Ski在脊髓損傷后膠質瘢痕形成中的作用及機制研究進展

向高，劉開鑫，鞏朝陽，楊亮，張海鴻

1.蘭州大學第二醫(yī)院骨科，甘肅蘭州市730030；2.蘭州大學甘肅省骨關節(jié)疾病研究重點實驗室，甘肅蘭州市730030

脊髓損傷是導致人類殘疾、死亡的重要原因之一，常由高處墜落、交通事故、重物砸傷、運動損傷等原因造成，往往引起嚴重的感覺及運動功能障礙。脊髓損傷后，小膠質細胞的激活、星形膠質細胞的增殖以及膠質瘢痕的形成等多種因素共同影響脊髓軸突有效的再生。膠質瘢痕的形成是一個多種因素影響、多種細胞參與的過程，如活化的星形膠質細胞、成纖維細胞、膠質前體細胞、小膠質細胞、巨噬細胞和施萬細胞等都發(fā)揮著相應的作用[1-2]。其中，星形膠質細胞的活化及反應性星形膠質細胞增生過程是影響脊髓損傷后膠質瘢痕形成、軸突再生及神經功能恢復的關鍵因素[3]。

Ski是一種參與并調節(jié)多種細胞增殖、分化及轉化的進化保守蛋白[4-5]。相關研究表明，在正常脊髓組織中Ski呈低表達狀態(tài)，而在脊髓損傷后Ski呈高表達狀態(tài)，故推測Ski可能作為一種信號分子調控星形膠質細胞的活化、增殖及遷移等過程，從而影響膠質瘢痕的形成[6-10]。本文將對Ski在脊髓損傷后膠質瘢痕形成中的作用及機制的研究進展進行簡要綜述。

1 Ski

Ski在Sloan-Kettering病毒基因組中被首次發(fā)現，參與多種細胞的增殖、分化、轉化以及腫瘤進展[5]。大量研究證實，在人類、非洲爪蟾、大鼠、小鼠、斑馬魚、果蠅等物種中，Ski及其家族成員廣泛存在并發(fā)揮特異性功能。Ski不僅在肝臟再生、組織創(chuàng)傷愈合、腫瘤發(fā)生、血管增生、平滑肌增生及骨骼肌分化等領域發(fā)揮重要的調控作用，而且在神經系統(tǒng)、脊髓損傷等領域也發(fā)揮著重要的調控作用[4]。

1.1 Ski在神經系統(tǒng)中的作用

Ski在神經系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用[4]。施萬細胞是一種在周圍神經系統(tǒng)中具有保護軸突、促進髓鞘再生等作用的神經膠質細胞。Atanasoski等[11]研究發(fā)現，在施萬細胞的發(fā)育以及髓鞘形成的過程中，Ski可通過調節(jié)轉化生長因子-β (transforming growth factor-beta,TGF-β)信號通路，對施萬細胞發(fā)育和髓鞘形成發(fā)揮重要的調控作用。TGF-β信號通路在調控膠質母細胞瘤(glioblastoma,GBM)的行為方面起著非常重要的作用，并且TGF-β水平升高與腫瘤高級別、腫瘤晚期、患者預后差存在顯著相關性[12]。Jiang等[13]在敲除Ski基因后發(fā)現GBM細胞中的TGF-β信號通路得到激活。另外，Ski在胼胝體神經元中有著一定的調節(jié)作用[14]，在小腦浦肯野細胞的分化中也參與著重要的調節(jié)作用[15]。這些研究都證明Ski在神經系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的調節(jié)作用。

1.2 Ski調控的信號通路

Ski已經被證實在TGF-β信號通路及其超家族成員之一的骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)信號通路、Sonic hedgehog(Shh)信號通路、核激素受體信號通路、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路等多個信號通路中發(fā)揮著廣泛的作用[5]。有研究發(fā)現，Ski可能在脊髓損傷后通過調控TGF-β信號通路和MAPK信號通路，從而調節(jié)星形膠質細胞的相關作用，進而影響膠質瘢痕的形成。但具體作用機制尚未完全明確，仍需做進一步研究。

2 星形膠質細胞

在中樞神經系統(tǒng)(central nervous system,CNS)中，星形膠質細胞是最重要的細胞之一，廣泛分布于CNS各個區(qū)域。星形膠質細胞在正常的脊髓中發(fā)揮著重要作用，如為神經元的代謝提供物質支持，在穩(wěn)定細胞外液及離子平衡、清除和釋放細胞外興奮毒性的谷氨酸等方面也起著重要作用。脊髓損傷后，星形膠質細胞經活化、肥大、增殖等被激活為反應性星形膠質細胞，與脊髓中的其他細胞一起參與膠質瘢痕的形成[16]。

