少突膠質(zhì)細(xì)胞分化的分子機(jī)理研究進(jìn)展

季少平

（河南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，河南 開封，475004）

1 去髓鞘化與疾病

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）內(nèi)，除神經(jīng)元外還有大量的膠質(zhì)細(xì)胞共同參與構(gòu)成了復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)。膠質(zhì)細(xì)胞又可主要分為少突膠質(zhì)細(xì)胞（Oligodendrocyte，OL）和星形膠質(zhì)細(xì)胞，其中OL也是一類高度分化的神經(jīng)細(xì)胞。成熟OL的突起變得膨大并扁平，包裹神經(jīng)元的軸突形成髓鞘（myelination），對(duì)于維持神經(jīng)纖維（軸突）的完整性、信號(hào)（脈沖）傳導(dǎo)的快速和準(zhǔn)確性都十分重要。由成熟OL伸展出的富含脂質(zhì)的髓鞘不僅為神經(jīng)元的軸突提供絕緣、而且為軸突提供營(yíng)養(yǎng)和支持作用，而軸突表面表達(dá)的受體、分泌的分子以電脈沖沿軸突的通過(guò)也促進(jìn)髓鞘形成，OL與神經(jīng)元軸突二者間互相依賴、相輔相成［1－3］。而脫髓鞘化（demyelination）是指一系列的原因不明、過(guò)程緩慢的髓鞘退行性病變過(guò)程，常常導(dǎo)致軸突裸露、甚至降解消失。

近年來(lái)的研究［4－5］表明，由于CNS內(nèi) OL譜系的再生受阻、分化成熟障礙或OL功能低下，導(dǎo)致的髓鞘結(jié)構(gòu)或功能異常與許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，如多發(fā)性硬化（multiple sclerosis）、異染性腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良（Metachromatic leukodystrophy）橫貫性脊髓炎（transverse myelitis）、視神經(jīng)炎（optic neuritis）以及近年研究發(fā)現(xiàn)的部分類型的精神分裂癥等。在起病原因上，OL退化、髓磷脂（myelin）的結(jié)構(gòu)或功能異常是這些疾病的共同表現(xiàn)。那么，是什么原因?qū)е铝薈NS內(nèi)OL來(lái)源的細(xì)胞分化成熟受限或髓鞘形成（myelination）障礙仍不清楚。其正常的調(diào)控機(jī)制、尤其是調(diào)控的分子機(jī)制有待闡明，是哪些調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的異常導(dǎo)致了最終OL的形成髓鞘能力缺陷也是懸而未決。這些不僅是很多臨床醫(yī)生和神經(jīng)科學(xué)家們關(guān)心的問(wèn)題，也是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。人們希望通過(guò)闡明調(diào)控OL分化成熟的機(jī)理，尤其是分子機(jī)制、確定調(diào)節(jié)異常的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、尋找人工干預(yù)的可能方式或干預(yù)靶位點(diǎn)，為臨床應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

2 OL分化進(jìn)程與調(diào)控

在個(gè)體發(fā)育期間，OL譜系的細(xì)胞遷移與分化并行并最終幾乎到達(dá)CNS各處有神經(jīng)元的部位、成為具有髓鞘形成能力的OL。依據(jù)表型和表達(dá)的表面標(biāo)記，不同的研究者對(duì)OL譜系（oligodendroglial lineage）的分化成熟階段的界定略有不同，但大致相似。OL譜系起源于神經(jīng)干細(xì)胞之后的前O2A祖細(xì)胞（pre－O2Aprogenitor）［6］，然后經(jīng)原少突膠質(zhì)細(xì)胞（oligodendroglia progenitor）、少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（oligodendroglia precursor cell，OPC）、前少突膠質(zhì)細(xì)胞（pre－oligodendrocyte）、幼稚少突膠質(zhì)細(xì)胞（immature oligodendrocyte）和成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞（oligodendrocyte）［7－8］。在這 一連 續(xù) 的 分化 進(jìn) 程 中，從OPC到OL的階段最為重要，它涉及到一系列與OL成熟有關(guān)基因的表達(dá)、髓磷脂合成，直至賦予OL髓鞘形成能力。研究［1，9－10］顯示，在 脫 髓 鞘 化 導(dǎo)致的相關(guān)病變時(shí)，OPC相應(yīng)分化階段的細(xì)胞經(jīng)常存在于病灶附近（至少多數(shù)情況下），但不能進(jìn)一步分化成熟，形成具有髓鞘形成能力的OL。這些結(jié)果提示在部分病例，OL的分化成熟障礙是髓鞘退行性病變的普遍現(xiàn)象，甚或是致病原因。這些更表明認(rèn)識(shí)少突膠質(zhì)細(xì)胞分化機(jī)理、人工促進(jìn)其分化具有重要意義。

