崔 楊，莽 靖綜述，徐忠信審校

Nodal 是轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)超家族成員，TGF-β/Nodal 信號已經(jīng)被證實為維持人類胚胎干細(xì)胞多潛能的重要因素，在動物器官形成、胚胎發(fā)育、上皮組織增生、細(xì)胞外基質(zhì)合成及組織穩(wěn)態(tài)等方面都發(fā)揮著重要作用［1，2］。隨著Nodal 受體克隆、受體功能研究進(jìn)展以及Nodal 受體信號傳遞下游分子的發(fā)現(xiàn)，豐富了對Nodal 作用機制了解，使Nodal 成為骨形成、骨分化、先天性心臟病以及腫瘤導(dǎo)致程序化細(xì)胞死亡機制等方面的研究熱點。同時，近年來Nodal 被發(fā)現(xiàn)并證實參與多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如PI3K/Akt 信號通路、JAK/STAT 信號通路、Notch 信號通路、ActA/Smads 信號通路、MARK 類信號通路等，構(gòu)成信號網(wǎng)絡(luò)，研究發(fā)現(xiàn)這些信號通路參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺血性損傷與修復(fù)，影響細(xì)胞代謝、增殖、分化及程序化死亡過程。本文對近年Nodal 信號網(wǎng)絡(luò)參與腦缺血損傷研究進(jìn)展綜述如下。

1 經(jīng)典的Nodal 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

Nodal 蛋白是一種跨膜糖蛋白，由260 個氨基酸組成，包括胞外配體結(jié)合域N 末端、跨膜段、胞內(nèi)C 末端［3］。其受體為細(xì)胞膜上絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶樣型受體ActR，包括ActRI(又稱ALKs)和ActRII，ActRI 有ALK4 和ALK7 兩種，ActRII 同樣發(fā)現(xiàn)有ActRIIA 和ActRIIB 兩種［4］。Nodal 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制同TGF-β 超家族其它成員非常相似，不同的是I 型受體可直接與Nodal 配基結(jié)合，但親和力很弱，而在II 型受體同時存在的條件下，對受體的親和力大為增強［5］。

分泌至胞外的Nodal 以二聚體的形式與輔助受體EGFCFC 蛋白偶聯(lián)，結(jié)合并激活A(yù)ctRII，然后II 型受體磷酸化I型受體，組成異二聚體轉(zhuǎn)導(dǎo)信號，進(jìn)而激活胞質(zhì)內(nèi)Smads 蛋白。配體受體復(fù)合物磷酸化激活Smad2 和/或Smad3，被激活的R-Smad 再同Smad4 結(jié)合，形成的復(fù)合物進(jìn)入核內(nèi)激活下游特異基因的轉(zhuǎn)錄，通過Smad DNA 結(jié)合配體FoxH1、Mixer 等轉(zhuǎn)錄因子對Nodal 基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控［6，7］。Nodal 信號同TGF-β 信號通路共享了一些因子，例如Nodal、Activin、GDF1 和inhibin 都通過ActRIIB 和ALK4 受體傳遞信號，共享Smad2 和Smad3。

Nodal 與ActRl、ll 型受體的穩(wěn)定結(jié)合需要Cripto-1(EGFCFC 蛋白之一)的輔助，Cripto 通過糖基磷脂酞肌醇(GPI)錨定于細(xì)胞表面。Cripto-1 蛋白通過促進(jìn)Furin 基因的表達(dá)，增強Nodal 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能［8］。另外，Cripto-1 蛋白不僅僅是細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞外的可溶解成份，如其與糖基磷脂酰肌醇結(jié)合，還具有促進(jìn)Nodal 復(fù)合受體旁分泌功能［9］。Nodal通路的正常轉(zhuǎn)導(dǎo)也有賴于適度的負(fù)性調(diào)控。Lefty 可通過與Nodal 或者Cripto-1 結(jié)合阻斷Nodal 信號［10］。Cerberus 和Cerberus 樣蛋白通過阻斷Nodal 與其受體結(jié)合發(fā)揮作用［11］。此外，轉(zhuǎn)錄輔阻遏因子DRAP 1 等可通過結(jié)合FOXH1，阻止與Nodal 信號通路靶基因DNA 的結(jié)合，發(fā)揮其負(fù)性調(diào)控作用［12］。

2 Nodal 信號網(wǎng)絡(luò)參與腦缺血損傷

而Nodal 除上述經(jīng)典的Nodal/Smads 通路以外，與MAPK、PI3K/Akt、Notch 等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在相互作用，與Activin 存在共同的下游分子。不僅如此，Nodal 信號在轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，也受到其他生長因子信號網(wǎng)絡(luò)的交叉調(diào)節(jié)，影響其固有的生物學(xué)效應(yīng)。

