细胞、纤维粘连蛋白、神经功能学评分、存活率、 bcl-2蛋白的表达等，证明使用G-CSF后，能对急性缺血卒中起到神经保护作用，其中认为G-CSF能使bcl-2蛋白的表达增加。
2.G-CSF是骨髓造血干细胞的强有力的动员剂，能够促进骨髓干细胞向神经干细胞定向诱导分化，这也是一种可能存在的机制。目前，很多动物实验研究和临床研究都证明G-CSF应用于脑梗死的治疗，能够减小脑梗死体积，促进神经功能恢复。大多数学者都推测，G-CSF动员使骨髓干细胞迁移至脑梗死部位，并向神经元分化，从而起到神经保护作用。而MSC在体内是如何分化为神经干细胞的，其机制相当复杂。MSC 与宿主脑相互作用导致MSCs 自分泌或旁分泌营养因子增加,可能有助于损伤神经功能的恢复。Mahmood等［15］用脑源性神经营养因子(BDNF) 或神经生长因子(NGF) 进行对MSC 体外培养,发现BDNF 或NGF 组比未用组在脑创伤鼠脑内存活MSC 数量明显增多,神经功能恢复也明显高于未用组,移植存活的细胞表达NeuN、MAP-2 和GFAP ,可见BDNF 或NGF 等能促使MSCs 向神经细胞分化。这些研究都是通过病理观察急性脑梗死模型的动物中CD34+细胞、nestin+细胞等指标的变化，发现神经干细胞比正常对照组增加，分泌的神经营养因子增加，但是什么因素诱导骨髓干细胞迁移至脑梗死部位，向神经元分化的确切调控机理还没有公认的说法。
3.有学者［13］认为，G-CSF还通过其他特别的机制，如抗吞噬作用、抗炎和促进血管再生等机制，起到神经保护作用。Popa-Wagner等［16］认为脉管系统在神经元的再生过程中起了作用，这种作用至今还未被研究深透。现在大多数学者把对CD34+细胞、nestin+细胞［17］作为观察指标，并对G-CSF受体［18］进行研究，以进一步了解G-CSF对急性脑梗死的保护作用机制。故G-CSF对缺血脑组织神经保护作用的具体机制也有待更深的研究。
G-CSF是骨髓造血干细胞的强有力的动员剂，为有效治疗脑梗死提供了新思路。动物实验表明G-CSF的应用确实能减小脑梗死体积，增加神经可塑性和血管再生，改善脑缺血后的功能，起到神经保护作用。目前很多研究都是在观察G-CSF应用后的脑缺血的改善情况，一旦研究能阐明对缺血脑组织神经保护作用的具体机制，将为脑缺血的治疗开辟广阔前景，为脑疾病患者带来福音。
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【关键词】 粒细胞集落刺激因子（G-CSF）；脑梗死；神经保护作用
文章编号：1003-1383(2007)02-0201-03中图分类号：R 743.3305文献标识码：A
脑血管病是威胁人类健康和生存的三大疾病之一，长期以来对其造成神经细胞的死亡尚未见有确实有效的治疗方法。脑组织梗死后，如何促进梗死区内神经细胞再生，是促进患者神经系统各项功能改善乃至完全恢复的关键。粒细胞集落刺激因子（G-CSF）是体内重要的造血调节因子。自G-CSF分子克隆和基因合成成功以来，临床上广泛应用于粒细胞减少症、骨髓移植及预防感染等治疗。近年来，中外研究人员在动物实验性研究中证实了G-CSF在急性脑梗死中具有神经保护作用，并在临床应用中逐步使用重组人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF)。本文对G-CSF的生物学的作用、临床应用、治疗急性脑梗死的研究进展及其可能机制作一综述。
一、G-CSF及其重组的生物学作用
粒细胞集落刺激因子（G-CSF）是体内一种多肽链的细胞生长因子，可特异地调节粒系细胞的增殖和分化，并能增强成熟粒细胞的功能，对机体的防御系统有重要意义。人G-CSF是一类低分子量糖蛋白，分子量为17.9—21.8 KD，编码G-CSF的基因位于17号染色体长臂上，其蛋白质由175个氨基酸组成［1］。而重组人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF) 是应用生物工程技术生产的一种造血生长因子，利用DNA重组技术在G-CSF基酸序列的基础上增加一个N末端蛋氨酸而成，生物学活性与天然G-CSF相同［2］。