雪旺細(xì)胞促進(jìn)周圍神經(jīng)再生機(jī)制的研究進(jìn)展

楊溢鐸，國(guó)海東，邵水金，劉玉璞

(上海中醫(yī)藥大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 人體解剖學(xué)教研室，上海 201203)

周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的雪旺細(xì)胞(Schwann cells，SCs)具有強(qiáng)大的可塑性。周圍神經(jīng)損傷(peripheral nerve injury，PNI)后雪旺細(xì)胞發(fā)生脫髓鞘，并轉(zhuǎn)分化為修復(fù)型的雪旺細(xì)胞(repair SCs)，這種表型的轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為雪旺細(xì)胞的去分化。修復(fù)型雪旺細(xì)胞啟動(dòng)神經(jīng)的再生程序，下調(diào)髓鞘形成基因，激活髓鞘形成的負(fù)調(diào)節(jié)基因[1]，從而清除受損的軸突和髓鞘碎片，為神經(jīng)再生創(chuàng)造有利的環(huán)境。因此，探明雪旺細(xì)胞去分化的分子機(jī)制對(duì)于PNI后及時(shí)而全面有效的恢復(fù)至關(guān)重要，在這個(gè)過(guò)程中，c-Jun、有絲分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等多種信號(hào)通路和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子參與其中。

PNI后軸突遠(yuǎn)端發(fā)生瓦勒變性(Wallerian degeneration，WD)，軸突變性壞死，髓鞘分解成小的碎片，其中髓鞘碎片的清除對(duì)神經(jīng)再生是必不可少的， 持續(xù)存在的軸突碎片會(huì)抑制軸突分支的再生[2]。與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相比，周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的雪旺細(xì)胞吞噬髓鞘碎片的能力明顯優(yōu)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的少突膠質(zhì)細(xì)胞，這也是中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損后再生能力極為有限的重要原因之一。

1 有絲分裂原激活的蛋白激酶信號(hào)通路

有絲分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)將細(xì)胞外信號(hào)傳遞至細(xì)胞內(nèi)，調(diào)控多種細(xì)胞程序。目前研究較多的MAPK包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated protein kinases1/2，ERK1/2)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N terminal kinase，c-Jun)等。ERK1/2和c-Jun是MAPK通路的靶標(biāo)，它們都在神經(jīng)損傷后被激活。

1.1 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子c-Jun氨基末端激酶

c-Jun在正常神經(jīng)中的表達(dá)量很低，但在神經(jīng)損傷后和一些周圍神經(jīng)病中的表達(dá)顯著增高。c-Jun是控制雪旺細(xì)胞去分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，直接參與并促進(jìn)雪旺細(xì)胞的脫髓鞘和去分化。PNI后c-Jun的缺乏會(huì)阻礙修復(fù)型雪旺細(xì)胞的產(chǎn)生[3]，用干擾RNA抑制c-Jun基因表達(dá)的小鼠，髓鞘碎片的降解顯著減少，神經(jīng)元的存活率也降低[4]。正常情況下，PNI后大量的雪旺細(xì)胞向受損處的神經(jīng)內(nèi)膜管遷移，按照新生軸突的方向排列呈鏈鎖狀，形成柱狀的細(xì)胞索結(jié)構(gòu)(Bungner帶)連接損傷的神經(jīng)兩端，為新生軸突的生長(zhǎng)指引方向[5]。而c-Jun敲除的雪旺細(xì)胞不能形成Bunger帶，并且不能表達(dá)對(duì)于神經(jīng)修復(fù)至關(guān)重要的黏附分子和營(yíng)養(yǎng)因子，從而抑制周圍神經(jīng)的再生。但c-Jun的效應(yīng)與表達(dá)量相關(guān)，適當(dāng)濃度的c-Jun不會(huì)影響髓鞘再生，并且能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，過(guò)度表達(dá)的c-Jun對(duì)神經(jīng)再生是不利的。

1.2 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路

細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路(extracellular signal-regulated protein kinases，ERK)的調(diào)控是雪旺細(xì)胞去分化和髓鞘形成所必需的[6]，但它的作用較復(fù)雜。 Raf是ERK信號(hào)公認(rèn)的上游激活劑，Raf能促進(jìn)雪旺細(xì)胞去分化標(biāo)志物p75神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素受體(p75 neurotrophin receptor，p75NTR)的表達(dá)[7]，并抑制髓鞘蛋白的生成。但ERK信號(hào)通路亦能促進(jìn)髓鞘的形成，如乙?；?11-酮基-β-乳香酸通過(guò)提高ERK信號(hào)通路的磷酸化促進(jìn)了雪旺細(xì)胞的增殖和髓鞘化[8]。此外，肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子亦通過(guò)激活ERK通路促進(jìn)了PNI后的髓鞘再生[9]。

