細(xì)胞外基質(zhì)蛋白調(diào)控多發(fā)性硬化癥髓鞘再生的研究進(jìn)展

楊 璐， 張 寧， 魏爽爽， 王思齊， 顧金海， 牛建國(guó)， 王 鵬

（1.寧夏醫(yī)科大學(xué)顱腦疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750004； 2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院病理科，寧夏醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，銀川 750004； 3.寧夏醫(yī)科大學(xué)，銀川 750004）

細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是由多種大分子構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自然沉積在細(xì)胞周圍，為細(xì)胞提供支撐和附著點(diǎn)[1]。ECM 在細(xì)胞存活、遷移、增殖、分化和基因表達(dá)過(guò)程中起著重要作用，形成神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境。ECM 蛋白組裝缺陷、產(chǎn)量減少或ECM 蛋白過(guò)度積累與病理有關(guān)。在各種神經(jīng)變性和神經(jīng)炎性疾病中，ECM 的組合物發(fā)生明顯改變。多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）是一種由免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的慢性中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）疾病[2]。CNS 脫髓鞘后，廣泛的ECM 重塑導(dǎo)致其表達(dá)譜在慢性MS 病灶中發(fā)生改變。研究[3]發(fā)現(xiàn)，纖粘連蛋白（fibronectin，F(xiàn)n）以聚集體的形式持續(xù)存在，阻礙少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（oligodendrocyte progenitor cells，OPCs）的分化，從而抑制髓鞘再生。在正常情況下，髓鞘再生是脫髓鞘后的自然反應(yīng)，這有賴于損傷組織的ECM 重塑，但在慢性和進(jìn)展性MS 中，ECM 重塑往往失敗。ECM 重塑受到多種蛋白質(zhì)和酶的嚴(yán)格調(diào)控，其中基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是細(xì)胞外基質(zhì)調(diào)控系統(tǒng)中一個(gè)重要的蛋白酶家族[4]，是已知的可降解纖粘連蛋白聚集體（fibronectin aggregates，aFn）的酶[5]。在MS 中，多種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白表達(dá)譜發(fā)生改變，同時(shí)參與髓鞘再生的調(diào)控。本文就細(xì)胞外基質(zhì)蛋白調(diào)控MS 髓鞘再生的研究作一綜述。

1 MS 病理特征

MS 是一種慢性CNS 炎癥性和退行性疾病，該病會(huì)導(dǎo)致脫髓鞘和神經(jīng)變性[6]。MS 早期被歸類為器官特異性T 細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病，然而B(niǎo) 細(xì)胞靶向治療的成功推翻了這一觀點(diǎn)[7]。現(xiàn)已明晰環(huán)境因素和易感基因與該病的發(fā)病有關(guān)。MS 的典型病理特征是靜脈周圍炎性病變，形成脫髓鞘斑塊，但病因尚不清楚?；顒?dòng)性斑塊最常見(jiàn)于疾病早期，而在后期則以不活動(dòng)性陰影斑塊為主[8]。炎性浸潤(rùn)中含有T 淋巴細(xì)胞，以MHC-Ⅰ類限制性CD8+T 細(xì)胞為主，也有少量的B 細(xì)胞和漿細(xì)胞[9]。炎癥會(huì)導(dǎo)致少突膠質(zhì)細(xì)胞損傷和脫髓鞘[10]。在疾病的早期階段，軸突保存相對(duì)完好，但隨著疾病的發(fā)展，軸突會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損傷?；顒?dòng)性MS 往往伴有嚴(yán)重的淋巴細(xì)胞性炎癥。脫髓鞘和神經(jīng)變性與損傷組織中巨噬細(xì)胞積聚和小膠質(zhì)細(xì)胞激活有關(guān)[11]。在正常情況下，未被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞有助于維持神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而小膠質(zhì)細(xì)胞一旦被激活，就會(huì)維持炎癥反應(yīng)，如碎片吞噬和清除、生長(zhǎng)因子的形成和神經(jīng)元回路的成形等[12]。浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量的炎癥介質(zhì)，在自身免疫性疾病中發(fā)揮著核心作用。除了神經(jīng)保護(hù)功能外，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞還能造成神經(jīng)損傷,包括產(chǎn)生細(xì)胞因子、趨化因子、一氧化氮和活性氧，這些都會(huì)推動(dòng)疾病的發(fā)展。細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素-1b 和腫瘤壞死因子-a，以及活性氧可以激活絲裂原活化蛋白激酶，導(dǎo)致MMPs 轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)及MMPs 水平的組織抑制劑減少，從而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)重塑[13]。

