張世益 李沛瑤 董繼豪 王 茜 李 凡

少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(Oligodendrocyte Precursor Cells,OPCs)起源于胚胎期的腹側(cè)端腦及發(fā)育后期的室管膜下區(qū)的神經(jīng)干細(xì)胞(Neural Stem Cells,NSCs)，是一種廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central nervous system，CNS)內(nèi)的多潛能干細(xì)胞，具有較強(qiáng)的增殖遷移能力，在相關(guān)信號(hào)的調(diào)控下分化為具有成髓鞘能力的成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞(Oligodendrocyte,OLs)，Wnt信號(hào)通路根據(jù)是否依賴β-catenin，可分為經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路和非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路兩類，經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路影響少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖、遷移和分化，進(jìn)而影響髓鞘的形成和修復(fù)。本文綜述了近年來(lái)經(jīng)典Wnt信號(hào)通路調(diào)控少突膠質(zhì)前體細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的相關(guān)研究，有助于全面了解生理及病理狀態(tài)下經(jīng)典Wnt信號(hào)通路對(duì)OPCs的影響。

1 少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的發(fā)育

OPCs是OL細(xì)胞系發(fā)育的關(guān)鍵細(xì)胞，具有典型的三極突起，常用Olig2、A2B5、NG2、PDGFR-α等抗體標(biāo)記。生理狀態(tài)下，OPCs起源于NSCs，NSCs在Olig1、Olig2、Nkx2.2和Sox10等轉(zhuǎn)錄因子的作用下沿著OL細(xì)胞系逐步分化為OPCs。成熟OLs是CNS內(nèi)唯一的成髓鞘細(xì)胞，可用MOG、MBP、CNP等抗體標(biāo)記，包繞軸突形成髓鞘，分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，營(yíng)養(yǎng)軸突，維持髓鞘[1]。

2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路及其調(diào)控機(jī)制

Wnt信號(hào)通路分為非經(jīng)典和經(jīng)典兩類。非經(jīng)典Wnt通路主要包括Wnt/JNK通路和Wnt/Ca2+通路，參與細(xì)胞骨架的重排和對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的調(diào)節(jié)。經(jīng)典Wnt/β-catenin通路通過(guò)促進(jìn)β-catenin的轉(zhuǎn)錄入核，調(diào)節(jié)核內(nèi)靶基因的表達(dá)，在CNS中扮演著重要作用，表現(xiàn)為促進(jìn)神經(jīng)元的軸突導(dǎo)向，樹突生長(zhǎng)，突觸分化和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。非經(jīng)典和經(jīng)典Wnt通路不同程度地參與了對(duì)OPCs增殖、遷移和分化的調(diào)控，但目前關(guān)于非經(jīng)典Wnt通路影響OPCs的研究較少，本文主要對(duì)經(jīng)典Wnt/β-catenin通路對(duì)OPCs生長(zhǎng)發(fā)育的作用進(jìn)行綜述。

經(jīng)典Wnt通路是由Wnt配體(Wnt2,Wnt2b,Wnt3,Wnt3a，Wnt7a, Wnt7b等)、胞膜受體(Fz1, Fz2，LRP5, LRP6)、胞內(nèi)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子共同組成。β-catenin是Wnt/β-catenin信號(hào)通路的關(guān)鍵分子,其氨基端具有蛋白激酶的磷酸化位點(diǎn),調(diào)節(jié)其蛋白的穩(wěn)定性；羧基端具有轉(zhuǎn)錄活性結(jié)構(gòu)域，其中段介導(dǎo)與其它蛋白的相互作用[2]。正常情況下β-catenin與結(jié)腸腺癌息肉蛋白(Adenomatous Polyposis Coli, APC)、糖原合成酶激酶-3β(Glycogen Synthase Kinase-3β,GSK-3β)、 細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子1(Cycclin-dependent Kinase Inhlbitor1,CKI1)和軸蛋白(Axin)共同形成降解復(fù)合物。GSK-3β是絲氨酸/蘇氨酸激酶,其活性由不同的磷酸化位點(diǎn)調(diào)節(jié)，磷酸化的GSK-3β活性降低。GSK-3β可磷酸化β-catenin,使β-catenin因磷酸化后被泛素連接酶識(shí)別而被蛋白酶體降解，從而維持胞內(nèi)β-catenin濃度處于較低水平。在一定生理和病理刺激下，Wnt配體與細(xì)胞膜受體結(jié)合，激活胞內(nèi)蓬亂蛋白1(Scaffolding protein dishevelled 1, Dvl)并募集蛋白復(fù)合體到細(xì)胞膜表面使β-catenin解離出來(lái)，解離的β-catenin不斷在胞內(nèi)聚集并進(jìn)入細(xì)胞核與轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF 結(jié)合，調(diào)控下游靶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[3]。