因此，聯(lián)系到疾病的發(fā)生和潛在的治療價(jià)值，研究髓鞘再生（remyelination）就成了一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。以往，人們?cè)噲D通過(guò)激活基因表達(dá)而促進(jìn)OPC分化，使之成為具有髓鞘形成能力的OL，并希望最終修復(fù)脫髓鞘的軸突。許多研究者試圖篩選能促進(jìn)OPC分化的轉(zhuǎn)錄因子、共激活子或相關(guān)分子，以便作為人工干預(yù)的靶位點(diǎn)。但結(jié)果發(fā)現(xiàn)，很多OL譜系（特異）表達(dá)的相關(guān)分子或轉(zhuǎn)錄因子，如 Hes5、FoxJ3、Id2／4、Sox5／6、Tcf4、ZFP238以及 PDGFR （血小板衍生生長(zhǎng)因子受體）等多是維持OPC增殖、抑制OL譜系細(xì)胞分化成熟的分子［2，11］。甚至，已知的 Nkx2和OLIG1／2等也難以明確具有直接的轉(zhuǎn)錄激活、促進(jìn)細(xì)胞分化作用［12］。因此，探索促進(jìn)OPC分化的新機(jī)制成為研究的重點(diǎn)。

3 解除抑制的調(diào)控模式

最近，一些令人意外的結(jié)果表明，那些似乎是抑制基因表達(dá)的因素，如組蛋白去乙酰化酶（HDAC）和已鑒定的幾種microRNA（miRNA）等卻能促進(jìn)OL譜系的細(xì)胞分化成熟。如條件性敲除HDAC 1和2的基因，引起OPC OL分化受阻，甚至成熟的OL完全消失［13］，而且HDAC抑制劑也能引起OL分化受阻和髓鞘形成延遲［14］，除HDAC 1和2外，還鑒定出HDAC 11有類似作用［15］；不僅如此，microRNA 加工成熟復(fù)合物DICER的條件性敲除，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起OPC的分化嚴(yán)重不足［11，16］，類似的敲除在外周神經(jīng)系統(tǒng)則引起Schwann細(xì)胞分化障礙［17］。由此可見，microRNA對(duì)目的基因表達(dá)的下調(diào)作用對(duì)OPC的分化具有促進(jìn)作用。

值得一提的是，HDAC 1和2除了可能通過(guò)去乙酰化作用修飾抑制基因的啟動(dòng)子區(qū)組蛋白、重構(gòu)（remodel）染色質(zhì)而下調(diào)抑制因子的表達(dá)外，還可與YY1（一個(gè)鋅指蛋白）結(jié)合形成抑制復(fù)合物而直接關(guān)閉抑制基因的表達(dá)［18］?？梢?，在促進(jìn)OL分化的進(jìn)程中，HDAC分子除了通過(guò)去乙酰化、下調(diào)抑制因子基因的表達(dá)外，還具有類似轉(zhuǎn)錄抑制因子樣的直接作用，只是在控制OPC分化進(jìn)程中，其抑制的是抑制因子的基因表達(dá)，反而促進(jìn)了OPC的分化成熟。

另一方面，已鑒定的與OPC分化最為相關(guān)的miRMA 是 miR-219、miR-338、miR-138 和 miR-23等［19］。其中，miR-219可直接下調(diào) PDGFRα、Sox6、FoxJ3和ZFP238的表達(dá)，而這些通常是促進(jìn)OPC增殖同時(shí)抑制細(xì)胞分化的分子；miR-338可抑制Hes5、Sox5／6和 PDGFRα的表達(dá)，這些同樣屬于OPC分化的抑制分子。miRNA是一類約19～23nt的單鏈小RNA分子，它們與蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)合物（RISC）、通過(guò)與目標(biāo)mRNA的某些區(qū)域（通常位于3＇端非翻譯區(qū)）互補(bǔ)而抑制目標(biāo)mRNA的翻譯或降解目標(biāo)mRNA分子［20－21］。相信隨著研究的深入將會(huì)有更多的參與OL分化調(diào)節(jié)的miRMA浮出水面。這些有關(guān)表觀遺傳學(xué)因素的調(diào)節(jié)、小RNA的調(diào)節(jié)的加入，將更加豐富我們對(duì)OL分化分子機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