2.1 星形膠質細胞的形態(tài)和功能特點

在傳統(tǒng)意義上可將星形膠質細胞分為兩類，一類為原漿性星形膠質細胞(protoplasmic astrocyte)，多分布于CNS灰質，細胞突起短粗且分支多，胞質內膠質絲含量較少；另一類為纖維性星形膠質細胞(fibrous astrocyte)，多分布于CNS白質，細胞突起長細且分支少，胞質膠質絲含量多。組成膠質絲的蛋白被稱為膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)，是星形膠質細胞的特征性標志物。原漿性星形膠質細胞和纖維性星形膠質細胞與血管之間均有著廣泛的聯系[17]。

在正常的脊髓中，星形膠質細胞釋放的多種神經營養(yǎng)因子，可作用于神經元的成熟、遷移、分化等過程中[18]，在突觸的形成及突觸傳遞過程也發(fā)揮著重要的調節(jié)作用[19]。星形膠質細胞還參與血脊柱屏障的形成及維護[20]；通過調節(jié)多種蛋白，維持CNS中離子的穩(wěn)態(tài)。同時，星形膠質細胞中有大量水通道蛋白表達，在細胞外液的平衡中發(fā)揮著積極作用并控制水腫[21]。

2.2 脊髓損傷后星形膠質細胞的變化

脊髓損傷后星形膠質細胞的變化主要表現為細胞突起增多、肥大、增殖、遷移、分化等，星形膠質細胞的特征性標志物GFAP及波形蛋白(vimentin)的表達均增加，并且活化的星形膠質細胞還釋放硫酸軟骨素蛋白多糖、多種細胞因子及趨化因子等[22]。

傳統(tǒng)的觀點認為，神經元和少突膠質細胞才是對神經功能恢復有作用的細胞[23]，而星形膠質細胞以及反應性星形膠質的增生被認為是對神經功能恢復的不利因素。膠質瘢痕不僅作為一種致密的物理屏障使得軸突難以穿越，而且活化的星形膠質細胞還會分泌一些抑制性的細胞外基質分子，如硫酸軟骨素蛋白多糖、腱糖蛋白等，作為化學屏障抑制軸突的生長和再生。近年來，隨著研究的不斷深入，星形膠質增生過程在脊髓損傷等多種CNS疾病中的有利作用逐漸被認識。星形膠質增生及瘢痕形成不但可以使得損傷的神經組織愈合，而且可以作為一道屏障，限制損傷部位炎癥向損傷周圍擴散，使損傷周圍組織及細胞免受進一步損傷[24]?；罨男切文z質細胞可通過清除細胞外興奮毒性的谷氨酸鹽、穩(wěn)定細胞外液和離子平衡、修復血腦屏障等發(fā)揮作用。脊髓損傷時，星形膠質細胞除了會表達一些有害分子以外，它還發(fā)揮著重要的內源性神經保護作用，并分泌促進生長的腦源性神經營養(yǎng)因子、睫狀神經營養(yǎng)因子，神經生長因子、堿性成纖維生長因子等神經營養(yǎng)因子，以及層粘連蛋白和纖維連接蛋白等細胞外基質類蛋白[25]。

總之，越來越多的證據表明，星形膠質細胞不僅在形成膠質瘢痕中起到重要作用，而且在組織保護及神經功能的保護中也不可或缺[26-27]。

2.3 Ski對星形膠質細胞的影響

周開升等[6-7]研究發(fā)現，Ski在脊髓中主要表達于星形膠質細胞中，而且在肥大增生的星形膠質細胞中高表達。趙鑫等[8-9]研究發(fā)現，沉默Ski基因明顯降低星形膠質細胞的增殖活性及遷移能力。這些都證明Ski可能調控星形膠質細胞的生物學功能，并且與星形膠質細胞的增殖和遷移功能緊密相關。王明等[28]研究發(fā)現，Ski可以調節(jié)星形膠質細胞的炎癥反應過程，從而影響星形膠質細胞的增殖及遷移過程。我們推測Ski可能是一種新的調控脊髓損傷后星形膠質細胞增生、膠質瘢痕形成及調控其炎癥反應等過程的重要分子，具體分子機制還有待研究。

3 TGF-β信號通路

TGF-β是一個分子質量為25 kDa的多肽分子，最初從小鼠的肉瘤細胞中由Roberts等[29]分離得到，后來TGF-β及其超家族成員逐漸被發(fā)現。TGF-β及其超家族成員在胚胎發(fā)育、細胞增殖分化、組織器官形態(tài)的發(fā)生發(fā)展以及免疫調控等方面都發(fā)揮著重要的作用。

3.1 TGF-β經典信號通路

TGF-β經典信號通路主要是通過激活Smad通路進行傳導的。Smad是一類能夠起到“第二信使”作用的胞漿蛋白分子，主要的作用是將TGF-β信號由細胞外傳遞至細胞核內，從而啟動靶基因的轉錄。其傳導過程如下。