這種前后矛盾的結(jié)果可能與多種調(diào)控機(jī)制相互作用有關(guān)，因?yàn)椴煌男盘?hào)通路可能調(diào)控了雪旺細(xì)胞去分化的不同方面。另一種可能是ERK活性水平的差異導(dǎo)致的，即使在正常軸突信號(hào)傳導(dǎo)的情況下，ERK信號(hào)通路持續(xù)地激活，也能引起脫髓鞘[10]。因此，雪旺細(xì)胞中ERK的持續(xù)活化對(duì)神經(jīng)再生有害，ERK信號(hào)通路對(duì)神經(jīng)修復(fù)的影響與表達(dá)強(qiáng)度和持續(xù)的作用時(shí)間有關(guān)。ERK通路可以抑制髓鞘的形成，這在PNI的早期促進(jìn)了髓鞘的清除，從而有利于神經(jīng)再生，但在神經(jīng)修復(fù)的后期抑制髓鞘形成，會(huì)阻礙再生軸突的重新髓鞘化，從而不利于神經(jīng)的功能恢復(fù)，因此ERK通路的激活時(shí)機(jī)也是決定神經(jīng)修復(fù)效果的重要因素。

2 神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1/表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體ErbB2信號(hào)通路

神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1(neuregulin1，NRG1)/表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體ErbB2信號(hào)通路對(duì)于軸突的髓鞘形成至關(guān)重要。但目前NRG1/ErbB信號(hào)通路在雪旺細(xì)胞去分化中的具體作用仍存在爭(zhēng)議。PNI后遠(yuǎn)端神經(jīng)殘端雪旺細(xì)胞中的神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1和表皮生長(zhǎng)因子受體ErbB2/3的水平顯著增加，NRG1/ErbB信號(hào)高度上調(diào)[11]。一直以來(lái)，NRG1被認(rèn)為是PNI后髓鞘再生所必需的。神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1-Ⅲ型(neuregulin1 type-Ⅲ，NRG1-Ⅲ)激活未成熟雪旺細(xì)胞中的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸信號(hào)，從而上調(diào)髓鞘基因[12]，因此NRG1-Ⅲ型能促進(jìn)髓鞘再生，缺乏NRG1-Ⅲ型的軸突再生變慢，并顯示出明顯的髓鞘再生障礙[13]。然而，使用ErbB2受體阻斷劑阻斷NRG1/ErbB信號(hào)傳導(dǎo)，亦能抑制雪旺細(xì)胞的脫髓鞘[14]，這表明NRG1/ErbB的信號(hào)傳導(dǎo)在髓鞘降解中起作用，即NRG1/ErbB能促進(jìn)SCs的脫髓鞘。

這些結(jié)果的差異可能與NRG1/ErbB信號(hào)通路的表達(dá)水平有關(guān)，也可能是NRG1/ErbB信號(hào)通路與其他通路相互作用的結(jié)果。同時(shí)，NRG1有很多亞型，跨膜NRG1-Ⅲ型由有髓鞘的軸突表達(dá)，可溶性NRG1-I型則由損傷后的SCs表達(dá)。不同的亞型和ErbB受體的定位也可能出現(xiàn)完全相反的功能。此外，還有一種可能，即NRG1-Ⅲ型在PNI初期抑制髓鞘形成，而在后期促進(jìn)髓鞘再生。NRG1-Ⅲ的應(yīng)用時(shí)間是決定功能的重要因素，但從本質(zhì)上講NRG1-Ⅲ的使用是對(duì)神經(jīng)再生有利的。PNI早期雪旺細(xì)胞去分化，髓鞘形成的相關(guān)基因下調(diào)，NRG1-Ⅲ型有助于髓鞘碎片的清除，而此時(shí)碎片的清除對(duì)于保障良好的再生環(huán)境十分重要，PNI后期雪旺細(xì)胞再分化成新生軸突的髓鞘，這個(gè)過(guò)程需要髓鞘形成相關(guān)基因的上調(diào)，此時(shí)應(yīng)用NRG1有助于髓鞘再生。因此不同的檢測(cè)時(shí)間窗口可能是影響NRG1作用的重要因素，畢竟NRG1的作用靶點(diǎn)目前尚存在爭(zhēng)議。

