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中藥對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化信號(hào)通路的綜合調(diào)控作用分析

2017-11-17 08:40汪宏錦李晶晶柯慧徐曉玉
中國(guó)中藥雜志 2017年21期
關(guān)鍵詞:信號(hào)通路增殖分化

汪宏錦 李晶晶 柯慧 徐曉玉

[摘要]尋找促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖與分化的有效方法是加速神經(jīng)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的途徑之一。該文分析了近十年來(lái)中外文獻(xiàn)關(guān)于調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化的中藥及其作用靶點(diǎn)與信號(hào)通路的報(bào)道,發(fā)現(xiàn)中藥對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化信號(hào)通路具有綜合調(diào)控作用。第一,中藥能通過(guò)Notch,PI3K/Akt,Wnt/βcatenin,GFs等信號(hào)通路影響神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化。①黃芪、淫羊藿、龜甲、遠(yuǎn)志能通過(guò)調(diào)節(jié)Notch信號(hào)通路中的關(guān)鍵蛋白或基因Notch1,NICD和Hes的表達(dá)起調(diào)控作用;②人參、銀杏葉、丹參能通過(guò)介導(dǎo)PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮調(diào)控作用,但對(duì)該通路中上下游靶標(biāo)的具體作用機(jī)制尚無(wú)研究;③姜黃、蛇床子可以上調(diào)Wnt/βcatenin信號(hào)通路中的關(guān)鍵靶蛋白Wnt3a及βcatenin的水平從而介導(dǎo)Wnt/βcatenin信號(hào)通路起調(diào)控作用;④三七、川芎可以通過(guò)促進(jìn)分泌性生長(zhǎng)因子EGF,bFGF等的表達(dá)發(fā)揮作用。 第二,一些中藥能通過(guò)多種途徑誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖或分化:黃芪中的黃芪甲苷可以通過(guò)Notch信號(hào)通路調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞的增殖或分化,但黃芪多糖含藥血清又可以通過(guò)調(diào)節(jié)VEGF含量,活化PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮作用;淫羊藿中的淫羊藿苷和淫羊藿黃酮類(lèi)可以分別介導(dǎo)Notch或GFs信號(hào)通路來(lái)控制神經(jīng)干細(xì)胞的命運(yùn)轉(zhuǎn)化;人參皂苷Rg1可以通過(guò)Notch和PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮調(diào)控作用;銀杏內(nèi)酯B可通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路、上調(diào)HIF1α表達(dá)來(lái)有效調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞凋亡相關(guān)基因和促進(jìn)細(xì)胞增殖與分化,進(jìn)而起到神經(jīng)保護(hù)作用,而銀杏葉提取物也能通過(guò)上調(diào)多種細(xì)胞因子的釋放促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化;姜黃素可以通過(guò)Wnt/βcatenin與Notch信號(hào)通路來(lái)調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化。第三,信號(hào)通路的串話(crosstalk)是一些中藥發(fā)揮促NSCs增殖與分化的重要途徑。Notch與GFs信號(hào)通路、GFs與PI3K/Akt信號(hào)通路、Notch與Wnt/βcatenin信號(hào)通路等在調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞的過(guò)程中相互協(xié)調(diào),相互制約,在中藥促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖或分化中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。中藥對(duì)調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化信號(hào)通路的串話研究有待進(jìn)一步加深,闡明其多靶點(diǎn)和多途徑的作用機(jī)制與綜合調(diào)控作用。

[關(guān)鍵詞]神經(jīng)干細(xì)胞; 增殖; 分化; 中藥; 信號(hào)通路; 串話

[Abstract]Since the discovery of neural stem cells(NSCs) in embryonic and adult mammalian central nervous systems, new approaches for proliferation and differentiation of NSCs have been put forward One of the approaches to promote the clinical application of NSCs is to search effective methods to regulate the proliferation and differentiation This problem is urgently to be solved in the medical field Previous studies have shown that traditional Chinese medicine could promote the proliferation and differentiation of NSCs by regulating the relevant signaling pathway in vivo and in vitro Domestic and foreign literatures for regulating the proliferation and differentiation of neural stem cells in recent 10 years and the reports for their target and signaling pathways were analyzed in this paper Traditional Chinese medicine could regulate the proliferation and differentiation of NSCs through signaling pathways of Notch, PI3K/Akt, Wnt/βcatenin and GFs However, studies about NSCs and traditional Chinese medicine should be further deepened; the mechanism of multiple targets and the comprehensive regulation function of traditional Chinese medicine should be clarified.

[Key words]neural stem cell; proliferation; differentiation; traditional Chinese medicine; signaling pathways; crosstalk

神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells,NSCs)是存在于哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)具有自我更新能力和多向分化潛能的細(xì)胞群,主要分布于大腦室管膜下區(qū)(subventricular zone,SVZ)和海馬齒狀回的顆粒下層(subgranular zone,SGZ)[14]。在大腦發(fā)育過(guò)程中,NSCs可以分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞,構(gòu)建大腦結(jié)構(gòu)與功能單元;在大腦發(fā)育成熟后,NSCs依然具有有限的再生能力,為大腦損傷修復(fù)提供可能。當(dāng)腦部病變或受損后,內(nèi)源性的NSCs就會(huì)被“招募”到缺損部位進(jìn)而參與神經(jīng)再生和神經(jīng)修復(fù)[5]。但是機(jī)體內(nèi)NSCs數(shù)目本身較少,僅由外界損傷刺激所引起的機(jī)體自身的反饋仍不足以達(dá)到神經(jīng)自我修復(fù)與功能重建的目的[67]。目前,NSCs移植已經(jīng)成為神經(jīng)系統(tǒng)疾病及損傷一項(xiàng)新的治療策略,相關(guān)疾病的治療如腦卒中、阿爾茲海默病、帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化等已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段[811]。但是NSCs移植存在存活率不高、定向分化困難、易成瘤、難以穿透疤痕組織等問(wèn)題[12]。如何通過(guò)調(diào)控內(nèi)源性NSCs的增殖并分化為特定神經(jīng)細(xì)胞來(lái)補(bǔ)充缺失的細(xì)胞是成體神經(jīng)再生研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。闡明NSCs增殖分化的機(jī)制,尋找調(diào)控NSCs增殖與分化的靶標(biāo),開(kāi)發(fā)促進(jìn)NSCs增殖分化的創(chuàng)新藥物對(duì)于攻克難以治愈的神經(jīng)系統(tǒng)損傷及退行性病變有重要意義[13]。研究發(fā)現(xiàn),諸多經(jīng)典信號(hào)通路如Notch信號(hào)通路、PI3K/Akt信號(hào)通路、Wnt/βcatenin信號(hào)通路、GFs信號(hào)通路等在調(diào)控NSCs的過(guò)程中相互協(xié)調(diào),相互制約,發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。endprint

