轉(zhuǎn)錄因子及信號通路調(diào)控施萬細胞重編程對周圍神經(jīng)損傷的作用

王曉宇，喻 靜，呂忠孝，李文媛，王 瑩

(牡丹江醫(yī)學院神經(jīng)組織工程研究所，黑龍江 牡丹江 157011)

周圍神經(jīng)損傷是常見性疾病，主要原因是創(chuàng)傷性周圍神經(jīng)損傷和劇烈撞擊，在交通事故、自然災害、手術中牽拉所造成的二次傷害較為常見[1]。PNI主要表現(xiàn)為運動功能受損和感覺功能障礙[2]、植物神經(jīng)功能障礙、反射消失和神經(jīng)營養(yǎng)不良，嚴重影響患者生活質(zhì)量和功能恢復。與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central nervous system,CNS)比較，PNS具有更大的再生潛力，歸因于SCs具有顯著可塑性。周圍神經(jīng)受到損傷或發(fā)生炎癥后，軸突出現(xiàn)崩解、碎裂，稱為沃勒氏變性，在此過程中會引起SCs重編程、脫髓鞘和去分化，形成有利神經(jīng)再生微環(huán)境。SCs在成人PNS中以兩種形式存在，分別是包繞軸突形成髓鞘和包繞軸突不形成髓鞘[3]。軸突損傷后有髓鞘和無髓鞘大量SCs進行重編程，促進并引導軸突再生。SCs重編程涉及多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控[4-6]。包括Krox20、c-Jun、KLF6、KLF7、NRG1、STAT3和Notch等?，F(xiàn)將SCs重編程在PNI作用的研究進展予以綜述，重點剖析轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控SCs重編程、增殖和遷移的調(diào)控作用。

1 SCs增殖與遷移

周圍神經(jīng)再生的基礎是SCs的增殖與遷移。當周圍神經(jīng)損傷4 d時，SCs增殖達到高峰[7]，增殖SCs在基膜內(nèi)部整齊排列，在損傷區(qū)形成Bungner帶，作為引導軸突再生的橋梁。一方面為周圍神經(jīng)修復提供通道，另一方面為神經(jīng)再生分泌大量神經(jīng)生長因子。研究表明SCs增殖受血小板衍生生長因子(Platelet derived growth factor,PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(Transforming growth factor,TGF)、層粘連蛋白(Laminin,LM)、Notch、神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1(Neuregulin1,NRG1)等調(diào)節(jié)[8]。周圍神經(jīng)受損后SCs通過調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)(Extracellular matrix,ECM)和ECM底物(如纖連蛋白和層粘連蛋白)向再生軸突遷移。SCs遷移能夠引導再生軸突通過疤痕組織，重新連接已切斷神經(jīng)末梢[9]。此外發(fā)現(xiàn)細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(Extracellular regulated protein kinases,ERK) 1/2和蛋白激酶(Protein kinase,PKA)是神經(jīng)變性過程中SCs遷移的重要調(diào)控因子。

2 SCs重編程及其作用

PNI后SCs發(fā)生重編程，重編程包括兩個方面：SCs脫髓鞘和轉(zhuǎn)化為修復性SCs[10]。SCs脫髓鞘特征在于抑制促髓鞘形成的基因，如早期生長反應基因2(Early growth response gene 2,Erg2)、髓鞘堿性蛋白(Myelin basic protein,MBP)、髓磷脂蛋白0(Myelin protein zero,MPZ)、外周髓磷脂蛋白22(Peripheral myelin protein 22,Pmp22)和髓磷脂相關糖蛋白(Myelin associated glycoprotein,MAG)。修復性SCs在發(fā)育過程中與未成熟SCs不同，促進神經(jīng)再生過程中多種相關蛋白上調(diào)。包括:(1)c-Jun、早期生長反應基因2(Early growth response gene,Erg2或Krox20)、神經(jīng)膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Glial cell line derived neurotrophic factor,GDNF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Brain derived neurotrophic factor,BDNF)、神經(jīng)生長因子(Nerve growth factor,NGF)、血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)等可調(diào)控神經(jīng)損傷后軸突伸長和萌芽的神經(jīng)再生微環(huán)境，參與軸突生長和髓鞘形成[4,11]。(2)白血病抑制因子(Leukemia inhibitory factor,LIF)、腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor α,TNF-α)和單核細胞趨化蛋白1(Monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)能夠啟動免疫反應，使巨噬細胞活化，促進血管形成和髓鞘清除[12]。(3)鋅指轉(zhuǎn)錄因子與許多發(fā)育過程相關，包括細胞增殖、遷移、分化和凋亡[13]，包括Krüppel樣因子6(Krüppel-like factor 6,KLF6)和Krüppel樣因子7(Krüppel-like factor 7,KLF7)。