3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控

Wnt/β-catenin信號(hào)通路在早期端腦發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)[3]從E9.5到E14.5期間OPCs出現(xiàn)在小鼠端腦的內(nèi)側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起(The Medial Ganglionic Eminence, MGE)并向外遷移時(shí)，可檢測(cè)到Wnt7a、Wnt7b、Wnt8b和Fzd3的表達(dá)幾乎覆蓋了整個(gè)腦室區(qū)，F(xiàn)zd1和Fzd2在端腦背側(cè)和腹側(cè)也有所表達(dá)。E15.5時(shí)到達(dá)外側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起(Lateral Ganglionic Eminence,LGE)的OPCs繼續(xù)向著Wnt配體表達(dá)較高的背側(cè)遷移，E21/P0時(shí)由背側(cè)繼續(xù)向皮層遷移。隨著端腦發(fā)育的成熟，OPCs逐漸分化為成熟OLs，Wnt的表達(dá)也逐漸下調(diào)。出生10d后腦內(nèi)OPCs近乎消失，在成年鼠腦內(nèi)維持5%-8%具有增殖分化能力的OPCs，Wnt基因在成年鼠腦內(nèi)也近乎沉默[3, 4]。端腦發(fā)育過(guò)程中Wnt的時(shí)空表達(dá)與OPCs運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)聯(lián)表明Wnt/β-catenin信號(hào)通路與OPCs的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要聯(lián)系[1, 4]。

3.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與OPCs分化的內(nèi)在聯(lián)系

正常情況下Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)OPCs分化的調(diào)控大概可分為對(duì) NSCs向OPCs分化和OPCs向OLs分化兩個(gè)階段的調(diào)控，并與Wnt激活程度相關(guān)。有人觀察在激活β-catenin表達(dá)的小鼠脊髓內(nèi)僅只有少部分的Olig1+/Olig2+細(xì)胞，且被局限在pMN區(qū)域，而β-catenin未被激活的對(duì)照組大鼠卻存在大量增殖的Olig1+/Olig2+細(xì)胞，并分散到周圍區(qū)域。轉(zhuǎn)基因小鼠Axin2LacZ(敲除Wnt負(fù)調(diào)控因子Axin2從而激活β-catenin)的免疫組化結(jié)果顯示小鼠脊髓內(nèi)E13.5 Sox10+/Pdgfrα+OPCs數(shù)目減少，P0時(shí)恢復(fù)正常，這表明β-catenin的激活可能延遲了NSCs向OPCs的分化。此外P0時(shí)可檢測(cè)到被Tcf7l2、Plp、MBP等抗體標(biāo)記的未成熟OLs和OLs細(xì)胞數(shù)目減少，這表明β-catenin的激活還抑制了OPCs向OLs的成熟分化。然而當(dāng)突變?chǔ)?catenin阻斷該通路時(shí)，E12.5仍然出現(xiàn)了增多的OPCs，但在E18.5時(shí)Plp蛋白減少，到P7和P15時(shí)OLs數(shù)目有所增多但與正常組相比仍然較少[5]，這表明阻斷Wnt/β-catenin通路能促進(jìn)早期OPCs的產(chǎn)生，但會(huì)抑制OPCs向OLs的分化，與此前結(jié)果矛盾，提示W(wǎng)nt對(duì)OPCs的調(diào)控絕不是單純的抑制或促進(jìn)，還存在其它影響因素。有研究表明通過(guò)突變?chǔ)?catenin磷酸化位點(diǎn)來(lái)構(gòu)建三種Wnt激活程度(CatLow