G-CSF广泛存在体内组织和血循环中，主要由单核巨噬细胞、血管内皮细胞、纤维母细胞和骨髓间质细胞产生，此外还可由多种转化或非转化的细胞产生。G-CSF的生物学作用是通过与效应细胞表面特异性受体(G-CSF receptor)结合而产生的。G-CSF与G-CSFR结合后，产生多种生物学效应［3］：使干细胞增殖，并使外周血中性粒细胞增加；增强多核细胞的吞噬活性及杀菌功能；加强依赖抗体的细胞介导的细胞毒作用，增加多核细胞的有关代谢增加；促进多核细胞、单核细胞趋化作用，使之向产生G-CSF的感染灶聚集。 rhG-CSF作用于骨髓中性粒细胞系造血前体细胞，促进其增殖、分化，并促进中性粒细胞的成熟和释放，增强成熟中性粒细胞的功能。自1991年在美国首先上市，近年来在我国临床应用也日益广泛，并取得较好的疗效。目前主要临床应用的有：①用于骨髓移植治疗免疫性疾病。自体外周造血干细胞移植（APBSCT）应用rhG-CSF将患者造血干细胞动员至外周血，并经采集、分选等处理后重新回输患者，使其造血和免疫重建。Sun等［4］通过临床研究发现，单倍体HLA配对的自体同源性干细胞移植，能够阻止移植物抗宿主疾病（GVHD）的进展，提高恶性血液疾病的存活率，是有效的治疗方法。②用于各种肿瘤，如急性白血病的化疗和严重粒细胞减少症。Gomez等［5］在化疗后的病人中使用了rhG-CSF予支持治疗，研究证明其能有效地减少和预防化疗导致的中性粒细胞减少症。③用于非血液系统肿瘤的治疗和治疗感染性疾病等。Von［6］认为，获得性免疫缺陷综合征(AIDS)的治疗除了减少患者身上的病毒载量，同时增强其免疫重建，G-CSF在免疫系统中的特性使得其能成为患者免疫系统重建中的助手。自德国科学家2001年报道了全球第一例自体骨髓干细胞注射到冠状动脉内，并使心功能明显得到改善的临床病例以来，干细胞治疗缺血性心脏病的研究步伐日益加快，最近在心血管也开始把rhG-CSF应用到APBSCT技术中。干细胞移植在心血管中的应用也进入了二期临床实验研究阶段，并取得了相当地疗效。Engelmann等［7］研究认为，在心肌梗死患者应用G-CSF能够改善心肌功能，这可能在梗死区新生血管的增加得到反映。这些研究都引起神经病学学者的极大兴趣，认为G-CSF在脑血管病的治疗中具有光明的前景。
二、G-CSF在脑梗死治疗应用的研究
在世界各国中，脑梗死均有较高的发病率、致残率和致死率，寻找恢复神经功能的途径一直是脑梗死研究的热点。近年来，干细胞的无穷潜力在全世界范围内掀起了干细胞研究热，并且新发现新的突破，在脑血管疾病方面也不例外。骨髓干细胞包括造血干细胞(HSC)和骨髓基质干细胞(BMSCs)或称骨髓间充质细胞（MSC），是多潜能的干细胞，能无限分化和增殖，可定向转化或横向分化，发育为各种类型的细胞，还可跨越胚层界限，分化为内胚层的肝细胞和外胚层的神经元、神经胶质细胞。1999年，Kopen等首先［8］将MSC注入新生小鼠的侧脑室，发现MSC迁移遍整个小脑和前脑，在纹状体和海马，MSC表达胶质纤维酸性蛋白，提示其已经分化为星形胶质细胞；在嗅觉小岛、嗅球、小脑的内颗粒层发现大量的MSC。其不但表达巢蛋白，还表达神经元的特异性表面标记，即神经元特异性烯醇化酶、神经元特异性核内抗原、神经丝蛋白，提示已经分化为神经元。神经系统与造血系统密切相关， G-CSF是体内一种重要的造血调节因子，具有动员造血干细胞、骨髓基质干细胞、内皮细胞的能力。能否利用G-CSF动员体内的骨髓干细胞定向诱导分化为神经干细胞，从而起到神经保护作用，为脑梗死的治疗开辟了一个崭新的研究领域。Schabitz等［9］利用大鼠脑缺血模型静脉注射G-CSF，通过对比脑梗死体积首先证明了G-CSF的神经保护作用。而后，Gibson等［10］通过脐下注射G-CSF的大鼠脑梗死模型中证明G-CSF有减少梗死体积和改善缺血后的神经功能。随着在动物实验中的捷报频繁，国内外学者开始进行了临床观察研究。Shyu等［11］予大脑中动脉急性脑梗死的患者皮下注射G-CSF，通过观察对比治疗后12个月，NIHSS，ESS,EMS和BI等四项临床指标得出结论，临床应用G-CSF治疗急性脑梗死患者确实能促进患者的神经功能恢复。在国内李竟［12］、葛朝莉［13］等也给予缺血脑卒中患者皮下注射G-CSF，通过观察神经功能评分和BI等指标，认为G-CSF应用于缺血脑梗死的治疗能改善患者预后，有效而安全。