2 MS 中細(xì)胞外基質(zhì)重塑

ECM 是由多種糖蛋白和蛋白多糖等組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，各組分共同作用構(gòu)成動(dòng)態(tài)平衡的微環(huán)境，積極參與和控制細(xì)胞生長(zhǎng)、極性、形狀、遷移和代謝等活動(dòng)[14]。CNS 損傷后，ECM 的表達(dá)發(fā)生變化，即ECM 發(fā)生廣泛的重塑[15]。在大多數(shù)情況下，髓鞘再生是脫髓鞘后的自然反應(yīng)，但在慢性和進(jìn)展性MS 中，ECM 重塑往往失敗。在脫髓鞘性疾病MS 中，ECM 的動(dòng)態(tài)重塑，即ECM 分子瞬時(shí)表達(dá)或降解，是調(diào)控?fù)p傷組織中少突膠質(zhì)細(xì)胞成熟、分化的有效機(jī)制，并與髓鞘再生密切相關(guān)[16]。OPCs 在發(fā)生脫髓鞘時(shí)被激活，開(kāi)始增殖和遷移，匯集到脫髓鞘區(qū)域，隨后分化為成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞，重新形成包裹神經(jīng)元的軸突髓鞘，實(shí)現(xiàn)髓鞘再生[17]。

層粘連蛋白（laminin，Ln）是存在于動(dòng)物基底膜的大細(xì)胞黏附性異三聚體蛋白糖蛋白。在活動(dòng)性和慢性MS 病變中，Ln 于髓鞘膜形成初始出現(xiàn)在軸突周圍，表達(dá)增加。在CNS 白質(zhì)脫髓鞘時(shí)，Ln 表達(dá)亦上調(diào)。研究[18]表明，神經(jīng)元脫髓鞘后，Lnα2 的表達(dá)和分泌能促進(jìn)OPCs 的分化，從而促進(jìn)髓鞘再生。Lnα1、Lnα2、Lnα4 和Lnα5 鏈在血管周圍表達(dá)，Lnα 鏈陽(yáng)性血管上附有OPCs。研究[19]表明，使用重組層粘連蛋白E8s（laminin E8s, LME8s）促進(jìn)了OPCs 的遷移，并且通過(guò)激活黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）延長(zhǎng)LM411E8 或LM511E8 上的OPCs 生存期。即表達(dá)在周圍血管OPCs 中的Ln，通過(guò)整聯(lián)蛋白β1-FAK 途徑正向調(diào)節(jié)OPCs 的遷移和存活。

腱生蛋白C（tenascin C，Tn-C）是由單體通過(guò)二硫鍵組裝而成的大型六聚體糖蛋白。Tn-C是星形膠質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)的功能成分，在發(fā)育的大腦中大量表達(dá)，隨著機(jī)體發(fā)育成熟而消失，可干擾髓鞘堿性蛋白的表達(dá)和髓鞘片的形成[20]。此外，在活性MS 病變中，Tn-C 顯著下調(diào)，甚至延伸至病灶邊緣以外。而在非活性MS 病灶中心，Tn-C的水平幾乎與腦白質(zhì)相似，在病灶邊緣則降低。分子質(zhì)量為68 kDa 的RNA 結(jié)合蛋白（SRC associated in mitosis of 68 kDa，Sam68）是一種由少突膠質(zhì)細(xì)胞合成的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及RNA 激活蛋白。下調(diào)Sam68 可延遲髓鞘堿性蛋白的表達(dá)，過(guò)表達(dá)Sam68 則有利于OPCs 的分化。而Tn-C 可通過(guò)下調(diào)Sam68 來(lái)影響髓鞘堿性蛋白的表達(dá)，控制OPCs 的分化[21]。

此外，在慢性脫髓鞘MS 病變中，星形膠質(zhì)細(xì)胞衍生的高分子質(zhì)量透明質(zhì)酸（hyaluronan，Ha）可以抑制OPCs 的成熟。雖然在健康的成人組織中不存在Fn，但Fn 在MS 中，尤其是在血管周圍和CNS 實(shí)質(zhì)中表達(dá)上調(diào)。

3 Fn 聚集體抑制MS 髓鞘再生

Fn 是由單一基因產(chǎn)生的高分子質(zhì)量糖蛋白[22]，有兩種類型：血漿纖粘連蛋白（plasma fibronectin，pFn）和細(xì)胞纖維粘連蛋白（cellular fibronectin，cFn）。pFn 是一種在外周循環(huán)中由肝細(xì)胞產(chǎn)生的可溶性化合物。cFn 是在局部產(chǎn)生的不溶性化合物[23]。