病理狀態(tài)下，例如在腦白質(zhì)損傷(White Matter Injury,WMI)和缺氧損傷導(dǎo)致OLs丟失，誘導(dǎo)NSCs增殖分化為OPCs及募集周圍OPCs分化形成補(bǔ)充OLs參與內(nèi)源性髓鞘損傷修復(fù)的過(guò)程中，Wnt/β-catenin信號(hào)通路被激活[10]，發(fā)揮相應(yīng)的調(diào)控作用。Lee等[11]發(fā)現(xiàn)WMI后新生膠質(zhì)細(xì)胞中Daam2表達(dá)增高，Daam2被發(fā)現(xiàn)能協(xié)同PIP5K通過(guò)經(jīng)典Wnt信號(hào)通路共同抑制白質(zhì)損傷和缺氧損傷后的髓鞘修復(fù)。而Apcdd1似乎能通過(guò)抑制β-catenin和LRP6對(duì)Wnt3a引起的Wnt信號(hào)通路激活時(shí)的應(yīng)答，從而促進(jìn)缺氧和WMI后OPCs向OLs的分化,但對(duì)OPCs不產(chǎn)生影響[12]。這些結(jié)果表明在病理?yè)p傷后Wnt/β-catenin信號(hào)通路可能更多地充當(dāng)了抑制OPCs向OLs分化，阻礙髓鞘修復(fù)的角色，但對(duì)NSCs增殖分化為OPCs的作用還尚不明了。

3.2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與OPCs增殖的內(nèi)在聯(lián)系

正常情況下，OPCs是一種多潛能干細(xì)胞，具有較強(qiáng)的增殖能力，其增殖水平受多種生長(zhǎng)因子如:血小板源性生長(zhǎng)因子( Platelet-Derived Growth Factor ,PDGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic Fibroblast Growth Factor,bFGF)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3(Neurotrophin-3,NT-3)和胰島素樣生長(zhǎng)因子(Insulin-like Growth Factor 1, IGF-1)等[13]的調(diào)控。有研究指出當(dāng)添加了IGF-1培養(yǎng)的少突膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)β-catenin蛋白的量是對(duì)照組的5-8倍，并持續(xù)增長(zhǎng)24h，同時(shí)產(chǎn)生了大量促進(jìn)細(xì)胞增殖的cyclinD1mRNA和增多的Ki67增殖細(xì)胞。當(dāng)磷酸化Akt的Ser473位點(diǎn)和磷酸化GSK3β的Ser9位點(diǎn)，再給予IGF-1刺激能誘導(dǎo)β-catenin和cyclinD1 mRNA的表達(dá)增加[14]，結(jié)果表明IGF-1可以介導(dǎo)β-catenin通過(guò)PI3-Akt和Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)OLs的增殖，而IGF-1促進(jìn)OPCs增殖，其機(jī)制很可能與OLs一致。另有研究發(fā)現(xiàn)CNS內(nèi)廣泛表達(dá)的趨化因子CXCL12促進(jìn)OPCs的增殖，其機(jī)制還可能與上調(diào)的CXCR4、CXCLR7和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)[15]相關(guān)，并有大量的研究顯示CXCL12/CXCR4與Wnt/β-catenin信號(hào)通路之間關(guān)系密切，二者可影響骨肉瘤細(xì)胞[16]、胰腺癌細(xì)胞[17]和卵巢癌細(xì)胞[18]的增殖遷移，因此Wnt/β-catenin信號(hào)通路影響OPCs增殖的機(jī)制還可能與CXCL12/CXCR4有關(guān)。

病理狀態(tài)下，如缺血缺氧腦損傷3-7天后室管膜下區(qū)和白質(zhì)區(qū)內(nèi)OPCs呈現(xiàn)反應(yīng)性增多，但只有少部分OPCs可以分化為成熟OLs[19]。有研究表明缺血缺氧后大量興奮性毒性物質(zhì)會(huì)刺激神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子mRNA表達(dá)，但缺血3-5天后在胼胝體和腦室周圍白質(zhì)，IGF-1和IGF-1受體免疫組化陽(yáng)性細(xì)胞明顯減少，7-14天后逐漸恢復(fù)[20]，而在體外OPCs培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明IGF-1與NT-3作用能幫助OPCs通過(guò)G1期，促進(jìn)增殖[13]，這與缺血后腦內(nèi)OPCs反應(yīng)性增多的現(xiàn)象并不一致，這可能與腦缺血3-5天后神經(jīng)細(xì)胞大量變性壞死，腦組織損傷過(guò)重反而抑制了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的mRNA表達(dá)水平有關(guān)[20]，但也不排除存在其他因素的調(diào)控。缺氧損傷后Wnt信號(hào)被激活，延遲了OPCs的分化，但并不影響OPCs的增殖和補(bǔ)充，從而表現(xiàn)為增殖的OPCs難以向OLs分化,導(dǎo)致OPCs逐漸聚集，與缺氧損傷后OPCs反應(yīng)性增多的現(xiàn)象一致，由此提示缺氧損傷后OPCs的增殖可能與Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)，但具體機(jī)制目前尚不清楚。