中藥具有多組分、多靶點(diǎn)、多效果的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。中藥可以通過(guò)激活機(jī)體內(nèi)源性干細(xì)胞、誘導(dǎo)移植的外源性干細(xì)胞,或調(diào)整干細(xì)胞生存的微環(huán)境來(lái)改善并促進(jìn)神經(jīng)再生。并且中藥是通過(guò)有效成分組成的復(fù)雜物質(zhì)體系和病理?xiàng)l件下藥物作用靶點(diǎn)組成的復(fù)雜生物體系的有機(jī)結(jié)合達(dá)到對(duì)機(jī)體的綜合調(diào)控作用,中藥的多成分決定著其對(duì)NSCs的調(diào)控具有多靶點(diǎn)、多效果的優(yōu)勢(shì),利用此優(yōu)勢(shì)對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究或治療具有重大的應(yīng)用價(jià)值。近年研究發(fā)現(xiàn)中藥能通過(guò)Notch,PI3K/Akt,Wnt/βcatenin,GFs等信號(hào)通路等影響NSCs的增殖與分化。并且許多中藥如黃芪、淫羊藿、銀杏葉等能通過(guò)其中一種或多種途徑誘導(dǎo)NSCs的增殖或分化。信號(hào)通路之間的“串話”是一些中藥發(fā)揮促進(jìn)NSCs增殖與分化的重要途徑。本文立足于中醫(yī)藥的整體觀念,對(duì)近十年來(lái)研究中藥調(diào)控NSCs增殖分化的作用及機(jī)制進(jìn)行總結(jié),為臨床應(yīng)用中藥誘導(dǎo)NSCs的增殖與分化治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷提供參考。

1NSCs增殖分化信號(hào)通路及其具有調(diào)控作用的中藥

11調(diào)控Notch信號(hào)通路促NSCs增殖分化的中藥

Notch信號(hào)通路最早于突變果蠅的發(fā)育研究中發(fā)現(xiàn),是一個(gè)高度保守的控制細(xì)胞命運(yùn)的重要調(diào)控通路。Notch信號(hào)通路的激活能實(shí)現(xiàn)相鄰細(xì)胞之間的相互協(xié)調(diào)作用從而啟動(dòng)細(xì)胞的增殖、分化或凋亡程序,調(diào)節(jié)細(xì)胞、組織、器官的分化和發(fā)育[14]。經(jīng)典的Notch通路主要由Notch受體、Notch配體、轉(zhuǎn)錄因子、靶分子以及一些調(diào)節(jié)分子組成[15]。

Notch信號(hào)通路是NSCs增殖與分化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控環(huán)節(jié),可以和Wnt/βcatenin,GFs等其他多種信號(hào)通路共同調(diào)控NSCs的增殖與分化。早期研究認(rèn)為[1618],Notch信號(hào)通路屬于干細(xì)胞分化的抑制性通路,可抑制NSCs向神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞分化,由此間接維持干細(xì)胞的多能性和自我更新能力。Notch信號(hào)通路的阻斷可以削弱NSCs的自我更新能力,而持續(xù)性的激活其受體Notch1又可以增強(qiáng)NSCs的增殖。而目前有研究顯示[19],Notch通路在NSCs分化的不同階段發(fā)揮不同的調(diào)控作用。在分化早期,Notch通路可以通過(guò)抑制NSCs向神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞分化、增強(qiáng)細(xì)胞信號(hào)連接等方式獨(dú)立調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程來(lái)維持NSCs的自我更新能力。而在分化晚期,通過(guò)Notch通路可以將中間祖細(xì)胞選擇性的分化為神經(jīng)元或者星型膠質(zhì)細(xì)胞,而向少突膠質(zhì)細(xì)胞分化的比例較少。

當(dāng)Notch受體被鄰近細(xì)胞分泌的跨膜配體如Delta,Serrate或Lag2激活后,胞內(nèi)區(qū)(Notch intracellular domain,NICD)被γ分泌酶切開(kāi)并轉(zhuǎn)移到核內(nèi),引起多種靶基因如Hes(hariy enhancer of split,Hes)的表達(dá),從而產(chǎn)生抑制NSCs分化的作用[20]。Haupt S等[21]將重組NICD轉(zhuǎn)錄到NSCs中,可以轉(zhuǎn)基因?qū)崿F(xiàn)激活Notch通路,使細(xì)胞處于增殖狀態(tài)。Hes為Notch通路的下游靶基因,屬于bHLH基因家族,包括Hes1和Hes5[2223]。活化的Notch信號(hào)通路可以增加Hesl和Hes5的表達(dá),上調(diào)細(xì)胞周期蛋白從而進(jìn)一步促進(jìn)干細(xì)胞的增殖[2425]。因此,Hes可以維持NSCs的自我更新和抑制其分化,對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)生和構(gòu)筑正常神經(jīng)功能具有重要意義[26]。

111黃芪豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus(Fisch)Bgevarmongholicus(Bge)Hsiao或膜莢黃芪A. membranaceus(Fisch)Bge的干燥根。研究發(fā)現(xiàn)[2728],黃芪注射液可以上調(diào)腦缺血模型大鼠腦內(nèi)巢蛋白(Nestin)及其與膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)或微管相關(guān)蛋白2(MAP2)共同表達(dá)的陽(yáng)性細(xì)胞數(shù),說(shuō)明黃芪注射液可以促進(jìn)NSCs增殖,并能夠誘導(dǎo)其向神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞分化。在其機(jī)制研究方面,曹寶萍等[29]發(fā)現(xiàn)黃芪注射液在誘導(dǎo)NSCs分化的過(guò)程中,可能啟動(dòng)了bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族,促使相關(guān)基因NeuroD,Ngn2和Mash1的下調(diào),從而使NSCs向神經(jīng)元方向分化;Haiyan H等[30]研究證明黃芪甲苷Ⅳ能上調(diào)體外培養(yǎng)的大鼠海馬區(qū)NSCs的Notch1和NICD,誘導(dǎo)外源性NSCs的增殖與分化,并且將其移植到阿爾茲海默模型大鼠海馬區(qū)后可以顯著改善模型大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。柴麗娟等[31]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷能明顯提高體外NSCs增殖率、神經(jīng)球的形成率,其誘導(dǎo)增殖與細(xì)胞周期蛋白D1,Hes1,Hes5的基因表達(dá)增加有關(guān)。由上可知,黃芪中的皂苷類(lèi)成分可以通過(guò)Notch信號(hào)通路調(diào)控NSCs的增殖或分化。

