外周神經(jīng)損傷后再生的相關(guān)信號通路

張素麗，李雯雯，徐藝珈，趙明沂，劉巖峰 （沈陽藥科大學(xué)生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院，遼寧 沈陽 110016）

外周神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出，導(dǎo)向人體各部分的神經(jīng)，也稱周圍神經(jīng)系統(tǒng)。外周神經(jīng)的主要成分是神經(jīng)纖維，包括傳入神經(jīng)纖維和傳出神經(jīng)纖維。外周神經(jīng)損傷約占所有創(chuàng)傷的2.8%[1]，可導(dǎo)致患者的感覺與運動功能發(fā)生障礙。外周神經(jīng)損傷后機體自身有一定的再生能力但修復(fù)速度很慢，因此，借助藥物途徑促進外周神經(jīng)再生修復(fù)是臨床治療的關(guān)鍵[2-3]。了解與外周神經(jīng)再生相關(guān)的信號通路，有助于外周神經(jīng)損傷后修復(fù)藥物的研發(fā)。

1 外周神經(jīng)損傷后再生的相關(guān)信號通路

雪旺細(xì)胞(Schwann cells，SCs）是PNS的支持細(xì)胞，可以分化為PNS的髓鞘，它能增殖，遷移到受損神經(jīng)區(qū)域的遠(yuǎn)端，對于維持外周神經(jīng)損傷后再生有著重要作用。外周神經(jīng)損傷后，外周神經(jīng)系統(tǒng)中的成熟神經(jīng)元也可以通過增強內(nèi)在的生長能力來再生軸突。以下主要介紹這兩類細(xì)胞中與外周神經(jīng)再生相關(guān)的信號通路。

1.1 雪旺細(xì)胞中與外周神經(jīng)損傷后再生的相關(guān)信號通路

1.1.1 磷酸肌醇3激酶-蛋白激酶B (PI3K-Akt)

蛋白激酶B(Akt）被認(rèn)為是髓鞘形成過程中磷酸肌醇3激酶(PI3K）的主要效應(yīng)物，Akt的激活增加了髓磷脂蛋白的表達，包括與髓鞘再生相關(guān)的髓磷脂堿性蛋白(MBP）和髓鞘蛋白（MPZ）的表達。有研究證明，用LY294002（PI3K活性抑制劑）抑制PI3K/Akt途徑可顯著減弱SCs的遷移[4-5]。此外，該信號通路的抑制也明顯降低了SCs中增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）的合成[6]。這些發(fā)現(xiàn)表明，PI3K/Akt途徑參與了外周神經(jīng)損傷后的修復(fù)過程，相關(guān)的信號通路見圖1。

圖1 PI3K-Akt相關(guān)信號通路示意圖

1.1.2 雷帕霉素靶蛋白

髓磷脂的形成需要合成大量的脂質(zhì)，尤其是膽固醇。雷帕霉素靶蛋白(mTOR)包含兩個核蛋白（mTORC1和mTORC2）。在SCs中，mTORC1通過甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子（SREBP）1和2調(diào)節(jié)脂質(zhì)的合成[7-8]，其中，SREBP1調(diào)節(jié)脂肪酸和甘油三酰的合成，SREBP2主要是調(diào)節(jié)膽固醇合成[9]，相關(guān)的信號通路見圖2。

圖2 mTOR相關(guān)信號通路示意圖

1.1.3 絲裂原活化蛋白激酶

絲裂原活化蛋白激酶激酶1（MAP kinase kinase1,Mek1）通過磷酸化細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinases,ERK1/2)激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)的信號傳導(dǎo)，MAPK信號傳導(dǎo)通過磷酸化eIF4E，S6K和4EBP1蛋白，增強雪旺細(xì)胞中的髓磷脂蛋白和控制脂質(zhì)生物合成的酶的合成[10-11]，相關(guān)的信號通路見圖3。

1.1.4 鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/活化的T細(xì)胞核因子

神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1(NRG1)刺激Ca2+內(nèi)流,細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平的持續(xù)增加激活細(xì)胞質(zhì)中的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶，使活化的T細(xì)胞核因子（nuclear factor of activated T-cells，NFATc）蛋白去磷酸化，進入細(xì)胞核并組裝成 NFAT 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NFAT信號傳導(dǎo)通過兩個途徑調(diào)節(jié)雪旺細(xì)胞的發(fā)育：一是通過作用于神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白和酪氨酸激酶受體(ErbB)的下游，在髓鞘前期形成階段直接激活轉(zhuǎn)錄激活因子(Krox20)，進而促進髓鞘基因的表達。另一種是通過在髓鞘形成階段激活編碼髓鞘結(jié)構(gòu)蛋白的基因，如 P0[12]，相關(guān)的信號通路見圖4。

圖4 鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NFAT相關(guān)信號通路示意圖

1.1.5 神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1-酪氨酸激酶受體-局部黏著斑激酶

NRG1是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞存活、增殖、分化和遷移所必需的一系列生長因子之一[13-14]，其中NRG1的β形式（NRGβ1）可以通過加速外周神經(jīng)損傷后的SCs遷移來促進神經(jīng)再生。NRGβ1先是與ErbB2/3受體結(jié)合，隨后促進黏著斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）磷酸化并激活與遷移活性相關(guān)的下游信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)[15-16]，SCs的遷移對于外周神經(jīng)損傷后的再生至關(guān)重要。