目前从事研究的学者都认为，G-CSF能动员内源性干细胞，归巢至脑梗死部位，定向分化为神经细胞，起到保护作用。大多数研究都表明了，在急性脑梗死的动物模型中，予皮下注射G-CSF或rhG-CSF,确实能够促进神经功能恢复，引起CD34+细胞、nestin+细胞等指标的变化，起到保护作用。并且逐渐从动物实验上过渡至临床研究，也证明对急性脑梗死患者神经功能恢复起到促进作用。因此，有理由相信，G-CSF应用于治疗急性脑梗死的前景是光明的。一旦G-CSF对缺血脑组织神经保护作用的具体机制得以阐明，并应用于临床，定能为脑卒中的治疗提供新手段，为脑梗死患者带来福音。
三、G-CSF治疗脑梗死的可能机制
G-CSF是如何对脑梗死起到神经保护作用，这一直是人们研究的重点。其可能机制有如下几点：
1.G-CSF通过其受体G-CSF-R，对缺血的神经元起到神经保护作用，这可能是其作用的主要途径。神经元上可有G-CSF的受体G-CSF-R表达，而G-CSF与其受体作用后激活了JAKs-STATs途径。Schabitz等［9］对G-CSF治疗后的脑缺血动物进行研究，发现缺血灶周边区的神经细胞的STAT3水平是升高的,而 STAT3通过激活bcl-2间接地发挥抗凋亡，诱导出神经营养因子或者成纤维细胞生长因子（FGF），给神经细胞提供营养支持。Schneider等［14］在急性脑梗死的大鼠模型中观测到，给予的G-CSF能够有效地通过血脑屏障，并刺激G-CSF-R在中枢神经系统的表达， G-CSF可减少NO的产生，能防止神经元进入程序性细胞死亡。Yanqing等［15］也在脑梗死的动物模型中，通过对比动物的梗死体积、cd34阳性细胞、纤维粘连蛋白、神经功能学评分、存活率、 bcl-2蛋白的表达等，证明使用G-CSF后，能对急性缺血卒中起到神经保护作用，其中认为G-CSF能使bcl-2蛋白的表达增加。
2.G-CSF是骨髓造血干细胞的强有力的动员剂，能够促进骨髓干细胞向神经干细胞定向诱导分化，这也是一种可能存在的机制。目前，很多动物实验研究和临床研究都证明G-CSF应用于脑梗死的治疗，能够减小脑梗死体积，促进神经功能恢复。大多数学者都推测，G-CSF动员使骨髓干细胞迁移至脑梗死部位，并向神经元分化，从而起到神经保护作用。而MSC在体内是如何分化为神经干细胞的，其机制相当复杂。MSC 与宿主脑相互作用导致MSCs 自分泌或旁分泌营养因子增加,可能有助于损伤神经功能的恢复。Mahmood等［15］用脑源性神经营养因子(BDNF) 或神经生长因子(NGF) 进行对MSC 体外培养,发现BDNF 或NGF 组比未用组在脑创伤鼠脑内存活MSC 数量明显增多,神经功能恢复也明显高于未用组,移植存活的细胞表达NeuN、MAP-2 和GFAP ,可见BDNF 或NGF 等能促使MSCs 向神经细胞分化。这些研究都是通过病理观察急性脑梗死模型的动物中CD34+细胞、nestin+细胞等指标的变化，发现神经干细胞比正常对照组增加，分泌的神经营养因子增加，但是什么因素诱导骨髓干细胞迁移至脑梗死部位，向神经元分化的确切调控机理还没有公认的说法。
3.有学者［13］认为，G-CSF还通过其他特别的机制，如抗吞噬作用、抗炎和促进血管再生等机制，起到神经保护作用。Popa-Wagner等［16］认为脉管系统在神经元的再生过程中起了作用，这种作用至今还未被研究深透。现在大多数学者把对CD34+细胞、nestin+细胞［17］作为观察指标，并对G-CSF受体［18］进行研究，以进一步了解G-CSF对急性脑梗死的保护作用机制。故G-CSF对缺血脑组织神经保护作用的具体机制也有待更深的研究。
G-CSF是骨髓造血干细胞的强有力的动员剂，为有效治疗脑梗死提供了新思路。动物实验表明G-CSF的应用确实能减小脑梗死体积，增加神经可塑性和血管再生，改善脑缺血后的功能，起到神经保护作用。目前很多研究都是在观察G-CSF应用后的脑缺血的改善情况，一旦研究能阐明对缺血脑组织神经保护作用的具体机制，将为脑缺血的治疗开辟广阔前景，为脑疾病患者带来福音。
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