3 參與調(diào)控SCs重編程的轉(zhuǎn)錄因子及調(diào)節(jié)蛋白

3.1 早期生長反應基因2早期生長反應基因2(Early growth response gene,Egr2或Krox20)是鋅指家族系的轉(zhuǎn)錄因子，可以激活SCs內(nèi)許多與成髓鞘有關的基因來調(diào)控SCs成髓鞘，是SCs成髓鞘的關鍵因子。它在多種細胞的分化過程中也有所表達，Krox20不但與正常組織細胞的生長相關，還參與腫瘤細胞的發(fā)生和發(fā)展。SCs、MBP和MPZ都是組成髓鞘的重要結構成分[14]。Krox-20、MBP 和MPZ 表達水平在坐骨神經(jīng)發(fā)育過程中顯著增加。有研究表明，Krox-20(Egr2)可激活酪氨酸激酶受體4(Tyrosine kinase receptors4,TKRs4)轉(zhuǎn)錄，EphA4通過促進SCs增殖、抑制分化來對髓鞘形成進行負向調(diào)控[15]。

3.2 氨基端激酶氨基端激酶(c-Jun)是參與SCs重編程和調(diào)控PNI的關鍵轉(zhuǎn)錄因子。在損傷神經(jīng)中c-Jun調(diào)控多種基因表達并調(diào)節(jié)PNI再生過程[5]。c-Jun可直接參與并驅(qū)動SCs脫髓鞘及轉(zhuǎn)分化為修復表型。由于脫髓鞘過程的特征在于抑制促髓鞘形成基因，因此應用Krox20可對c-Jun表達進行拮抗，證實Krox20為促進脫髓鞘作用的髓鞘負調(diào)節(jié)劑。c-Jun功能也與髓鞘清除過程中髓磷脂降解相關，例如c-Jun基因敲除小鼠模型中，神經(jīng)橫斷后髓鞘碎片降解顯著降低。c-Jun還可作為SCs形態(tài)的內(nèi)在決定因素，并控制再生軌跡的結構[5]。ERK、c-Jun N末端激酶(JNK) 和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 Mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)都在神經(jīng)損傷后能夠激活c-Jun，并在SCs去分化中發(fā)揮特定或重疊作用。

3.3 神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1(Neuregulin1,NRG1)是神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白家族成員之一[16]，其結構是一種促活因子及跨膜蛋白的神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白，有3種不同的亞型，Ⅰ型和Ⅱ型NRG1單次跨膜蛋白被稱為Ig-NRGs，Ⅲ型NRG1 2次跨膜蛋白被稱為CRD-NRGs，NRG1作為信號蛋白在周圍神經(jīng)損傷后修復、髓鞘再生與軸突再生中發(fā)揮重要作用。研究證實，NRG1通過激活其酪氨酸激酶受體ErbBs(receptor tyrosine-protein kinase erbBs)發(fā)揮神經(jīng)保護作用[17]。在PNS發(fā)育過程中，NRG1/ErbB信號傳導通路主要參與調(diào)節(jié)成髓鞘和髓鞘厚度，以及調(diào)控SCs的增殖，存活和遷移[18]。大腦皮質(zhì)信息的傳遞，NRG1-ErbB信號通路也有參與，并阻礙神經(jīng)細胞的凋亡，促進神經(jīng)環(huán)路的形成，參與突觸生長、神經(jīng)元遷移和分化的過程。當神經(jīng)發(fā)生損傷后，NRG1/ErbB信號傳導被高度調(diào)控，NRG1和ErbB2/3受體水平在遠端神經(jīng)殘端中顯著調(diào)高。在PNS中，髓鞘的再生與修復過程可以理解為是SCs的再生及髓鞘化過程，在多種亞型中，NRG1Ⅰ型及Ⅲ型存在于神經(jīng)組織(如SCs、脊神經(jīng)細胞) 中。在神經(jīng)元中，NRG1Ⅲ型的表達似乎是神經(jīng)損傷后修復和髓鞘再生所必要的條件，在軸突膜表面，Ⅲ型NRG1高度表達，其是決定SCs成髓鞘和髓鞘厚度的重要因素。在SCs中，Erb B2和Erb B3受體二聚體被Ⅲ型NRG1誘導，觸發(fā)多個下游信號通路，包括絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK) 、PI3K等。除了軸突NRG1Ⅲ型外，對于髓鞘的再生，當神經(jīng)受到損傷后，SCs表達的NRG1Ⅰ型也是必要的?？偠灾琋RG1對改善周圍神經(jīng)脫髓鞘、神經(jīng)退行性變、抑制炎癥反應有顯著效能，同時能有效促進SCs再生及髓鞘形成[16]。