1.1.6 核轉(zhuǎn)錄因子

核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）可能在正常生理條件下正調(diào)控Krox-20的表達，Krox20 是對PNS髓鞘形成至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，在外周神經(jīng)髓鞘形成過程中，Krox-20部分地調(diào)節(jié)膽固醇/脂質(zhì)生物合成基因的表達。有研究表明，Krox-20和SREBP的反式激活劑可協(xié)同激活許多SREBP靶基因的啟動子，從而調(diào)節(jié)髓鞘的形成[17]，相關(guān)的信號通路見圖5。

圖5 NF-κB相關(guān)信號通路示意圖

1.1.7 Wnt/β-catenin

Wnt/β-catenin途徑參與雪旺細(xì)胞髓磷脂基因啟動子活性的調(diào)控，促進雪旺細(xì)胞中髓磷脂蛋白基因的表達。在跨膜受體(frizzled, FZD)蛋白家族接收Wnt信號后，可通過下游蛋白激酶的磷酸化作用抑制β-catenin的降解活性，隨后細(xì)胞質(zhì)中積累高水平的β-catenin蛋白易位進入細(xì)胞核，與轉(zhuǎn)錄因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor, TCF/LEF)形成復(fù)合物，并激活與細(xì)胞存活、增殖和分化相關(guān)的目標(biāo)基因[18]。有研究發(fā)現(xiàn)抑制Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)途徑，將抑制雪旺細(xì)胞的增殖[19]，相關(guān)的信號通路見圖6。

圖6 Wnt/β-catenin相關(guān)信號通路示意圖

1.2 神經(jīng)元中與周圍神經(jīng)損傷后再生相關(guān)的信號通路

1.2.1 環(huán)磷酸腺苷(cAMP)

外周損傷后，鈣依賴性腺苷酸環(huán)化酶產(chǎn)生的cAMP影響cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白1 (CREB1)的活性，并調(diào)節(jié)靶基因的表達，進而影響神經(jīng)元的生長。另外，在外周神經(jīng)損傷后，cAMP 信號通路也能促進PAK等促再生信號通路的激活[20]，相關(guān)的信號通路見圖7。

圖7 cAMP相關(guān)信號通路示意圖

1.2.2 雙亮氨酸拉鏈激酶/氨基末端激酶(DLK/JNK)

在神經(jīng)元損傷后，DLK誘導(dǎo)下游應(yīng)激信號，包括磷酸化的c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）逆行向核傳播，導(dǎo)致c-Jun磷酸化[21]，進而促進損傷后的軸突再生[22]。最近的研究揭示了DLK/JNK途徑激活的機制[23]，但仍未確定直接影響DLK上游的因素，相關(guān)的信號通路見圖8。

圖8 DLK/JNK、PI3K-GSK3相關(guān)信號通路示意圖

1.2.3 酪氨酸激酶/轉(zhuǎn)錄激活因子3

在外周神經(jīng)損傷后，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)被酪氨酸激酶（JAK）磷酸化[24]，磷酸化的STAT3逆行轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中以激活再生程序，進而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的生長。因此，JAK/STAT3信號通路在增強外周神經(jīng)損傷后神經(jīng)元的生長能力方面有著很重要的作用[25-26]，相關(guān)的信號通路見圖8。

1.2.4 磷酸肌醇3激酶-糖原合酶激酶3(PI3KGSK3)

外周神經(jīng)損傷激活了PI3K信號途徑，導(dǎo)致糖原合酶激酶3（GSK3）失活，通過控制 GSK3 在胞體中的活性可以增強軸突生長能力。研究發(fā)現(xiàn)GSK3是軸突再生的主要調(diào)節(jié)因子，可以在胞體和遠(yuǎn)端軸突中協(xié)調(diào)再生反應(yīng)。一方面，通過抑制細(xì)胞體中的GSK3 刺激轉(zhuǎn)錄依賴性軸突再生程序，增強了軸突內(nèi)在生長能力。另一方面，一定程度上抑制生長錐中GSK3 活性，可以促進局部細(xì)胞骨架組裝。然而，失活的程度應(yīng)該被控制，較大程度抑制GSK3活性，會急劇阻斷軸突生長[27-28]。相關(guān)的信號通路見圖9。

圖9 JAK/STAT3相關(guān)信號通路示意圖

2 與信號通路相關(guān)的外周神經(jīng)疾病

外周神經(jīng)疾病是以損害外周神經(jīng)系統(tǒng)的一類疾病，病因復(fù)雜，近年來的發(fā)病率也有持續(xù)增高的趨勢。但當(dāng)前沒有藥物可用于治療或治愈外周神經(jīng)疾病。有研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)一些信號通路有望治療外周神經(jīng)疾病。例如，糖尿病性神經(jīng)病是一種常見且難治的外周神經(jīng)性疾病。糖尿病并發(fā)癥和血管疾病緊密相連[29]，而血管生成素-1（Ang-1）促進血管的穩(wěn)定和成熟，有研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)PI3KAkt信號通路，可增加內(nèi)皮細(xì)胞和雪旺細(xì)胞中Ang-1的表達，以保持和/或恢復(fù)坐骨神經(jīng)中的血管功能，從而改善糖尿病性神經(jīng)病患者外周神經(jīng)的功能[30]

3 討論

外周神經(jīng)損傷在臨床上較為常見, 給患者的健康帶來了巨大的損害。研究外周神經(jīng)損傷的類型及其相關(guān)信號通路的調(diào)控機制，為促進外周神經(jīng)損傷后再生提供理論依據(jù)。目前對信號通路進行的研究提示，未來以信號通路為治療方向可以解決外周神經(jīng)損傷后再生的一些復(fù)雜過程。