112淫羊藿小檗科植物淫羊藿Epimedium brevicornu Maxim.、箭葉淫羊藿E. sagittatum(Siebet Zucc)Maxim.、柔毛淫羊藿E pubescens Maxim或朝鮮淫羊藿E koreanum Nakai的干燥葉。許多研究表明淫羊藿苷可以調(diào)控NSCs的增殖與分化。付小龍等[32]發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷可以促進(jìn)大鼠海馬區(qū)NSCs內(nèi)Brdu陽(yáng)性的表達(dá),明顯提高NSCs細(xì)胞周期蛋白Cyclin D1及p21 mRNA的表達(dá),促進(jìn)NSCs的增殖。楊潘[33]也證實(shí)了淫羊藿苷可以促進(jìn)人胚胎NSCs增殖,并誘導(dǎo)其分化。Yang P等[34]研究發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷可以通過(guò)促進(jìn)NSCs的增殖和分化發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)的作用。Wu B等[35]利用Morris水迷宮證明了淫羊藿苷能激活衰老模型大鼠腦內(nèi)靜止的NSCs,促進(jìn)其增殖與分化,進(jìn)而延緩衰老大鼠認(rèn)知能力的減退。關(guān)于其機(jī)制研究方面,俞悅[36]通過(guò)建立胎鼠腦NSCs培養(yǎng)體系發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷能上調(diào)Notch1,Hes1和Jagged1的表達(dá),通過(guò)介導(dǎo)Notch信號(hào)通路促進(jìn)NSCs的增殖。

113龜甲(龜板)龜科動(dòng)物烏龜Chinemys reevesii(Gray)的背甲及腹甲。陳東風(fēng)等[37]觀察龜板水煎液對(duì)局灶性腦缺血模型大鼠NSCs的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)龜板水煎液可以增強(qiáng)腦缺血后Nestin表達(dá)、降低神經(jīng)功能評(píng)分,提示龜板可減輕神經(jīng)損傷癥狀,促進(jìn)局灶性腦缺血后NSCs的增殖。李伊為等[38]研究表明龜板水煎液可使Allen脊髓損傷模型大鼠脊髓中Nestin持續(xù)高表達(dá)至術(shù)后第28天,而模型組僅持續(xù)高表達(dá)至術(shù)后21 d;且增加的Nestin陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量與神經(jīng)功能的改善程度平行,提示龜板可促進(jìn)脊髓損傷后NSCs的增殖并減輕神經(jīng)損傷癥狀。李彩霞等[39]發(fā)現(xiàn)龜板提取物能誘導(dǎo)miR124和miR9的表達(dá),顯著下調(diào)Notch1信號(hào)分子和下游的靶基因Hes1的表達(dá),促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元分化。microRNA在NSCs的增殖分化過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用[40]。Giraldez A J等[41]通過(guò)斷裂斑馬魚(yú)Dicer酶基因來(lái)抑制miRNA生成,并最終導(dǎo)致神經(jīng)管發(fā)育缺陷,率先證實(shí)了miRNA在NSCs增殖分化過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控作用。有研究表明[4243],miR124可通過(guò)靶向調(diào)控Jagged1Notch信號(hào)途徑,抑制NSCs的增殖,促進(jìn)其向神經(jīng)元的分化。相反地,在體外抑制miR124的表達(dá)可以促進(jìn)NSCs的增殖,抑制其向神經(jīng)元分化[44]。Landgraf P等[45]研究發(fā)現(xiàn),miR9是除了miR124之外另一個(gè)被證實(shí)在NSCs向神經(jīng)元細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)揮著重要調(diào)控作用的microRNA?;谝陨涎芯?,推測(cè)龜板提取物可以通過(guò)誘導(dǎo)miR124和miR9的表達(dá)來(lái)介導(dǎo)Notch信號(hào)通路調(diào)控NSCs的增殖與分化。endprint

114遠(yuǎn)志遠(yuǎn)志科植物遠(yuǎn)志Polygala tenuifolia Willd或卵葉遠(yuǎn)志P. sibirica L的干燥根。遠(yuǎn)志中的皂苷類(lèi)成分具有調(diào)控NSCs增殖或分化的作用。陳玉靜等[46]發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)志皂苷元的干預(yù)下,Nestin陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)較對(duì)照組減少,神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)和膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)較對(duì)照組增加,說(shuō)明遠(yuǎn)志皂苷元能促進(jìn)新生大鼠海馬區(qū)NSCs的分化。黃昕艷等[47]也發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)志總皂苷對(duì)海馬NSCs向神經(jīng)元分化有一定的促進(jìn)作用。經(jīng)遠(yuǎn)志總皂苷誘導(dǎo)24 h后,可見(jiàn)細(xì)胞球周邊有分化出的神經(jīng)元樣細(xì)胞。誘導(dǎo)3 d后,神經(jīng)球周邊神經(jīng)元樣的分化細(xì)胞增多,相鄰細(xì)胞球之間形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接。說(shuō)明在NSCs分化早期,遠(yuǎn)志總皂苷可能促使其神經(jīng)纖維生成、生長(zhǎng),并在神經(jīng)纖維相互之間的連接起到一定作用。在其調(diào)控機(jī)制方面,朱曉峰等[48]發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)志總皂苷能夠促進(jìn)體外培養(yǎng)的海馬NSCs向神經(jīng)元及膽堿能神經(jīng)元定向分化,并上調(diào)NSCs中Mashl的表達(dá)。而師昉等[49]也證實(shí)了遠(yuǎn)志皂苷元可顯著促進(jìn)NSCs增殖,同時(shí)上調(diào)Hes1和Mash1基因表達(dá),促進(jìn)NSCs分化,提高其向神經(jīng)元分化的比例。由此可見(jiàn),遠(yuǎn)志可以通過(guò)Notch信號(hào)通路調(diào)控NSCs的增殖與分化過(guò)程。

12調(diào)控PI3K/Akt信號(hào)通路促NSCs增殖分化的中藥

PI3K/Akt信號(hào)通路廣泛存在于細(xì)胞中,也是細(xì)胞內(nèi)一條經(jīng)典的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,是膜受體信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要途徑,其參與細(xì)胞激活、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、蛋白質(zhì)合成等調(diào)控環(huán)節(jié),在細(xì)胞增殖、代謝、凋亡等過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

PI3K/Akt (磷酯酰肌醇3激酶/蛋白激酶B)信號(hào)通路主要由磷脂酰肌醇PI3K和其下游分子蛋白激酶B Akt所組成。PI3K具有磷脂酰肌醇激酶的活性,可被多種細(xì)胞因子和理化因素激活。PI3K激活的結(jié)果是在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使PIP3,PIP3與細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)蛋白Akt結(jié)合,通過(guò)誘導(dǎo)磷酸化反應(yīng)導(dǎo)致Akt的活化。Akt是PI3K下游具有絲氨酸/蘇氨酸(Serine/Threonine)活性的激酶,也在多種類(lèi)型細(xì)胞的生存及增殖過(guò)程中起到關(guān)鍵的調(diào)控作用。Akt完全活化后由能引起下游磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)和調(diào)節(jié)Bad,GSK3和p27Kip1等細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控相關(guān)靶蛋白的表達(dá),進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及遷移等[50]。研究顯示,該通路在調(diào)控胚胎干細(xì)胞的自我更新和維持其多向分化潛能方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[51]。而對(duì)于NSCs而言,通過(guò)介導(dǎo)此信號(hào)通路也可以促進(jìn)體外或體內(nèi)NSCs的增殖與分化[5254],維持細(xì)胞活性;并且在病理?xiàng)l件下如通過(guò)氧糖剝奪所模擬的體外腦缺血模型中也發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號(hào)通路能夠在低氧干預(yù)下有效促進(jìn)NSCs的增殖過(guò)程[55]。

