周圍神經(jīng)損傷與再生中施萬細(xì)胞可塑性的研究進(jìn)展

藺海燕 劉 芳 許家軍 黃 超 張志英 楊向群

（海軍軍醫(yī)大學(xué)人體解剖學(xué)教研室，上海 200433）

周圍神經(jīng)主要由神經(jīng)元的軸突和包繞軸突的施萬細(xì)胞組成。施萬細(xì)胞是周圍神經(jīng)中的膠質(zhì)細(xì)胞，對(duì)神經(jīng)有支持、營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)的功能。周圍神經(jīng)軸突損傷后，施萬細(xì)胞迅速被激活并呈現(xiàn)可塑性，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變并進(jìn)行細(xì)胞重編程，施萬細(xì)胞的這種變化對(duì)促進(jìn)神經(jīng)元存活、受損軸突的崩解、髓鞘碎片清除、引導(dǎo)再生軸突的生長(zhǎng)等促進(jìn)周圍神經(jīng)再生方面具有十分重要的作用。本文將對(duì)施萬細(xì)胞可塑性在周圍神經(jīng)再生中作用的研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 周圍神經(jīng)中施萬細(xì)胞的分型及特性

周圍神經(jīng)中施萬細(xì)胞按其分布區(qū)域和特定功能，主要有分布于周圍神經(jīng)根、干和神經(jīng)末梢的成髓鞘（myelinating Schwann cells，mSC）和不成髓鞘（nonmyelinating Schwann cells，nmSC）施萬細(xì)胞以及分布于突觸周圍的施萬細(xì)胞（terminal Schwann cells，tSC）3種類型。周圍神經(jīng)干中分布的膠質(zhì)細(xì)胞以mSC居多，主要分布在較大直徑（>1 μm）的軸突周圍，并以1∶1的配比形成致密髓鞘，以保證神經(jīng)干動(dòng)作電位的快速跳躍式傳導(dǎo)[1-3]；次之為nmSC，nmSC可對(duì)小直徑軸突提供機(jī)械支持以保證其完整性[4]，一個(gè)nmSC可同時(shí)包繞幾個(gè)較小直徑軸突，形成Remak bundle，其特性尚有待進(jìn)一步探討[5]；tSC主要分布于神經(jīng)肌肉接頭處，在再生軸突神經(jīng)肌肉接頭形成的過程中展現(xiàn)可塑性，以保證再生軸突能夠重新到達(dá)神經(jīng)損傷之前的突觸位點(diǎn)，為再生軸突神經(jīng)肌肉接頭形成所必需的細(xì)胞[6-11]。

2 施萬細(xì)胞可塑性與神經(jīng)變性和再生

周圍神經(jīng)損傷后，遠(yuǎn)側(cè)段神經(jīng)中mSC和nmSC的形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)而多分支樣，稱為修復(fù)樣施萬細(xì)胞，修復(fù)樣施萬細(xì)胞能縮短再髓鞘化時(shí)間，以促進(jìn)神經(jīng)再生，并且神經(jīng)再生完成后修復(fù)樣施萬細(xì)胞又轉(zhuǎn)變?yōu)槠湓行螒B(tài)[12]。

神經(jīng)損傷后，遠(yuǎn)側(cè)段神經(jīng)發(fā)生Wallerian變性，軸突運(yùn)輸中斷，軸突、髓鞘崩解為片段和碎屑，這些髓鞘碎片形成抑制軸突再生的微環(huán)境。此時(shí)，部分具有選擇性吞噬能力的施萬細(xì)胞，通過胞質(zhì)中雙層膜狀結(jié)構(gòu)的吞噬泡吞噬細(xì)胞內(nèi)髓鞘碎片，并與溶酶體融合而使其降解，這一過程在神經(jīng)損傷早期可以抑制受損神經(jīng)中髓鞘蛋白和脂質(zhì)的崩解[13]；隨后，細(xì)胞外髓鞘碎片被施萬細(xì)胞和遷移來的巨噬細(xì)胞清除，并且已經(jīng)證實(shí)這一過程是由受體介導(dǎo)，據(jù)報(bào)道，TAM家族中Axl和Mertk在髓鞘碎片清除的過程中起重要作用[14]。此外，這些修復(fù)樣施萬細(xì)胞在髓鞘清除的巔峰時(shí)期可表達(dá)多種生長(zhǎng)因子和趨化因子如巨噬細(xì)胞趨化蛋白1（macrophage chemoattractant protein-1，MCP-1）、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（glial cell derived neurotrophie factor，GDNF）、白細(xì)胞介素-6 （interleukin-6，IL-6）和白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF），這些因子可有利于M1和M2型巨噬細(xì)胞的募集，以減輕神經(jīng)損傷后的炎癥反應(yīng)而促進(jìn)神經(jīng)再生[15-18]。