以往普遍認(rèn)為，組蛋白的去乙?；饔猛ǔＲ种妻D(zhuǎn)錄激活、關(guān)閉基因的表達(dá)，而miRNA通常是通過(guò)抑制翻譯或降解mRNA而下調(diào)或關(guān)閉目標(biāo)基因的表達(dá)，他們都屬于抑制基因表達(dá)的因素。但上述這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果多少有些出乎人們的意料，它們的作用似乎都是在上調(diào)或開放OL分化基因的表達(dá)。那么OL的分化究竟是受到什么樣的方式調(diào)節(jié)呢？這些調(diào)節(jié)方式有什么優(yōu)勢(shì)或特點(diǎn)呢？

通過(guò)對(duì)近期的文獻(xiàn)分析我們可以看出，調(diào)控OL譜系細(xì)胞分化成熟的方式是一種"雙保險(xiǎn)"的措施為主。首先，細(xì)胞表達(dá)一些轉(zhuǎn)錄抑制因子，結(jié)合于OL分化相關(guān)基因的啟動(dòng)子區(qū)，將涉及到從OPC到OL分化的基因和髓鞘形成的相關(guān)結(jié)構(gòu)蛋白基因關(guān)閉；或表達(dá)的轉(zhuǎn)錄抑制因子直接與轉(zhuǎn)錄（激活）因子結(jié)合而扣留它們（類似與競(jìng)爭(zhēng)抑制），取消它們的轉(zhuǎn)錄激活作用。然后通過(guò)表觀遺傳學(xué)（epigenetics）的方法下調(diào)表達(dá)、或用miRAN下調(diào)翻譯等方式，降低或抑制這些抑制因子的表達(dá)和／或抑制它們與轉(zhuǎn)錄激活因子的結(jié)合活性，從而到達(dá)開放OPC分化相關(guān)基因和髓鞘形成有關(guān)基因表達(dá)的目的［11－12］（如圖1所示）。

圖1 OPC分化相關(guān)基因和髓鞘形成有關(guān)基因表達(dá)

細(xì)胞通過(guò)減少或解除對(duì)相關(guān)基因的抑制使得OL譜系的細(xì)胞分化成熟。抑制因子（三聯(lián)體）可直接結(jié)合于相關(guān)基因的啟動(dòng)子區(qū)、關(guān)閉基因轉(zhuǎn)錄，或者直接與轉(zhuǎn)錄激活因子結(jié)合而阻斷后者的轉(zhuǎn)錄激活作用。HDAC1／2要么經(jīng)去乙?；P(guān)閉抑制因子基因的轉(zhuǎn)錄、或者直接與抑制因子復(fù)合物結(jié)合直接關(guān)閉抑制因子基因的表達(dá)。microRNA可下調(diào)抑制因子mRNA的翻譯或直接降解mRNA。解除抑制后的基因得以轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，促進(jìn)OPC向OL分化。

在基因表達(dá)調(diào)節(jié)層面，與直接轉(zhuǎn)錄激活相比，這種"雙保險(xiǎn)"的措施至少便于進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。如通過(guò)miRMA與靶目標(biāo)mRNA序列匹配的程度可定量地降解mRNA或控制目標(biāo)蛋白的翻譯水平，而不是全或無(wú)的調(diào)節(jié)。在另一方面，我們知道OL譜系細(xì)胞的分化成熟是受到嚴(yán)格的時(shí)空調(diào)控的。以這種調(diào)控方式在生理?xiàng)l件下更安全，可有效避免OPC過(guò)早表達(dá)髓磷脂結(jié)構(gòu)蛋白、避免OPC遷移未到位時(shí)分化成熟等。

4 未來(lái)展望

綜上所述，以脫髓鞘化為病理改變的一系列疾病，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中占有重要分量。由于發(fā)病機(jī)理不明、病程復(fù)雜，給治療甚至預(yù)防帶來(lái)困難。普遍認(rèn)為，利用外源OPC的植入將成為一條可能的途徑。對(duì)于那些內(nèi)源OL譜系細(xì)胞缺乏的患者，可考慮體外培養(yǎng)OPC細(xì)胞使之大量增殖后，植入病灶附近然后再刺激細(xì)胞分化成熟；另一條可能的方案為，激活內(nèi)源OPC的分化成熟、取代損傷老化的OL并修復(fù)損害的髓鞘也將是治療這一系列疾病的可能途徑。無(wú)論采取什么樣的途徑，我們首先還要明確OPC分化的機(jī)制以及如何人工啟動(dòng)這些分化開關(guān)。因此，深入探索OL譜系細(xì)胞分化成熟的分子機(jī)制、確立分化調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)或可調(diào)控的靶位點(diǎn)將為可能的臨床應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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