121人參五加科植物人參Panax ginseng C A Mey的干燥根和根莖。人參皂苷是人參中的重要活性成分之一,具有良好的腦保護(hù)作用。Lin T等[56]發(fā)現(xiàn)人參皂苷能提高體內(nèi)外的大鼠海馬區(qū)NSCs Brdu陽(yáng)性細(xì)胞數(shù),說(shuō)明人參皂苷可以誘導(dǎo)NSCs增殖,促進(jìn)海馬區(qū)的神經(jīng)再生。Wang B等[57]在研究人參皂苷對(duì)鉛損傷大鼠神經(jīng)再生功能的影響中發(fā)現(xiàn)人參皂苷預(yù)處理后可以下調(diào)小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物Iba1的免疫反應(yīng)性,削弱鉛誘導(dǎo)的炎癥因子IL1β,IL6和TNFα上調(diào),阻止鉛所導(dǎo)致的室管膜下區(qū)和顆粒下層的Brdu與DCX陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)下降,說(shuō)明人參皂苷可能通過(guò)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活性、對(duì)抗炎癥反應(yīng)、維持NSCs增殖能力而促進(jìn)腦部神經(jīng)再生和自我修復(fù),發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用。Li Y等[58]將人參皂苷Rg1誘導(dǎo)的NSCs移植到缺血缺氧損傷大鼠模型,證明人參皂苷Rg1可以促進(jìn)模型大鼠部分功能的恢復(fù)。Wang L等[59]也發(fā)現(xiàn)經(jīng)BDNF與人參皂苷(Rg1和Rb1)聯(lián)合誘導(dǎo)的人NSCs在分化過(guò)程中具有更好的存活能力,更多的神經(jīng)突觸生長(zhǎng)、發(fā)育及細(xì)胞連接形成。李英博等[60]將采用經(jīng)過(guò)人參皂苷Rg1誘導(dǎo)的NSCs移植到模型大鼠側(cè)腦室治療缺血缺氧腦損傷,發(fā)現(xiàn)模型大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力有了明顯的提高,能夠較快的尋找到隱藏的平臺(tái),而且在空間探索時(shí)也顯示了一定的目的性,提示經(jīng)Rg1誘導(dǎo)后的NSCs在缺血性腦損傷中對(duì)學(xué)習(xí)、記憶等復(fù)雜神經(jīng)功能的恢復(fù)起到了很好的作用。而關(guān)于人參皂苷調(diào)控NSCs的機(jī)制,李英博等[61]在后續(xù)的研究中采用基因芯片技術(shù)對(duì)基因芯片海量數(shù)據(jù)進(jìn)行Pathway數(shù)據(jù)演算,得出在人參皂苷Rg1誘導(dǎo)NSCs增殖過(guò)程中,PI3KAkt信號(hào)傳導(dǎo)通路具有重要作用。鄭玉芹等[62]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1組的NSCs增殖率及磷酸化Akt蛋白水平均較對(duì)照組高,且這種作用可以被PI3K/Akt抑制劑LY294002逆轉(zhuǎn)。此結(jié)果不但說(shuō)明人參皂苷Rb1在一定濃度范圍內(nèi)可以促進(jìn)體外培養(yǎng)NSCs的增殖,而且也發(fā)現(xiàn)了PI3K/Akt信號(hào)通路在人參皂苷Rb1促進(jìn)NSCs增殖作用中發(fā)揮重要作用。在中風(fēng)等腦損傷情況下,人參皂苷能夠作用于NSCs巢內(nèi)的星形膠質(zhì)細(xì)胞,使星形膠質(zhì)細(xì)胞HIF1α表達(dá)上調(diào),促進(jìn)下游VEGF的分泌增加,通過(guò)旁分泌的形式作用于NSCs并促進(jìn)NSCs增殖和分化,從而達(dá)到修復(fù)腦損傷的目的[63]。HIF1α是組織缺氧時(shí)細(xì)胞的低氧應(yīng)答反應(yīng)過(guò)程中的關(guān)鍵因子。輕度缺氧時(shí),HIF1α介導(dǎo)的多種基因表達(dá)上調(diào),誘導(dǎo)NSCs的生長(zhǎng)、增殖并向神經(jīng)元分化,從而補(bǔ)充損失的神經(jīng)元[64]。并且有研究證實(shí),缺氧以及非缺氧性刺激都可通過(guò)PI3K依賴(lài)性或相關(guān)的途徑誘導(dǎo)HIF1α的表達(dá)和活性[65]。綜上推測(cè)人參皂苷可以通過(guò)PI3K/Akt途徑影響HIF1α的表達(dá)來(lái)調(diào)控NSCs的增殖與分化。

122銀杏葉銀杏科植物銀杏Ginkgo biloba L的干燥葉。銀杏內(nèi)酯B是銀杏葉提取物中的主要藥效成分,具有神經(jīng)保護(hù)作用。劉靜[66]研究發(fā)現(xiàn)銀杏內(nèi)酯B能誘導(dǎo)NSCs 向神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞的分化,促進(jìn)細(xì)胞突起的生長(zhǎng)。Wang C等[67]采用銀杏葉提取物干預(yù)體外小鼠耳蝸NSCs,發(fā)現(xiàn)銀杏葉提取物可以顯著提升NSCs的增殖與分化能力,并且由此分化形成的神經(jīng)元具有更加復(fù)雜的突觸生長(zhǎng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。Wang J等[68]也發(fā)現(xiàn)銀杏葉提取物EGb761可以提高血管性癡呆模型大鼠NSCs的增殖、遷移和分化能力。并且經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)分化產(chǎn)生的新生神經(jīng)細(xì)胞可以通過(guò)與周?chē)?xì)胞建立突觸連接、融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而增強(qiáng)突觸可塑性,促進(jìn)大腦損傷組織的恢復(fù),提高血管性癡呆大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。在銀杏內(nèi)酯B調(diào)控NSCs的機(jī)制方面,劉娜等[6970]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)銀杏內(nèi)酯B處理后的NSCs的HIF1α,pAkt表達(dá)均較對(duì)照組明顯增高,該作用可被PI3K/Akt特異性抑制劑Wortmannin所抑制,且PI3K/Akt信號(hào)通路激活能促進(jìn)HIF1α的表達(dá),該研究很好地說(shuō)明了銀杏內(nèi)酯B可能通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路、上調(diào)HIF1α表達(dá)來(lái)對(duì)NSCs起保護(hù)作用。endprint