3 其他信號(hào)通路

核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)能介導(dǎo)許多疾病的炎性反應(yīng)。NF-κB的激活對(duì)于PNI后雪旺細(xì)胞的去分化和髓鞘形成同樣重要。PNI后，NF-κB明顯上調(diào)[15]，但NF-κB的異常激活也能導(dǎo)致神經(jīng)鞘瘤。目前NF-κB對(duì)髓鞘形成的作用仍存在爭(zhēng)議，因?yàn)檠┩?xì)胞中NF-κB誘導(dǎo)的下游靶標(biāo)有很多，具體有利雪旺細(xì)胞去分化的類型仍需進(jìn)一步確定。此外，磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶 B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信號(hào)通路亦能促進(jìn)雪旺細(xì)胞的增殖和髓鞘形成，在神經(jīng)再生中發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子10(fibroblast growth factor 10，F(xiàn)GF10)通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路抑制了雪旺細(xì)胞過(guò)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[16]，從而促進(jìn)了神經(jīng)損傷后軸突的再生和功能恢復(fù)。而激活Notch信號(hào)通路會(huì)增加神經(jīng)細(xì)胞的易損性，白藜蘆醇通過(guò)下調(diào)Notch1的表達(dá)抑制神經(jīng)元的凋亡，并減輕炎性反性，從而保護(hù)受損神經(jīng)[17]。

4 問(wèn)題與展望

PNI后，雪旺細(xì)胞主導(dǎo)了神經(jīng)再生修復(fù)的整個(gè)過(guò)程，多種信號(hào)通路參與了雪旺細(xì)胞介導(dǎo)的修復(fù)過(guò)程。但文中提到的多數(shù)信號(hào)通路的作用目前仍存在爭(zhēng)議，在不同的實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出完全相反的作用。因?yàn)檠┩?xì)胞的去分化和脫髓鞘受多種通路和轉(zhuǎn)錄因子的共同調(diào)節(jié)，單一信號(hào)通路的作用可能被其他通路所抑制，因此目前需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證這些信號(hào)通路間的相互作用。此外，這些信號(hào)通路的不同表達(dá)量會(huì)對(duì)雪旺細(xì)胞的去分化和髓鞘化產(chǎn)生完全不同的影響。如適當(dāng)濃度的c-Jun不影響髓鞘再生，能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，但過(guò)度表達(dá)的c-Jun對(duì)髓鞘再生是不利的，而髓鞘再生對(duì)后期的神經(jīng)再生至關(guān)重要。

最后，PNI的修復(fù)是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在修復(fù)的早期，髓鞘的清除至關(guān)重要，髓鞘形成的相關(guān)基因和蛋白會(huì)降低，而在修復(fù)的后期，新生軸突需要髓鞘的再生，此時(shí)促進(jìn)髓鞘形成的因子會(huì)上調(diào)，因此不同的檢測(cè)時(shí)間也是影響作用評(píng)價(jià)的重要原因。另外值得注意的是，不同信號(hào)通路在修復(fù)早期和晚期的表達(dá)可能存在差異，這也是導(dǎo)致作用相反的可能原因之一。

總之，盡管周圍神經(jīng)比中樞神經(jīng)的再生能力強(qiáng)，但PNI后的神經(jīng)再生也是不完善的，這與雪旺細(xì)胞數(shù)量的減少及PNI后期修復(fù)型雪旺細(xì)胞的退化有關(guān)，所以促進(jìn)雪旺細(xì)胞的增殖遷移，尤其是修復(fù)型雪旺細(xì)胞的表達(dá)是PNI后成功修復(fù)的關(guān)鍵。因此在雪旺細(xì)胞可塑性的基礎(chǔ)上，以雪旺細(xì)胞為靶點(diǎn)，通過(guò)合適的載體刺激雪旺細(xì)胞增殖和去分化的基因治療方案將是未來(lái)臨床防治周圍神經(jīng)病變的方向。

但要注意的是，誘導(dǎo)雪旺細(xì)胞去分化的時(shí)間和強(qiáng)度是影響神經(jīng)功能恢復(fù)的重要指標(biāo)，持續(xù)地刺激雪旺細(xì)胞去分化會(huì)阻礙再生軸突的重新髓鞘化，并增加神經(jīng)鞘瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。目前針對(duì)上述信號(hào)通路和轉(zhuǎn)錄因子有益神經(jīng)再生的表達(dá)量還沒(méi)有明確的量化。同時(shí)，神經(jīng)修復(fù)的過(guò)程涉及多種細(xì)胞類型和信號(hào)通路的協(xié)同作用。因此，未來(lái)研究工作的重點(diǎn)是明確不同時(shí)間點(diǎn)和不同刺激強(qiáng)度下，這些信號(hào)通路對(duì)神經(jīng)再生的影響，同時(shí)應(yīng)明確在同一條件下，不同通路對(duì)神經(jīng)再生不同階段的影響，以及多條通路聯(lián)合作用的效應(yīng)，從而最大限度地促進(jìn)周圍神經(jīng)損傷后的功能恢復(fù)。