正常生理狀態(tài)下，mSC、nmSC和tSC均保持較高的穩(wěn)定性和較低的細(xì)胞更新速率[3]，但周圍神經(jīng)損傷后，施萬細(xì)胞，尤其是mSC，發(fā)生增殖，呈現(xiàn)可塑性而轉(zhuǎn)變?yōu)樾迯?fù)樣形態(tài)[19-20]；這些修復(fù)樣/去分化施萬細(xì)胞增殖、分泌細(xì)胞活性和趨化因子以及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，并形成Büngner帶，引導(dǎo)神經(jīng)再生，為再生軸突提供結(jié)構(gòu)和功能支持，創(chuàng)造適宜再生的微環(huán)境，引導(dǎo)再生軸突長(zhǎng)入遠(yuǎn)側(cè)段神經(jīng)[21-23]。神經(jīng)肌接頭處的tSC可引導(dǎo)再生軸突到達(dá)其正確的支配位點(diǎn)[24]。軸突再生完成后，修復(fù)樣施萬細(xì)胞退出細(xì)胞周期，再次分化為mSC和nmSC，以支持修復(fù)后神經(jīng)功能的完全恢復(fù)。

3 施萬細(xì)胞可塑性的調(diào)控因素

3.1 調(diào)控施萬細(xì)胞可塑性的信號(hào)通路

周圍神經(jīng)損傷后，細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）p38MAPK和c-jun N端激酶（c-jun N-terminal kinase，JNK）通路均迅速被激活[25-27]。據(jù)報(bào)道，ERK信號(hào)通路是啟動(dòng)施萬細(xì)胞去分化/轉(zhuǎn)分化的關(guān)鍵信號(hào)通路[26]，受損周圍神經(jīng)中施萬細(xì)胞增殖、去分化等一系列變化均伴隨ERK通路的高度激活[26，28]；在正常周圍神經(jīng)中持續(xù)激活ERK通路可導(dǎo)致脫髓鞘和誘發(fā)炎癥反應(yīng)，研究表明，在中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，ERK通路對(duì)髓鞘化和髓鞘的形成非常重要[29-31]；周圍神經(jīng)損傷后，p38MAPK可調(diào)節(jié)施萬細(xì)胞的伸長(zhǎng)和在軸突周圍的排列，以滿足髓鞘形成的需要[32]，上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子c-Jun的表達(dá)可促使施萬細(xì)胞的脫髓鞘作用并使施萬細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為修復(fù)樣形態(tài)[33]；另有報(bào)道，轉(zhuǎn)錄因子Krox-20促進(jìn)受損神經(jīng)的髓鞘化，并可抑制Notch，而Krox-20對(duì)Notch的抑制作用恰為周圍神經(jīng)及時(shí)開始髓鞘化所必須，且已證實(shí)c-Jun可被轉(zhuǎn)錄因子Krox-20下調(diào)[34]。綜上，推測(cè)轉(zhuǎn)錄因子Krox-20促進(jìn)受損神經(jīng)的髓鞘化作用是通過抑制Notch和c-Jun來調(diào)節(jié)，并影響施萬細(xì)胞的狀態(tài)和成髓鞘能力。此外，已證實(shí)JNK通路是通過激活c-Jun和一些因子如GDNF和p75NTR的表達(dá)調(diào)節(jié)施萬細(xì)胞對(duì)周圍神經(jīng)的修復(fù)作用[35]。

Notch作為跨膜受體蛋白，其胞內(nèi)段Notch intracellular domain（NICD）是核轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)劑，也是決定一個(gè)細(xì)胞是否發(fā)揮Notch信號(hào)通路作用的可靠因子[36，37]。神經(jīng)受損后，NICD的表達(dá)快速升高，致使周圍神經(jīng)快速脫髓鞘，但若抑制NICD的表達(dá)，受損神經(jīng)的脫髓鞘進(jìn)程也減慢；在未受損神經(jīng)中，激活Notch，可誘導(dǎo)快速的脫髓鞘[38]。研究表明，Notch信號(hào)通路的激活劑jagged1/FC可激活施萬細(xì)胞中NICD的表達(dá)，并檢測(cè)到NGF和BDNF等神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)升高和受損神經(jīng)功能的恢復(fù)效果提高，雖未給出明確的機(jī)制，但說明神經(jīng)受損后施萬細(xì)胞中NICD高表達(dá)更有利于神經(jīng)再生[39]。