123丹參唇形科植物丹參Salvia miltiorrhiza Bge的干燥根和根莖,其中所含的丹酚酸B是治療腦部損傷或神經(jīng)退行性疾病的主要藥效成分。Guo G等[71]研究發(fā)現(xiàn)丹酚酸B可以促進(jìn)體外培養(yǎng)的胎鼠皮層NSCs的神經(jīng)突生長(zhǎng)及其向神經(jīng)元分化,為損傷神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)提供了潛在的可能。而Zhang N等[72]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)丹酚酸B不但可以促進(jìn)NSCs的增殖,增加其向神經(jīng)元分化的比例,還可以誘導(dǎo)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF的產(chǎn)生,減少乳糖漏出率,抑制細(xì)胞凋亡,從而減輕由H2O2所導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷,發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用。山愛(ài)景[73]、郭國(guó)慶等[74]也同樣證實(shí)丹酚酸B可顯著減少NSCs G0/G1期的百分比并增加G2/S期細(xì)胞百分比,延長(zhǎng)NSCs對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間,促進(jìn)NSCs分化并使其分化的神經(jīng)元纖維增多、增長(zhǎng)。Zhuang P等[75]也發(fā)現(xiàn)丹酚酸B可以維持腦缺血模型大鼠腦內(nèi)NSCs的增殖能力,并促進(jìn)其神經(jīng)功能的恢復(fù),提高其術(shù)后的學(xué)習(xí)和記憶能力。而關(guān)于丹酚酸B調(diào)控NSCs的作用機(jī)制,Zhuang P進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號(hào)通路的阻斷劑Ly294002會(huì)抑制丹酚酸B所誘導(dǎo)的NSCs增殖;并且在丹酚酸B的干預(yù)下,NSCs中Akt的磷酸化會(huì)增加,而這種作用也會(huì)被Ly294002所抑制。此結(jié)果說(shuō)明了丹酚酸B可以通過(guò)介導(dǎo)PI3K/Akt信號(hào)通路來(lái)維持NSCs的自我更新能力并促進(jìn)其增殖。

13調(diào)控Wnt/βcatenin信號(hào)通路促NSCs增殖分化的中藥

Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一個(gè)非常廣泛的調(diào)控?zé)o數(shù)生命活動(dòng)的信號(hào)通路,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及成體神經(jīng)再生過(guò)程中控制著細(xì)胞的生長(zhǎng)及分化[76]。Wnt信號(hào)傳導(dǎo)途徑是因啟動(dòng)蛋白為Wnt而得名,Wnt蛋白是一個(gè)富含半胱氨酸殘基的分泌信號(hào)糖蛋白大家族,是一類(lèi)調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的重要分泌性生長(zhǎng)因子[77]。Wnt/βcatenin信號(hào)通路首先被發(fā)現(xiàn)在胚胎NSCs發(fā)育中起關(guān)鍵調(diào)控作用[78],此后許多研究也表明Wnt信號(hào)能夠顯著促進(jìn)成體NSCs向神經(jīng)元分化。Wnt蛋白通過(guò)自分泌或旁分泌作用與位于細(xì)胞膜上的受體相結(jié)合,激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路,調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá),在成體神經(jīng)發(fā)育與再生中起到非常重要的調(diào)節(jié)作用[79]。而βcatenin是該通路的關(guān)鍵信號(hào)分子,其轉(zhuǎn)錄活性對(duì)于該通路的激活至關(guān)重要[80]。Wnt/βcatenin通路的活化能減輕腦缺血后的腦損傷,顯著地促進(jìn)成體海馬區(qū)NSCs的增殖與分化,提高其向神經(jīng)元細(xì)胞分化的比例[81]。

131姜黃姜科植物姜黃Curcuma longa L.的干燥根莖。姜黃素與姜黃酮都是從姜黃中提取的生物活性物質(zhì),也是姜黃發(fā)揮抗炎、抗氧化、抗癌、神經(jīng)保護(hù)等藥理作用的活性成分。Dong S等[82]發(fā)現(xiàn)姜黃素可以顯著的促進(jìn)衰老模型大鼠海馬齒狀回的神經(jīng)再生,從而改善癥狀并提高其認(rèn)知能力。Hucklenbroich J等[83]研究表明,姜黃酮在體內(nèi)外均能提高NSCs的增殖與分化能力,促進(jìn)NSCs在室管膜下區(qū)與海馬的遷移,增強(qiáng)神經(jīng)再生。向鑫等[84]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可誘導(dǎo)脊髓損傷后被激活的內(nèi)源性NSCs更多地分化為神經(jīng)元,減輕膠質(zhì)瘢痕,從而促進(jìn)大鼠后肢功能的恢復(fù)。并且姜黃素處理組中Wnt3a,βcatenin的表達(dá)與單純損傷組趨勢(shì)相似,但各時(shí)間點(diǎn)的表達(dá)量均顯著高于單純損傷組。故認(rèn)為Wnt/βcatenin信號(hào)通路參與了損傷后內(nèi)源性NSCs的增殖過(guò)程;而應(yīng)用姜黃素干預(yù)脊髓損傷后發(fā)現(xiàn)Wnt3a及βcatenin的表達(dá)量進(jìn)一步上調(diào),同時(shí)內(nèi)源性NSCs向神經(jīng)元分化,證明姜黃素正是通過(guò)激活Wnt/βcatenin信號(hào)通路促進(jìn)脊髓損傷后被激活的內(nèi)源性NSCs更多地向神經(jīng)元方向分化,從而改善大鼠脊髓損傷的預(yù)后。陳飛等[85]觀察姜黃素對(duì)體外NSCs增殖分化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)姜黃素組Wnt3a,βcatenin表達(dá)量較其他各組明顯升高,經(jīng)Wnt通路特異性阻斷劑IWR1處理后其表達(dá)水平明顯降低;RTPCR結(jié)果顯示姜黃素組Wnt3a及βcatenin基因表達(dá)水平明顯上調(diào),而IWR1組Wnt3a及βcatenin基因表達(dá)水平明顯下降,總體變化趨勢(shì)與Western blot結(jié)果一致。此研究初步證明姜黃素在誘導(dǎo)NSCs增殖分化過(guò)程中與經(jīng)典的Wnt/βcatenin 信號(hào)通路密切相關(guān)。Chen F等[86]同樣發(fā)現(xiàn)姜黃素可以提高Wnt3a和βcatenin的表達(dá),并且這種作用也能被IWR1所抑制,證明姜黃素發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制之一就是激活Wnt/βcatenin通路。

132蛇床子傘形科植物蛇床Cnidium monnieri (L)Cuss的干燥成熟果實(shí)。蛇床子素是從蛇床子中提取的一種香豆素類(lèi)藥效成分,對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等都有藥理作用。Gao Z等[87]研究發(fā)現(xiàn)蛇床子素可以通過(guò)抗炎作用改善體內(nèi)移植NSCs的生存環(huán)境,誘導(dǎo)NSCs向神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞分化,抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞增生,從而增強(qiáng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)髓鞘和軸突損傷的修復(fù)。姚瓔珈等[88]在研究蛇床子素對(duì)叔丁基過(guò)氧化氫所誘導(dǎo)的NSCs衰老損傷時(shí)發(fā)現(xiàn),蛇床子素可以明顯提高NSCs存活率,提高其向星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元分化能力,降低與衰老相關(guān)的βgal陽(yáng)性率,表明蛇床子素可改善衰老NSCs的增殖和分化能力,對(duì)NSCs具有延緩衰老的作用。而在其進(jìn)一步機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)[89],蛇床子素不僅可以提高NSCs的增殖能力,增加其向神經(jīng)元分化的比例,而且還可以抑制神經(jīng)元凋亡;RTPCR和Western blot的結(jié)果均顯示蛇床子素可抑制 GSK3β基因及蛋白的表達(dá),促進(jìn)βcatenin基因及蛋白的表達(dá)。由此說(shuō)明蛇床子素促進(jìn)NSCs增殖分化可能與通過(guò)激活Wnt/βcatenin信號(hào)通路有關(guān)。