TGF-β首先與細胞膜上的特異性TGF-β受體(TGF-β receptor,TβR)II結合成二聚體復合物，直接誘導TβR II胞內段的激酶區(qū)域發(fā)生構相改變，使TβR II發(fā)生活化，并且能夠易化隨后發(fā)生的TβR I磷酸化。之后，TGF-β與TβR II形成的二聚體復合物和二聚體形式的TβR I結合形成異四聚體，并同時磷酸化TβR I的GS區(qū)的絲氨酸/蘇氨酸殘基，從而激活TβR I[30]。活化的TβR I在蛋白SARA(Smad anchor for receptor activation)的協助下使Smad2和Smad3激活，并與Smad4結合形成Smad2/3-Smad4轉錄復合物。該復合物通過C端的MH2區(qū)域和胞內核孔蛋白(nucleoporins)接觸，轉至細胞核內[30]。Smad蛋白寡聚體與特異性DNA片段在細胞核內相結合，引起一系列功能基因的轉錄與表達。

這一過程中TβR I的GS區(qū)激活被認為是極其關鍵的一步。此外，TGF-β除了激活經典的Smad通路外，還能直接通過TβR I、TβR II，或者其他接口蛋白激活非Smad通路，例如MAPK通路等[31]。Smad通路和非Smad通路之間相互交聯，從而形成TGF-β信號通路錯綜復雜的調節(jié)網絡。

3.2 Ski與TGF-β信號通路

Ski主要通過TGF-β信號通路發(fā)揮重要作用，主要是對TGF-β的負調控作用[32]。TGF-β在慢性神經退行性疾病中能緩解其炎癥反應[33]，從而在神經保護方面有重要的作用。TGF-β可促進施萬細胞的增殖及抑制施萬細胞的成髓鞘；而Ski可通過TGF-β信號通路發(fā)揮相關作用。Ski過表達后可以使TGF-β介導的細胞增殖得到相應的抑制[11]。推測Ski可能通過TGF-β信號通路在神經系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

TGF-β信號通路在腎、心肌等多種組織纖維化及膠質瘢痕形成中都有著重要作用。Tyor等[34]研究發(fā)現，TGF-β的表達量與星形膠質細胞的增殖呈正相關。Buss等[35]研究發(fā)現，TGF-β1參與膠質瘢痕的形成及其炎癥反應過程，而TGF-β2在膠質瘢痕的維持過程中發(fā)揮著重要作用。這說明星形膠質細胞的增生及膠質瘢痕形成與TGF-β密不可分，而Ski在TGF-β通路中有著重要的調控作用，所以推測Ski可能通過TGF-β通路調控星形膠質細胞增生及膠質瘢痕形成。

4 MAPK信號通路

MAPK信號通路能夠將細胞外的信號傳遞至細胞質或細胞核內，從而在調節(jié)眾多細胞功能過程中起到極為重要的作用，如細胞的增殖、分化和凋亡等[36]。Ras-p-Raf1-p-細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2信號通路作為研究最多的MAPK信號通路之一，在各類疾病中起到重要作用，相關實驗和研究正在逐步展開。

Ras蛋白是癌基因Ras的編碼產物[37]。Ras活化后與效應蛋白Raf1結合，活化的Raf1最終激活ERK1/2，在細胞增殖和分化過程中具有重要作用[38]。Ryu等[39]研究發(fā)現，神經膠質細胞的增殖與膠質細胞中Ras蛋白表達量呈正相關。Ras-p-Raf1-p-ERK1/2信號通路在星形膠質細胞增生過程中起到重要的調控作用[40]。該信號通路在CNS損傷后被激活，進而活化星形膠質細胞，啟動CNS自我保護機制。由此可見，Ras蛋白調控下的相關信號通路與星形膠質細胞增殖活化密切相關。Zhao等[41]研究發(fā)現，在脊髓損傷下星形細胞增殖中，Ras-p-Raf1-p-ERK1/2的表達上調，且隨時間變化，與Ski一致；沉默Ski后該信號通路的表達受到抑制。這都證明Ski在Ras-p-Raf1-p-ERK1/2信號通路中發(fā)揮著重要作用。

5 小結

Ski作為一種原癌基因在脊髓損傷后膠質瘢痕形成過程中發(fā)揮著重要的作用，已經受到國內外研究者們的高度重視和深入研究。Ski可通過TGF-β信號通路、MAPK信號通路等調控星形膠質細胞的活化、增殖、遷移、分化等過程，進而影響膠質瘢痕的形成，為脊髓損傷的治療提供新的方向。脊髓損傷早期，反應性星形膠質細胞對脊髓損傷修復產生積極作用，如限制損傷范圍擴大，隔離損傷區(qū)域，維持血腦屏障的穩(wěn)定等，而在晚期逐漸形成致密的膠質瘢痕，分泌大量神經抑制因子，促炎因子和細胞毒性因子，對神經元再生和功能恢復卻造成嚴重的障礙。因此，以Ski調控星形膠質細胞活化、增殖以及影響膠質瘢痕形成等為靶點的治療仍需進一步研究。Ski在脊髓損傷后膠質瘢痕形成中的作用機制依然不是完全清楚，有待進一步研究。