在MS 病變中，pFn 和cFn 組裝成穩(wěn)定的纖維粘連蛋白聚集體（fibronectin aggregates，aFn）。Fn 是機(jī)體損傷后，組織瞬時(shí)產(chǎn)生的一種ECM 成分，與其他ECM 成分結(jié)合形成基質(zhì)，通過(guò)整合素受體調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移和增殖。在健康成人CNS 中，F(xiàn)n 僅定位于血管中，在間質(zhì)ECM 中不存在。在各種實(shí)驗(yàn)性毒素誘導(dǎo)的髓鞘損傷模型中，F(xiàn)n 在CNS 白質(zhì)和血管中表達(dá)均增加，且其含量隨著髓鞘再生的進(jìn)行而減少[3]。

在白質(zhì)MS 病灶的血管周圍浸潤(rùn)組織中，pFn 和cFn 的表達(dá)持續(xù)增加。在溶血磷脂誘導(dǎo)脫髓鞘過(guò)程中，星形膠質(zhì)細(xì)胞是cFn 的主要來(lái)源。但在MS 皮損中，F(xiàn)n 不僅來(lái)自反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，還由血漿滲漏產(chǎn)生，因此Fn 在脫髓鞘區(qū)域表達(dá)增加。在體外，二聚體Fn 介導(dǎo)OPCs 遷移和增殖，而Fn 涂層可擾亂OPC 生長(zhǎng)，阻止髓鞘膜的形成。研究[24]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)n 特異性地定位于脫髓鞘區(qū)域，并在髓鞘再生時(shí)被清除。而在實(shí)驗(yàn)脫髓鞘中，F(xiàn)n 在慢性MS 皮損中持續(xù)存在。aFn 與二聚體Fn作用相似，在單獨(dú)細(xì)胞培養(yǎng)的OPC 中加入aFn，會(huì)抑制髓鞘膜和髓鞘形成。胼胝體內(nèi)注射aFn 可抑制毒素誘導(dǎo)的脫髓鞘病變中的OPC 分化和髓鞘再生，意味著Fn 聚集導(dǎo)致MS 患者髓鞘再生失敗[3]。Fn mRNA 在慢性MS 皮損中幾乎不存在，aFn 是在細(xì)胞外形成的，表明Fn 聚集的原因是Fn 的清除受阻，而不是Fn 的表達(dá)上調(diào)。盡管二聚體Fn 促進(jìn)脫髓鞘后的OPCs 增殖，但選擇性地從病變部位去除星形cFn，即使OPCs 數(shù)量減少也足以成功地進(jìn)行髓鞘再生。因此，在CNS 白質(zhì)脫髓鞘后，F(xiàn)n 的瞬時(shí)表達(dá)先于髓鞘再生，有益于OPCs 的招募，但病理性的aFn 會(huì)抑制MS 病變的髓鞘再生。

aFn 誘導(dǎo)骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞釋放一氧化氮增加，此過(guò)程不依賴于整合素，可能是由于聚集體中其他蛋白質(zhì)，如使用aFn 作為支架的熱休克蛋白70（heat shock protein 70，Hsp70）的積累。當(dāng)巨噬細(xì)胞與aFn 共孵育時(shí)，觀察到巨噬細(xì)胞的經(jīng)典和替代激活表型增加。類似于aFn，細(xì)胞外Hsp70 顯著增加了巨噬細(xì)胞中i－NOS 的表達(dá)。同時(shí)，暴露于細(xì)胞外的Hsp70 也使巨噬細(xì)胞中交替激活的標(biāo)記精氨酸酶-1 的表達(dá)比原先增加3 倍[25]。Hsp70 通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增加膠原（collgen，Col）和Fn 的表達(dá)。細(xì)胞外的熱休克蛋白90β（heat shock protein 90β，Hsp90β）直接與Fn 結(jié)合，促進(jìn)不溶于脫氧膽酸鹽的aFn的形成。Hsp70 和Hsp90β 與MS 的病理相關(guān)[12]。這些熱休克蛋白對(duì)于MS 病變中aFn 的作用仍有待確定。

研究[26]表明，GD1a 可通過(guò)激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）克服aFn 對(duì)髓鞘再生的抑制作用；激酶活性分析顯示，GD1a 激活了依賴PKA 的信號(hào)通路，促進(jìn)了轉(zhuǎn)錄因子cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的磷酸化。外源性加入神經(jīng)節(jié)苷脂GD1a，經(jīng)PKA 依賴的信號(hào)通路促進(jìn)OPCs 成熟，從而消除aFn 對(duì)髓鞘再生的抑制。