14調(diào)控GFs信號(hào)通路促NSCs增殖分化的中藥

細(xì)胞生長(zhǎng)因子(growth factors,GFs)是一類(lèi)能在細(xì)胞間傳遞信息、刺激細(xì)胞生長(zhǎng)活性的蛋白質(zhì)或小分子多肽。影響NSCs增殖分化的細(xì)胞生長(zhǎng)因子有很多,主要包括表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor,F(xiàn)GF)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、白血病抑制因子(LIF)、白細(xì)胞介素(IL)、血小板源生長(zhǎng)因子(PDGF)等。其中,GFs家族的EGF與FGF在調(diào)控NSCs增殖中起著至關(guān)重要的作用,可以共同調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育晚期NSCs對(duì)向膠質(zhì)細(xì)胞分化的反應(yīng)性[90]。研究證實(shí),激活GFs可以提高NSCs的活性,促進(jìn)NSCs的增殖與遷移[91]。但是對(duì)FGF應(yīng)答的細(xì)胞在胚胎發(fā)育早期就已經(jīng)存在,維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能并延緩細(xì)胞老化,并能使較多的神經(jīng)元在病理狀態(tài)下得以生存;促進(jìn)腦損傷后的早期修復(fù)而對(duì)EGF應(yīng)答的NSCs在發(fā)育晚期特定的時(shí)間和空間才出現(xiàn);而在分別阻斷EGF與FGF信號(hào)通路后也發(fā)現(xiàn)這2個(gè)信號(hào)通路可以分別獨(dú)立的調(diào)控NSCs的增殖與分化[92]。endprint

141三七五加科植物三七P. notoginseng (Burk) FH Chen的干燥根和根莖。三七中的皂苷類(lèi)成分在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有廣泛的藥理活性。張建平等[93]觀察不同劑量的三七總皂苷對(duì)大鼠NSCs的影響,發(fā)現(xiàn)三七總皂苷能夠調(diào)節(jié)體外培養(yǎng)的大鼠海馬NSCs的增殖和分化水平,在合適的劑量下顯著提高了神經(jīng)元的分化比例。雷勛明等[94]也發(fā)現(xiàn)三七總皂苷能誘導(dǎo)缺氧缺血性腦損傷新生鼠內(nèi)源性NSCs增殖、分化,提示其具有促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生的作用。姜曉鋒等[95]觀察到三七三醇皂苷可以發(fā)揮類(lèi)缺血耐受作用,促進(jìn)急性腦缺血模型大鼠腦內(nèi)源性NSCs增殖,進(jìn)而改善大鼠腦梗死后的神經(jīng)功能缺損癥狀。Ke C等[96]研究發(fā)現(xiàn)三七皂苷可以提高NSCs移植到帕金森模型大鼠體內(nèi)分化形成的多巴胺能神經(jīng)元的存活能力和治療效果。Si Y C等[97]發(fā)現(xiàn)三七皂苷可以提高體外NSCs在氧糖剝奪后的增殖與分化能力,促進(jìn)胚胎大鼠海馬區(qū)NSCs的自我更新與分化,提示三七皂苷具有增強(qiáng)神經(jīng)形成及再生的功效。關(guān)于其作用機(jī)制,Si Y等[98]研究證明了通過(guò)自分泌與旁分泌通路釋放的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子能促進(jìn)大鼠胚胎NSCs的存活能力、自我更新、增殖與分化。而鐘森等[99]觀察三七總皂苷對(duì)腦缺血再灌注大鼠NSCs相關(guān)調(diào)節(jié)因子的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)缺血再灌注各時(shí)間點(diǎn)三七總皂苷組Bcl2,Nestin,BDNF,EGF的表達(dá)與模型組比較顯著增加,說(shuō)明三七總皂苷能上調(diào)相關(guān)細(xì)胞因子BDNF,EGF,Nestin的表達(dá)而促進(jìn)NSCs增殖。程龍[100]也發(fā)現(xiàn)三七總皂苷可能通過(guò)促進(jìn)體外胎鼠皮層NSCs或前體細(xì)胞bFGF,BDNF自身合成增加來(lái)促進(jìn)NSCs的存活、增殖、分化和自我更新。通過(guò)以上研究結(jié)果可以說(shuō)明GFs信號(hào)通路是三七誘導(dǎo)NSCs增殖與分化的一條重要途徑之一。

142川芎傘形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort的干燥根莖。祁文等[101102]研究發(fā)現(xiàn)川芎嗪能夠促進(jìn)脊髓損傷后損傷區(qū)域GFAP的表達(dá),對(duì)脊髓損傷后內(nèi)源性NSCs增殖分化有促進(jìn)作用;并且川芎嗪能明顯減輕脊髓損傷后水腫、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及出血程度,保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞,促進(jìn)脊髓組織修復(fù)。Tian Y等[103]也證實(shí)了川芎嗪可以促進(jìn)體外低氧刺激條件下大鼠NSCs分化為神經(jīng)元并誘導(dǎo)神經(jīng)再生,起到神經(jīng)保護(hù)的作用。另有研究發(fā)現(xiàn)[104],川芎嗪能上調(diào)重型腦損傷后損傷區(qū)腦組織bFGF的表達(dá),保護(hù)神經(jīng)元尼氏體,恢復(fù)神經(jīng)功能。故基于以上推測(cè),川芎嗪可能可以通過(guò)GFs信號(hào)通路來(lái)調(diào)控NSCs的增殖分化,發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用。

綜上,中藥有效成分調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化信號(hào)通路及靶點(diǎn)總結(jié)見(jiàn)表1。

2中藥的不同成分能同時(shí)介導(dǎo)不同信號(hào)通路共同促進(jìn)NSCs的增殖或分化

多成分、多靶點(diǎn)、多功效是中藥的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。中藥在對(duì)NSCs發(fā)揮調(diào)控作用時(shí),由于其成分的復(fù)雜性,多種有效成分往往能通過(guò)多種途徑發(fā)揮多重功效,多個(gè)信號(hào)通路協(xié)調(diào)運(yùn)作,共同調(diào)控NSCs的增殖與分化,進(jìn)而影響神經(jīng)再生,發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用。已有研究發(fā)現(xiàn),黃芪、淫羊藿、人參、銀杏葉、姜黃等中藥中的多種成分就能通過(guò)不同信號(hào)通路共同促進(jìn)NSCs的增殖或分化,見(jiàn)圖1。