2.1 Nodal 與ActA/Smads 信號通路 經(jīng)典的Nodal/Smads 和ActA/Smads 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路極其相似。在膜受體水平，Nodal 信號激活了和ActA 相同或和ActA 高度相關(guān)的途徑［13］。在胞內(nèi)信號傳導(dǎo)，Nodal 和ActA 均借助Smads 通路實現(xiàn)對核內(nèi)基因表達(dá)的調(diào)控，繼而產(chǎn)生各自的生物學(xué)效應(yīng)。

ActA/Smads 通路在腦缺血性損傷中發(fā)揮重要的神經(jīng)保護(hù)功能。在體內(nèi)外模擬的腦缺血性損傷中存在內(nèi)源性ActA/Smads 通路激活［14］。外源性給予ActA 可下調(diào)一氧化碳合酶，提高超氧化物歧化酶的表達(dá)，從而通過抗氧化途徑發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［15］。靶向沉默抑制性Smad(Smad7)，可提高ActA/Smads 通路活性，減輕神經(jīng)元缺血性損傷［16］。Smad 錨著蛋白(Smad anchor for receptor activation，SARA)具有維持ActA/Smads 通路的基礎(chǔ)活化水平，促進(jìn)Smad2 蛋白磷酸化活化的作用［17］。膜受體水平阻斷ActA/Smads 通路，對ActA蛋白表達(dá)及Smad3 蛋白磷酸化水產(chǎn)生負(fù)性調(diào)控作用［18］。

2.2 Nodal 與Notch 信號通路 Nodal 受Notch 信號通路的誘導(dǎo)。細(xì)胞表面的Notch 受體激活后，胞內(nèi)區(qū)域(NICD)經(jīng)Y-分泌酶裂解并釋放，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，與DNA 上的CSL蛋白相結(jié)合形成復(fù)合體啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄。Nodal 的增強子具有與CSL 結(jié)合的位點，因而是Notch 信號通路的直接轉(zhuǎn)錄靶點［19］。

在對缺血性腦損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，成年小鼠腦組織發(fā)生缺血時Notch 信號通路被激活，該通路激活后可促進(jìn)缺血后神經(jīng)干細(xì)胞的存活。也有研究發(fā)現(xiàn)，大鼠局灶腦缺血Notch1信號通路對缺血損傷后的神經(jīng)修復(fù)起重要作用。但在大鼠大腦皮質(zhì)神經(jīng)元成熟過程中，低水平的Notch1 信號可能與神經(jīng)細(xì)胞的突觸發(fā)生有關(guān)，并有利于神經(jīng)細(xì)胞間的聯(lián)接數(shù)目增加［20，21］。缺血性腦損傷早期可以激活Notch 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，對細(xì)胞凋亡的調(diào)控起負(fù)面作用，其機制可能與下調(diào)細(xì)胞凋亡抑制蛋白Bcl-2 表達(dá)、上調(diào)促細(xì)胞凋亡蛋白Bax 表達(dá)有關(guān);阻斷Notch 通路可以使OGD 后PC12 細(xì)胞凋亡率下降，通過抗凋亡發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［22］。

2.3 Nodal 與絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)類信號研究已發(fā)現(xiàn)由EGF(或HGF)激活酪氨酸蛋白激酶產(chǎn)生的MAPK 類信號可以磷酸化Nodal，但由于磷酸化部位不同，產(chǎn)生的效應(yīng)也不同。TGF-β 信號族轉(zhuǎn)導(dǎo)引起的磷酸化，使Nodal 轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號從胞漿進(jìn)入核內(nèi)，效應(yīng)是抑制細(xì)胞增生;而由EGF 或HGF 激活其酪氨酸激酶產(chǎn)生的MAPK 類信號引起的磷酸化結(jié)果是阻止其進(jìn)入核內(nèi)，抑制其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的活性［23］。MAPK 類信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛表達(dá)，各種胞外信號均可經(jīng)其來影響神經(jīng)元形態(tài)分化、重塑、生存等，參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病病理生理過程。

當(dāng)腦缺血時，腦組織缺氧導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重改變，細(xì)胞壞死或凋亡，同時也會啟動修復(fù)機制對缺氧損傷進(jìn)行自我修復(fù)。有研究表明，抑制MAPK 信號可能會導(dǎo)致減少促炎分子生產(chǎn)的炎癥細(xì)胞，特別是小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的高度活化后MAPK 級聯(lián)缺血再灌注損傷［24］。有研究者利用大鼠缺血再灌注模型，給予MAPK 抑制劑可通過抑制MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，防止缺血引起的腦損傷［25］。應(yīng)用抑制劑的研究證實，腦缺血損傷后，MAPK 的3 條主要信號通路均被激活，且促進(jìn)了神經(jīng)元的死亡，MAPK 抑制劑可對缺血性損傷起保護(hù)作用［26，27］。