硫酸軟骨素蛋白多糖（chondroitin sulfate proteoglycans，CSPGs） 被認(rèn)為與髓鞘再生失敗、OPCs 分化和神經(jīng)元生長(zhǎng)有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)性毒物性脫髓鞘嚙齒動(dòng)物模型中，脫髓鞘時(shí)，CSPGs 在MS病變的間質(zhì)ECM 中表達(dá)上調(diào)，而在白質(zhì)MS 病變中心表達(dá)下調(diào)。因此，鑒于Fn 聚集在慢性MS病變中，CSPGs 聚集在（慢性）活動(dòng)性MS 病灶邊緣，必須消除這些抑制髓鞘形成的障礙或繞過(guò)它們，才能使髓鞘再生。

在受損的CNS 中，MMPs 有促進(jìn)ECM 重塑的作用[27]，而MMPs 功能失調(diào)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)幾種炎癥性脫髓鞘疾病，包括MS 的發(fā)生和發(fā)展[28]。MMPs通常由前域、催化域、鉸鏈域與血凝蛋白域組成，不同種MMPs 的結(jié)構(gòu)有細(xì)微差異，故具有一定的底物特異性，但這并不是絕對(duì)的。同一種MMPs可降解多種ECM 成分，而某一種ECM 成分又可被多種MMPs 降解，但不同酶的降解效率不同[29]。MMPs 是已知的可降解aFn 的酶，降解aFn 有助于神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育[30]。

研究[5]證明，MMP7 可以裂解aFn，形成一個(gè)含有13 kDa EⅢA（16 kDa EDA）的片段。被IL-4激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞是proMMP7 的主要細(xì)胞來(lái)源。在MS 病變中，proMMP7 水平降低，aFn 持續(xù)存在。proMMP7 在慢性MS 病變中的表達(dá)與有髓鞘病變相比較弱。因此，在慢性MS 病變中局部靶向上調(diào)MMP7 水平可能是清除抑制髓鞘再生的aFn 的第一步。

MMP3 在蛋白水平層面上也被稱為基質(zhì)溶素-1，主要由星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，也可由受損的神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生[31]。研究[32]發(fā)現(xiàn)，MMP3 蛋白存在于活動(dòng)性及慢性MS病變的肥大星形膠質(zhì)細(xì)胞、活動(dòng)性病變的小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞，以及活動(dòng)性和混合活動(dòng)性/非活動(dòng)性MS 病變的血管中。MMP3 可以通過(guò)調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路，或降解抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞分化和成熟的成分，如CSPGs 和Fn，以及髓鞘碎片等促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞分化和髓鞘生成。同時(shí)，MMP3 是其他MMPs 的有效激活劑，如MMP7 和MMP9等。

MMP9 也稱明膠酶B，是MS 中被研究最多的MMPs 之一。將重組MMP9 注射到CNS 實(shí)質(zhì)中會(huì)導(dǎo)致血腦屏障的破壞、神經(jīng)元和髓磷脂的丟失[33]。源自白細(xì)胞的MMP9 可切割髓磷脂堿性蛋白（myelin basic protein，MBP），并可能參與髓磷脂膜的降解。然而，MMP9 對(duì)髓鞘再生的影響是雙重性的，其也存在有益作用，比如巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞在再生階段產(chǎn)生的MMP9 會(huì)降解NG2，NG2 是OPCs 上存在的一種跨膜硫酸軟骨素蛋白多糖，可抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞的成熟。

在脫髓鞘時(shí)，MMP12 mRNA 主要由小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。在這一階段，MMP12 可能通過(guò)ECM 重塑和髓磷脂膜變性（髓磷脂的主要成分之一）參與巨噬細(xì)胞的遷移。在MS 病變的蛋白質(zhì)水平層面上分析的其他MMPs，包括MMP1、MMP19 和MMP28 等。MMP1 在MS 病變中由大多數(shù)巨噬細(xì)胞中表達(dá)。MMP19 在健康成人CNS中由小膠質(zhì)細(xì)胞組成性表達(dá)，在MS 活動(dòng)性病變和活動(dòng)性/非活動(dòng)性病變邊緣的實(shí)質(zhì)和血管周圍區(qū)域的巨噬細(xì)胞中高表達(dá)，也通過(guò)反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。MMP28 主要在神經(jīng)元中表達(dá)，是髓鞘形成和巨噬細(xì)胞招募的負(fù)調(diào)控因子，為進(jìn)一步研究該蛋白提供證據(jù)。MMPs 在病變?cè)缙跁?huì)導(dǎo)致?lián)p傷加重，而在后期MMPs 的缺失不利于間質(zhì)ECM 重塑，后者對(duì)髓磷脂的再生至關(guān)重要。