凋亡對(duì)神經(jīng)元發(fā)育的作用

王譽(yù)雅 金曄麒

（四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都610041）

長期以來，神經(jīng)生長因子（nerve growth factor, NGF）被認(rèn)為是調(diào)節(jié)神經(jīng)元發(fā)育的主要因素。 它在維持周圍神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）神經(jīng)元發(fā)育、表型和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)膽堿能神經(jīng)元的功能完整中發(fā)揮重要作用[1],并提出了神經(jīng)營養(yǎng)理論。 然而，近年發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的發(fā)育不能完全由神經(jīng)營養(yǎng)理論解釋，它不僅由外部因素決定，還與內(nèi)部因素相關(guān)。凋亡對(duì)CNS 神經(jīng)元發(fā)育的影響正說明了這一點(diǎn)[2]。

1 神經(jīng)營養(yǎng)理論

NGF 及其受體刺激多個(gè)信號(hào)通路， 調(diào)節(jié)神經(jīng)元生存和維持軸突、樹突網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和突觸的可塑性[3]。 神經(jīng)元發(fā)育過程中，神經(jīng)元與神經(jīng)元、靶器官形成突觸聯(lián)系后，大多數(shù)中間神經(jīng)元被清除，引發(fā)了“神經(jīng)營養(yǎng)理論”：神經(jīng)元為存活進(jìn)而爭奪有限的靶源性存活因子[4]。 外周神經(jīng)系統(tǒng)NG 為這一理論提供了強(qiáng)有力的支持：NGF 不僅是特定神經(jīng)元群體生存必需的，它也定位于NGF 反應(yīng)性的神經(jīng)元所支配的組織，并且分布的密度與組織神經(jīng)支配程度呈正相關(guān)[5]。

2 凋亡對(duì)神經(jīng)元發(fā)育的影響

凋亡是由精確基因程序控制的細(xì)胞死亡過程。它伴隨許多組織器官的發(fā)育，包括脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)。 在CNS,大量的NGF 產(chǎn)生于皮質(zhì)、海馬和腦下垂體。 Fahnestock 等發(fā)現(xiàn)成熟有活性的NGF 在神經(jīng)元發(fā)育期和成人期有促凋亡和營養(yǎng)的作用[6]。Southwell 等發(fā)現(xiàn)CNS 大部分神經(jīng)元的凋亡是由獨(dú)立于外部信號(hào)的特定程序引起[2]，因此神經(jīng)元的清除不能完全由神經(jīng)營養(yǎng)理論解釋。

2.1 凋亡與神經(jīng)元發(fā)育

高等脊椎動(dòng)物的大腦新皮層由興奮性投射神經(jīng)元和抑制性中間神經(jīng)元組成。 在發(fā)育的早期，新皮層不同分區(qū)的興奮性和抑制性神經(jīng)元之間的比率為4:1。 由于這個(gè)特定比率對(duì)于發(fā)揮正常腦功能非常關(guān)鍵，兩個(gè)群體的細(xì)胞數(shù)目需要以某種方式匹配。突觸形成過程中，有相當(dāng)大比例的興奮性和抑制性神經(jīng)元通過凋亡被清除[7]。 約40%的皮質(zhì)中間神經(jīng)元在突觸形成過程中被清除[2]。 然而，無論是在體內(nèi)、體外培養(yǎng)或異時(shí)移植后，細(xì)胞均在產(chǎn)生約2 周后走向凋亡。 由于細(xì)胞死亡的時(shí)間點(diǎn)和受影響細(xì)胞的比例均獨(dú)立于環(huán)境因素，因此，凋亡似乎是由細(xì)胞內(nèi)因決定的[2]。 為進(jìn)一步研究皮質(zhì)發(fā)育過程中周圍細(xì)胞對(duì)中間神經(jīng)元的存活的調(diào)節(jié)， 將不同數(shù)量的中間神經(jīng)元前體細(xì)胞移植到皮質(zhì)，皮層自發(fā)性抑制活動(dòng)的增加卻很有限，表明僅有少量的移植中間神經(jīng)元發(fā)揮正常作用。 然而，移植細(xì)胞數(shù)量不同的移植群體的中間神經(jīng)元存活率是相似的[2]，表明細(xì)胞環(huán)境未能影響神經(jīng)元的存活。 此外，通過敲除凋亡調(diào)節(jié)因子Bax 徹底廢除中間神經(jīng)元的凋亡，僅引起正常功能的中間神經(jīng)元數(shù)目的少量增加。