黃芪中的黃芪甲苷可以通過(guò)Notch信號(hào)通路調(diào)控NSCs的增殖或分化[2931],但黃芪多糖含藥血清又可以通過(guò)調(diào)節(jié)VEGF含量,活化PI3K/Akt信號(hào)通路,促進(jìn)Akt磷酸化,調(diào)節(jié)下游靶基因,促進(jìn)NSCs增殖;并且能通過(guò)VEGF影響鈣離子通道,提高突觸p38表達(dá),促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元分化[105]。

淫羊藿中的淫羊藿苷能通過(guò)介導(dǎo)Notch信號(hào)通路激活衰老模型大鼠腦內(nèi)靜默的NSCs,促進(jìn)其增殖與分化[36]。而Yao R等[106]研究發(fā)現(xiàn)淫羊藿的另外一類(lèi)活性成分淫羊藿黃酮類(lèi)能通過(guò)影響GFs的表達(dá)從而促進(jìn)NSCs的Tuj1,NF200,GFAP表達(dá)上調(diào),Brdu陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)增加,誘導(dǎo)體外NSCs增殖和分化。

人參皂苷Rg1,Rb1可以介導(dǎo)PI3K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)體外培養(yǎng)的NSCs的增殖[6162]。但基因芯片篩選技術(shù)也發(fā)現(xiàn)[61],Hes1可以維持NSCs的自我更新,對(duì)產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞的合適數(shù)量和構(gòu)建正常神經(jīng)功能具有重要意義。而人參皂苷 Rg1之所以能發(fā)揮較好的促進(jìn)NSCs增殖的效果,也與其能激活Notch信號(hào)通路,顯著上調(diào)Hes1基因表達(dá)水平相關(guān)。

銀杏內(nèi)酯B能夠增強(qiáng)皮層NSCs活性,減少細(xì)胞凋亡,促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化,通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路、上調(diào)HIF1α表達(dá)來(lái)有效調(diào)節(jié)NSCs凋亡相關(guān)基因和促進(jìn)細(xì)胞增殖與分化,進(jìn)而起到神經(jīng)保護(hù)作用[6970]。而近年研究也發(fā)現(xiàn),銀杏葉提取物與堿性成纖維生長(zhǎng)因子bFGF等聯(lián)合能更好的發(fā)揮對(duì)腦神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用。因此,推測(cè)銀杏葉提取物中的某種成分可能也能通過(guò)多種細(xì)胞因子促進(jìn)NSCs的增殖與分化,其進(jìn)一步的機(jī)制還有待于研究[107]。

姜黃素可以通過(guò)Wnt/βcatenin調(diào)控NSCs的增殖分化[8486]。但也有研究發(fā)現(xiàn),姜黃素處理組的缺血再灌注大鼠梗死側(cè)室管膜下區(qū)BrdU及BrdU/DCX標(biāo)記的NSC較模型組顯著增多,同時(shí)其較模型組更廣泛地分布在往病灶遷移的路徑上;反映Notch通路活性的胞內(nèi)段NICD生成也增多。說(shuō)明姜黃素能促進(jìn)缺血再灌注大鼠室管膜下區(qū)NSCs增殖和遷移,其機(jī)制可能是通過(guò)激活Notch信號(hào)通路產(chǎn)生的[108]。

3信號(hào)通路間相互串話,共同調(diào)控NSCs的增殖與分化

在NSCs的增殖分化過(guò)程中存在著Notch,PI3K/Akt,Wnt/βcatenin,GFs等多個(gè)信號(hào)通路共同發(fā)揮調(diào)控作用。各因素在調(diào)控NSCs的過(guò)程中并不是相互獨(dú)立的,而是彼此存在交叉,相互作用,共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的生物分子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,Notch與其他信號(hào)通路關(guān)系密切。Notch經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在細(xì)胞、組織和器官的發(fā)育中發(fā)揮著重要作用,調(diào)控著組織類(lèi)型及其形態(tài)的發(fā)生。細(xì)胞的增殖、分化和存活等復(fù)雜程序的正常運(yùn)行正是基于正確的Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。Notch,PI3K/Akt,Wnt/βcatenin,GFs信號(hào)通路等以Notch信號(hào)通路為核心,以信號(hào)通路之間的“串話”實(shí)現(xiàn)多途徑、多過(guò)程的調(diào)控NSCs的增殖與分化[1920],見(jiàn)圖1。endprint

31Notch與GFs信號(hào)通路的關(guān)聯(lián)

Notch信號(hào)通路與GFs信號(hào)通路交互協(xié)作,在許多方面共同控制著NSCs的增殖與分化。在室管膜下區(qū),Notch信號(hào)通路維持著NSCs的干性及自我更新能力,而GFs信號(hào)通路則影響著NSCs的增殖與遷移[109110]。Aguirre等[111]發(fā)現(xiàn)當(dāng)GFs信號(hào)通路中的EGFR信號(hào)過(guò)度表達(dá)時(shí),能促進(jìn)Numb,E3泛素連接酶和Notch受體的反應(yīng),增大其泛素化,進(jìn)而降低NICD水平,與Notch通路共同維持著NSCs與神經(jīng)祖細(xì)胞之間的平衡。但是也有研究發(fā)現(xiàn),Notch信號(hào)通路還可以和CFs信號(hào)共同維持NSCs自我更新活性,顯著增加神經(jīng)球的形成頻率[19]。然而,在不存在細(xì)胞生長(zhǎng)因子的情況下,Notch通路也可以單獨(dú)促進(jìn)NSCs的自我更新。Notch通路對(duì)NSCs這種非生長(zhǎng)因子依賴(lài)性的活化包括細(xì)胞周期和細(xì)胞間相互聯(lián)系的調(diào)節(jié),即通過(guò)抑制NSCs向神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞分化、增強(qiáng)細(xì)胞信號(hào)連接、不依賴(lài)外源性或內(nèi)源性的生長(zhǎng)因子獨(dú)立調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程來(lái)促進(jìn)NSCs的自我更新。在NSCs的分化階段,Notch在與神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和生長(zhǎng)因子的協(xié)同下又可以促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元與星型膠質(zhì)細(xì)胞方向分化。

32GFs與PI3K/Akt信號(hào)通路的關(guān)聯(lián)

在NSCs的增殖分化過(guò)程中,Notch與PI3K/Akt信號(hào)通路能否相互影響目前并無(wú)研究報(bào)道。但是有研究發(fā)現(xiàn),PI3K/Akt和GFs信號(hào)通路都可以調(diào)控NSCs的增殖或遷移[111112],故推測(cè)二者在此過(guò)程中存在某種關(guān)聯(lián)。Zhang Q等[113]發(fā)現(xiàn)BDNF與EGF聯(lián)用時(shí)可以增加NSCs的增殖率和遷移率,提高Akt的磷酸化水平;而在使用PI3K/Akt的信號(hào)通路特異性阻滯劑LY294002后,EGF所誘導(dǎo)的NSCs的增殖和遷移作用消失,說(shuō)明BDNF可以通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)EGF誘導(dǎo)的NSCs增殖或遷移。Ojeda L等[114]研究發(fā)現(xiàn)介導(dǎo)PI3K/Akt信號(hào)通路可以下調(diào)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的標(biāo)志蛋白MAP2的水平,抑制NSCs分化為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元;并且在阻斷PI3K/Akt通路后可以增加移植到成年大鼠脊髓中的NSCs分化為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的比例。而FGF2和EGF可以通過(guò)微調(diào)PI3K/Akt信號(hào)通路來(lái)影響體外或移植到大鼠脊髓中的NSCs增殖或分化,促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的產(chǎn)生。上述研究說(shuō)明GFs信號(hào)通路與PI3K/Akt信號(hào)通路可以協(xié)調(diào)發(fā)揮作用,控制NSCs的命運(yùn)轉(zhuǎn)化,但具體的調(diào)控過(guò)程與作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