周圍神經(jīng)受損后，施萬細(xì)胞發(fā)生形態(tài)改變，轉(zhuǎn)變成更具可塑性的未成熟狀態(tài)，施萬細(xì)胞由成髓鞘作用轉(zhuǎn)變?yōu)榉置谏窠?jīng)營(yíng)養(yǎng)因子促神經(jīng)再生的修復(fù)樣形態(tài)。在施萬細(xì)胞未成熟狀態(tài)或修復(fù)樣形態(tài)的轉(zhuǎn)化與保持上，Notch通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子AP2α、S100β蛋白和脂抗原O4促進(jìn)施萬細(xì)胞前體細(xì)胞向施萬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，這一轉(zhuǎn)化過程與NICD的高表達(dá)有直接關(guān)系[40]。施萬細(xì)胞中STAT3的激活可保持施萬細(xì)胞的修復(fù)樣形態(tài)并保證其穩(wěn)定分泌再生支持因子如GDNF和BDNF等[41]。c-Jun被認(rèn)為是施萬細(xì)胞保持修復(fù)樣形態(tài)的調(diào)節(jié)劑[42]。由上可見，c-Jun和Notch是施萬細(xì)胞修復(fù)樣狀態(tài)的保持及施萬細(xì)胞成髓鞘能力的2個(gè)關(guān)鍵分子。

3.2 神經(jīng)橋的形成過程中施萬細(xì)胞可塑性的調(diào)控

壓榨傷等周圍神經(jīng)損傷后，包繞軸突的基膜層保持完整，通?？梢詫?shí)現(xiàn)成功的軸突再生和神經(jīng)再支配；神經(jīng)缺損等嚴(yán)重周圍神經(jīng)損傷后，軸突周圍的基膜層被破壞，這嚴(yán)重影響神經(jīng)再生的效果；若要實(shí)現(xiàn)神經(jīng)的成功再生，需要再生軸突形成神經(jīng)橋連接神經(jīng)近、遠(yuǎn)側(cè)兩斷端。通過調(diào)控成纖維細(xì)胞與修復(fù)樣施萬細(xì)胞之間的EphrinB/EphB2通路和修復(fù)樣施萬細(xì)胞中N-鈣黏著蛋白的重新定位，可調(diào)控神經(jīng)橋的形成[43]。

成纖維細(xì)胞是神經(jīng)內(nèi)膜、神經(jīng)束膜和神經(jīng)外膜的主要成分，除此之外，還存在血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等。神經(jīng)損傷后，修復(fù)樣施萬細(xì)胞在神經(jīng)斷端聚集，并與在傷區(qū)聚集的成纖維細(xì)胞直接接觸，EphrinB/EphB2通過Sox2的表達(dá)來篩選施萬細(xì)胞，并引導(dǎo)施萬細(xì)胞形成細(xì)胞索引導(dǎo)再生軸突穿過傷區(qū)[43-45]，形成神經(jīng)橋。進(jìn)一步研究表明，在遷移的施萬細(xì)胞形成神經(jīng)橋的過程中，Sox2可調(diào)節(jié)其中Robol受體的表達(dá)，而位于神經(jīng)橋最外層的巨噬細(xì)胞可分泌高水平的Slit3配體，Slit3-Robol的相互作用對(duì)再生軸突的生長(zhǎng)方向具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用[46，47]。另有實(shí)驗(yàn)表明，神經(jīng)橋內(nèi)巨噬細(xì)胞通過釋放VEGF-A啟動(dòng)新血管的形成，在神經(jīng)橋的形成過程中，這些新血管為施萬細(xì)胞的遷移提供結(jié)構(gòu)支持并引導(dǎo)再生軸突沿其生長(zhǎng)[48]。

4 展望

周圍神經(jīng)損傷后，遠(yuǎn)側(cè)段神經(jīng)發(fā)生Wallerian變性，軸突運(yùn)輸中斷，軸突、髓鞘崩解，施萬細(xì)胞開啟重編程，可塑性增強(qiáng)而呈現(xiàn)去分化狀態(tài)的修復(fù)樣形態(tài)，功能上以分泌多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子代替成髓鞘，從而創(chuàng)造了有利于神經(jīng)再生的微環(huán)境。通過回顧總結(jié)文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)在此過程中，c-Jun和Notch是調(diào)控施萬細(xì)胞成髓鞘作用和施萬細(xì)胞修復(fù)樣形態(tài)轉(zhuǎn)變的2個(gè)重要的靶點(diǎn)；在修復(fù)受損周圍神經(jīng)時(shí)，修復(fù)樣施萬細(xì)胞與巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之間的相互作用在引導(dǎo)再生軸突的生長(zhǎng)過程中有重要作用，如Sox2與Slit3-Robol和VEGF-A的相互作用對(duì)引導(dǎo)缺損神經(jīng)中神經(jīng)橋的形成有重要作用。