2.2 凋亡與神經(jīng)細(xì)胞分裂的不對(duì)稱性

“神經(jīng)元的存活依賴于外在因素” 一直被認(rèn)為是復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的屬性之一和神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的組成部分。 這使得Southwell 等[2]的發(fā)現(xiàn)更加出人預(yù)料，并引出一個(gè)問題：導(dǎo)致皮質(zhì)中間神經(jīng)元死亡的原因是什么？ 一種可能性是凋亡的細(xì)胞本身傾向于死亡。 發(fā)育過程中約有一半的皮質(zhì)中間神經(jīng)元被清除，可能是中間神經(jīng)元的前體細(xì)胞分裂產(chǎn)生具有不同凋亡傾向的兩類細(xì)胞造成的。線蟲中已證實(shí)細(xì)胞分裂的不對(duì)稱性與其中一個(gè)子細(xì)胞的凋亡相關(guān)。神經(jīng)內(nèi)分泌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（NSM）成神經(jīng)細(xì)胞的不對(duì)稱分裂有關(guān)基因的缺失可以防止NSM 神經(jīng)元的凋亡。 另外，凋亡可能由皮質(zhì)中間神經(jīng)元隨機(jī)決定。 在成年線蟲的生殖系，約50%的卵母細(xì)胞通過隨機(jī)選擇機(jī)制在卵子發(fā)生前被清除。 卵子發(fā)生過程中，卵母細(xì)胞啟動(dòng)凋亡可能由一些內(nèi)在的集中于調(diào)節(jié)凋亡核心基因的轉(zhuǎn)錄途徑?jīng)Q定[8]。同樣，抑制性神經(jīng)元在產(chǎn)生后2 周內(nèi)同步死亡，表明凋亡在此期間更容易被誘導(dǎo)。

2.3 神經(jīng)元發(fā)育過程中凋亡的調(diào)節(jié)機(jī)制

神經(jīng)元分裂后，神經(jīng)元早期基因的表達(dá)可以顯著改變這些神經(jīng)元被清除的可能性。 其中之一就是編碼NGF 原肌球蛋白受體激酶A（tropomyosin receptor kinase A, TrkA）受體的基因。 NGF 通過TrkA 受體,一種典型的酪氨酸激酶受體，激活信號(hào)通路MAPK、ERK、PI3K、C(PLC)-γ19-20，介導(dǎo)依賴于NGF 的新生神經(jīng)元的存活[9]。 TrkA 作為神經(jīng)元存活依賴受體的發(fā)現(xiàn)，為“PNS 神經(jīng)元在缺乏NGF 時(shí)死亡”提供了合理的解釋。 Schor 等發(fā)現(xiàn)NGF 通過激活親和力低， 非選擇性的p75NT 受體,激活君激酶信號(hào)級(jí)聯(lián)通路，缺乏TrkA 共表達(dá)時(shí)，細(xì)胞可能發(fā)生凋亡[2]。 然而，與TrkA 密切相關(guān)的受體TrkB，卻未介導(dǎo)一個(gè)類似的作用，為“大部分CNS 神經(jīng)元的存活不依賴BDNF”提供了解釋[9]。與此一致，TrkB 的存在與否并不影響皮質(zhì)中間神經(jīng)元的存活[2]。 中間神經(jīng)元前體細(xì)胞是否存在預(yù)測其存活或死亡的分子標(biāo)志的深入研究有助于認(rèn)識(shí)決定這些細(xì)胞凋亡的因素。

新皮層興奮性和抑制性神經(jīng)元的比率是如何建立的尚未解決。大腦皮層抑制細(xì)胞的數(shù)量似乎不是通過局部自適應(yīng)機(jī)制調(diào)節(jié)[2]，該比率可能通過調(diào)節(jié)興奮性神經(jīng)元的存活來決定。雖然許多興奮性投射神經(jīng)元在其靶組織神經(jīng)支配發(fā)生過程中發(fā)生凋亡，但所涉及的外在信號(hào)仍不清楚。

3 小結(jié)

神經(jīng)元的正常發(fā)育對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育、維持及發(fā)揮正常功能是必不可少的。近年來的研究使得神經(jīng)營養(yǎng)理論提出并逐步得以證實(shí)，主要是建立在NGF 對(duì)外周神經(jīng)系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)上。 然而，在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，近期的研究結(jié)果卻不能完全由該理論解釋。 凋亡調(diào)節(jié)因子Bax 對(duì)中間神經(jīng)元的數(shù)目變化無明顯影響。可能性較大的反而是神經(jīng)元自身的不對(duì)稱分裂，NGF 介導(dǎo)的君激酶的級(jí)聯(lián)信號(hào)通路， 或興奮性和抑制性神經(jīng)元的比率。 就目前而言，凋亡是如何參與神經(jīng)元發(fā)育的調(diào)節(jié)的確切分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步闡明。

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