3.4 KLF6KLF6是一種廣泛表達的鋅指轉(zhuǎn)錄因子，也是一種腫瘤抑制基因，其在細胞增殖和凋亡調(diào)控過程中發(fā)揮重要作用。PNI后神經(jīng)再生微環(huán)境是KLF6再生潛力的關鍵決定性因素[19]。坐骨神經(jīng)損傷后，KLF6表達水平上調(diào)，大量KLF6表達上調(diào)的細胞也同時表達特異性標記SCs的S-100蛋白。坐骨神經(jīng)損傷后，KLF6的mRNA和蛋白表達量在坐骨神經(jīng)損傷后都會升高，升高的KLF6可能與調(diào)控坐骨神經(jīng)損傷后SCs的某些生理特性相關。KLF6過表達上調(diào)促凋亡基因FAS、腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor,TNF)、腫瘤壞死因子配體超家族成員12重組蛋白(Recombinant Tumor Necrosis Factor Ligand Superfamily,Member12,TNFSF12)和人細胞凋亡相關蛋白斑點樣蛋白(Human cell apoptosis-associated speck-like protein,PYCARD)，并抑制抗凋亡白介素10(Interleukin-10,IL10)基因表達。在小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(Retinal Ganglion Cell,RGC)中，KLF6和KLF7過表達顯著增加神經(jīng)突的生長。

3.5 KLF7KLF7和KLF6一樣，是具有鋅指結構的轉(zhuǎn)錄因子。其羧基端具有3個高度保守的C2H2鋅指結構。KLF7在修復CNS和PNS神經(jīng)損傷方面具有廣泛作用[20]。KLF7基因缺陷可抑制軸突、髓鞘生長及再生，KLF7基因缺陷也可導致新生小鼠死亡。有研究證實，miR-146b靶向調(diào)控KLF7可促進SCs增殖和遷移[21]。有研究表明KLF7可促進PNI后感覺運動軸突再生，能通過上調(diào)NGF、生長關聯(lián)蛋白43(Growth associated protein-43,GAP43)、酪氨酸激酶TrkA和TrkB表達促進SCs增殖和軸突再生。

4 參與調(diào)控SCs重編程的信號通路

4.1 信號轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)錄因子3信號轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)錄因子3(signal transduction of transcription factor,STAT3)具有調(diào)控炎癥因子合成和釋放作用，并在神經(jīng)軸突再生中具有一定作用。激活STAT3可促進神經(jīng)軸突的再生，還可以逆轉(zhuǎn)由于核因子kB(Nuclear factor-kB,NF-kB)受抑制所導致的軸突生長受到阻礙[22]。有研究表明在SCs中Tyr705磷酸化的STAT3被激活，其對于維持SCs自分泌生存信號和維持再生過程中的SCs修復表型至關重要。

4.2 Notch信號通路Notch信號通路在發(fā)育階段對調(diào)控SCs的增殖發(fā)揮重要作用[23]。Notch信號通路在進化中高度保守。研究表明，神經(jīng)損傷后Notch信號通路被顯著激活，在背根神經(jīng)節(jié)、坐骨神經(jīng)和脊髓中Notch胞內(nèi)結構域(Notch intracellular domain,NICD)的表達上調(diào)。Notch1信號主要在神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中表達，Notch1信號活化可抑制神經(jīng)元軸突的生長，其過表達可顯著減少神經(jīng)元軸突長度，證明在神經(jīng)元軸突的生長過程中，Notch1信號是重要的抑制分子。Notch也可抑制髓鞘形成，Notch信號通路對Krox20拮抗活性證實其是髓鞘形成的負調(diào)節(jié)劑。神經(jīng)損傷后成年小鼠中Notch信號通路的抑制作用可減緩髓鞘降解。

5 結論與展望

PNS在損傷后具有顯著再生能力。其再生能力受各種機制調(diào)控，包括信號通路、轉(zhuǎn)錄因子及細胞類型的協(xié)同作用。神經(jīng)損傷后，早期受損的軸突會生成由SCs檢測到損傷信號，從而啟動損傷修復程序。SCs通過動態(tài)重編程、增殖和遷移對受損軸突和髓鞘碎片進行清理。盡管損傷后PNS比CNS修復能力強，但隨著年齡的增長，再生微環(huán)境有所退化，PNS修復能力會隨著時間而降低，SCs會逐漸喪失其神經(jīng)可塑性。因此致力于研究SCs重編程中涉及的分子機制，將為PNI治療提供新的治療策略。在未來研究中應集中探討各種轉(zhuǎn)錄因子信號通路如何參與調(diào)控SCs重編程，如何參與修復周圍神經(jīng)損傷，更有效的為臨床治療提供新的治療手段和策略。