2.4 Nodal 與JAK/STAT 信號通路 JAK/STAT 信號在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)較為廣泛，已知JAK2 和STAT3 在大腦中高表達(dá)，多存在于突觸后膜。有研究發(fā)現(xiàn)，JAK/STAT 信號通路參與了瘦素誘導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用，在缺血性腦損傷中，在大鼠大腦中動脈閉塞(MCAO)缺血后STAT1 表達(dá)增加，而敲除STAT1 基因可顯著減小大鼠腦梗死體積［28］，結(jié)果表明STAT1 在腦缺血損傷中可能起負(fù)性調(diào)控作用。大鼠MCAO模型的動物實驗中發(fā)現(xiàn)，腦缺血后SOCS3 mRNA(細(xì)胞因子抑制物)表達(dá)增高，反義敲除SOCS3 基因，大鼠的抗缺血能力顯著下降。還有研究者阻斷IL-6 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)小鼠在皮質(zhì)缺血半暗帶磷酸化STAT3 表達(dá)顯著減少，梗死區(qū)凋亡細(xì)胞數(shù)明顯增多，梗死面積增大，神經(jīng)功能缺失加重，提示STAT3活化可能具有神經(jīng)保護(hù)的作用，阻止細(xì)胞凋亡［29，30］。

有研究證實，γ 干擾素通過其受體與有關(guān)酪氨酸激酶Jak1 參與STAT1 的磷酸化，激活的STAT1 引起基因轉(zhuǎn)錄，誘發(fā)抑制性smad7 的表達(dá)，阻礙了TGF-β 受體與Nodal 的結(jié)合，使Nodal 不能活化，即阻止了其下游一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程［31］。

MAPK 類信號和STAT 信號均通過影響Nodal 蛋白來控制TGF-β 族信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，可能Nodal 蛋白是控制細(xì)胞命運的多個網(wǎng)絡(luò)信號中的一個交叉作用點［32］。

2.5 Nodal 與PI3K/Akt 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 除經(jīng)典途徑外，Nodal 能激活如絲裂原激酶的蛋白激酶和磷脂酰肌醇3激酶/Akt 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等很早就已被描述為非經(jīng)典的TGFβ 信號家族成員。在缺血性腦損傷的研究中顯示，將腦缺血后大鼠給予PI3K 抑制劑，可通過抑制PI3K/Akt 途徑抑制大鼠腦皮質(zhì)神經(jīng)祖細(xì)胞DNA 合成，而給予激活劑可激活該過程。還有研究顯示，酪氨酸磷酸酶受體抑制劑能促進(jìn)神經(jīng)營養(yǎng)物質(zhì)的表達(dá)，在缺血后起腦保護(hù)作用。在建立永久大鼠大腦中動脈缺血模型中發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt 信號途徑參與缺血性腦損傷的病理過程，在缺血早期即給予外源因子提高Akt 的表達(dá)可以減少缺血腦組織的損傷［33］。在對大鼠15 min 全腦缺血模型研究發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注24 h 后海馬CA1區(qū)神經(jīng)元Akt-Ser-473 位點磷酸化水平即明顯升高，再灌注36 h、48 h后細(xì)胞色素C 和Caspase-3 表達(dá)才升高，在表達(dá)時序上，磷酸化Akt 早于細(xì)胞色素C 和Caspase-3 表達(dá)，但后者的表達(dá)持續(xù)時間較磷酸化Akt 長;說明Akt 可能參與抗細(xì)胞凋亡作用［34］。

3 結(jié)語

綜上，在目前被證實的多條參與缺血性腦損傷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，Nodal 在很多位點可能與這些通路存在Crosstalk(插話)，提示在腦缺血損傷這一特定病理及病理生理過程中，可能存在由Nodal 或者相類似TGF-β 超家族成員為結(jié)點的信號網(wǎng)絡(luò)，但其參與腦缺血損傷模式、機制等尚處在對線性信號通路的研究以及在其他病理及病理生理過程研究中的推測。闡明其機制，尚需在腦缺血損傷這一特定背景下，以Nodal 或者TGF-β 超家族構(gòu)成的信號網(wǎng)絡(luò)為靶點進(jìn)行更為直接及深入的研究。

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