33Notch與Wnt/βcatenin信號(hào)通路的關(guān)聯(lián)

Notch與Wnt/βcatenin信號(hào)通路在調(diào)控NSCs增殖分化過(guò)程中關(guān)系復(fù)雜,既相互制約又相互促進(jìn)。研究顯示,Notch與Wnt/βcatenin信號(hào)通路可以發(fā)揮協(xié)同作用維持Miller細(xì)胞的干性,維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)中干細(xì)胞與祖細(xì)胞的平衡[115]。Notch信號(hào)通路還可以通過(guò)負(fù)性調(diào)節(jié)活性βcatenin蛋白水平的修飾方式,降低βcatenin積累而抑制Wnt通路,從而有助于調(diào)控干細(xì)胞和祖細(xì)胞中的Wnt/βcatenin蛋白信號(hào),以緩和擴(kuò)張細(xì)胞的增殖狀態(tài),影響細(xì)胞的調(diào)控過(guò)程,繼而維持干細(xì)胞與祖細(xì)胞數(shù)量與功能的平衡。內(nèi)吞接頭蛋白Numb是此負(fù)性調(diào)節(jié)過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白,當(dāng)敲除Numb及Numbl時(shí),Notch信號(hào)將無(wú)法抑制βcatenin蛋白的轉(zhuǎn)錄活性[116],也就無(wú)法維持NSCs神經(jīng)祖細(xì)胞池的動(dòng)態(tài)平衡。

4小結(jié)

41中藥促進(jìn)NSCs增殖分化的綜合調(diào)控作用為神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療提供了新方向

目前,對(duì)于阿爾茲海默病、帕金森癥、腦缺血等一些嚴(yán)重危害著人類(lèi)健康的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病或損傷,在臨床上并無(wú)理想的治療手段。通過(guò)外界干預(yù)促使機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)與再生是攻克這類(lèi)臨床醫(yī)學(xué)難題的新興方向。細(xì)胞療法特別是干細(xì)胞療法是神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究的新興領(lǐng)域,其臨床應(yīng)用為諸多神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷提供了一個(gè)創(chuàng)新性的解決辦法?;诟杉?xì)胞的治療方法有2種思路[13]。第一種是通過(guò)外界藥物干預(yù),促使內(nèi)源性(如大腦、血液或骨髓)的干細(xì)胞遷移到受損部分,進(jìn)而增殖分化為特定的功能細(xì)胞來(lái)補(bǔ)充缺失的細(xì)胞以達(dá)到治療的目的。第二種方法是將體外誘導(dǎo)的外源性干細(xì)胞移植到機(jī)體特定的部位(如腦內(nèi)移植)或全身(如靜脈或動(dòng)脈灌注),激發(fā)機(jī)體自身各種因子的釋放,促進(jìn)結(jié)構(gòu)再生與功能恢復(fù)。

對(duì)于調(diào)控內(nèi)源性或外源性的NSCs在機(jī)體內(nèi)更好的發(fā)揮效用,治療發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,臨床難以治愈的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,中藥具有整體調(diào)節(jié)和綜合治療的優(yōu)勢(shì)。中藥的多成分特性必然決定著其對(duì)NSCs增殖或分化的調(diào)控是多途徑的,也可能具有單一成分難以達(dá)到的效果。NSCs的增殖分化是一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)綜合調(diào)控的過(guò)程,各信號(hào)通路間彼此交叉,互相關(guān)聯(lián)。立足于中藥整體思想,探討中藥的多靶點(diǎn)、多通路、多層次的分子生物學(xué)機(jī)制,構(gòu)建調(diào)控NSCs增殖分化的生物分子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),深入分析各信號(hào)因素間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,將使中藥在神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷方面的治療中發(fā)揮巨大的潛能。

42中藥對(duì)NSCs增殖分化信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)的綜合調(diào)控作用有待深入研究

因中藥普遍具有多有效成分的特點(diǎn),故許多研究顯示同種中藥如黃芪、淫羊藿、姜黃等能通過(guò)不同的信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)NSCs增殖分化的調(diào)控作用,且這種作用是多途徑、多層次的。同種中藥的不同成分在調(diào)控NSCs的增殖分化過(guò)程中能同時(shí)通過(guò)不同的信號(hào)通路發(fā)揮作用,而不同的信號(hào)通路之間在NSCs增殖分化的不同階段也會(huì)相互協(xié)調(diào)或相互抑制。所以在同一條件下,探索中藥如何通過(guò)多條信號(hào)通路間的相互作用來(lái)完成對(duì)NSCs增殖分化的調(diào)控,其對(duì)信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)的綜合調(diào)控作用是如何體現(xiàn)的,也就具有重要的研究意義。但目前的研究局限于傳統(tǒng)思路,僅僅依賴(lài)于常規(guī)分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)單一信號(hào)通路中的幾個(gè)關(guān)鍵基因或蛋白的檢測(cè),往往不能形成系統(tǒng)性認(rèn)識(shí),難以全面詮釋中藥作用的多靶點(diǎn)、多通路、多層次的綜合作用機(jī)制[117]。并且目前的研究沒(méi)有將中藥中復(fù)雜的有效成分與作用效果的“譜效關(guān)系”有機(jī)結(jié)合,不易明確成分靶點(diǎn)效果的對(duì)應(yīng)關(guān)系,導(dǎo)致研究的深度不足和對(duì)中醫(yī)藥整體觀念的欠缺。加強(qiáng)對(duì)于蛋白組學(xué)和基因芯片等高通量篩選技術(shù)的應(yīng)用,利用中藥小分子探針快速有效地分析信號(hào)通路串聯(lián)網(wǎng)絡(luò),加深中藥調(diào)控NSCs信號(hào)通路之間“串話”的研究深度,有助于厘清中藥對(duì)NSCs全方位的綜合調(diào)控作用,闡明中藥誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化,促進(jìn)神經(jīng)再生的多靶點(diǎn)和多途徑的作用機(jī)制,發(fā)掘中藥應(yīng)用于神經(jīng)干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病及損傷的潛在價(jià)值,加快中藥通過(guò)調(diào)控NSCs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷上的臨床應(yīng)用。endprint

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[責(zé)任編輯張寧寧]endprint

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