3.3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與OPCs遷移的內(nèi)在聯(lián)系

近年來(lái)人們利用Boyden-Chamber Transwell體外遷移模型[21]、OPCs水凝膠支架納米纖維平臺(tái)培養(yǎng)[22]、免疫組化及定量測(cè)定遷移距離[23]等方法來(lái)研究OPCs的遷移，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)在機(jī)制[24]，細(xì)胞極性[25]、細(xì)胞外信號(hào)[26]和神經(jīng)活動(dòng)[27]等因素影響著OPCs的遷移運(yùn)動(dòng)。有研究表明谷氨酸可通過(guò)NMDA受體刺激神經(jīng)細(xì)胞粘附分子表達(dá)從而促進(jìn)OPCs的遷移[28]，而NMDA受體的活化能使GSK-3β的Ser9位磷酸化水平增加,抑制其活性,減少β-catenin蛋白降解[29]。此外Tsai等[30]研究還發(fā)現(xiàn)腦血管可以作為端腦正常發(fā)育過(guò)程中OPCs遷移的物理支架，OPCs可沿血管以爬行和跳躍的方式向皮層擴(kuò)展，具體機(jī)制與Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活有關(guān)。遷移過(guò)程中Wnt7a/Wnt7b的分泌促進(jìn)OPCs胞內(nèi)CXCR4的轉(zhuǎn)錄和翻譯，CXCR4與血管內(nèi)皮細(xì)胞上SDF1配體結(jié)合，使OPCs黏著于血管表面，促使OPCs沿血管支架向前遷移。由此可見，Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)OPCs遷移的調(diào)控可能與NMDA受體和血管有關(guān)。

病理狀態(tài)下，如腦白質(zhì)病變后SVZ區(qū)激活的OPCs和損傷區(qū)周圍的OPCs因白介素-1β的高度表達(dá)，阻礙了其向胼胝體區(qū)遷移，進(jìn)而影響了腦缺血后的髓鞘修復(fù)[31]。MACO模型中可觀察到Wnt/β-catenin的激活，該通路的激活不僅能促進(jìn)缺血周圍腦組織的血管新生，高度激活還能增加OPCs 內(nèi)CXCR4的表達(dá)，使OPCs與血管緊密結(jié)合無(wú)法分散到中樞的其它區(qū)域[30]。缺血缺氧后OPCs遷移能力受到影響可能也與缺血后Wnt/β-catenin的激活有關(guān)[32]。此外，細(xì)胞周期素依賴蛋白激酶5(Cyclin-dependentKinase5,CDK5)在脫髓鞘損傷后可通過(guò)介導(dǎo)其下游的GSK-3β和AKT影響髓鞘的再生修復(fù)[33]。新生大鼠(p7)缺血缺氧后CDK5表達(dá)量基本不變但活性增強(qiáng)，下游信號(hào)蛋白p-tau表達(dá)升高[34]，Wnt的負(fù)調(diào)控因子GSK-3β可以調(diào)控tau的磷酸化位點(diǎn)，因此病理狀態(tài)下Wnt/β-catenin對(duì)OPCs遷移的調(diào)控還可能與CDK5介導(dǎo)GSK-3β磷酸化tau蛋白，減少tau與微管的相互作用有關(guān)[35]。

綜上所述，正常端腦發(fā)育時(shí)，Wnt配體和受體蛋白在E9.5 OPCs產(chǎn)生前就已經(jīng)廣泛表達(dá)，這可能是因?yàn)閃nt/β-catenin信號(hào)通路在早期以促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)生為主，抑制NCSs向OPCs分化，延遲OPCs的產(chǎn)生。E12.5OPCs出現(xiàn)時(shí)，血腦屏障已經(jīng)建立[36]，使得OPCs在Wnt/β-catenin信號(hào)通路的調(diào)控下沿血管向外遷移并逐漸分化為OLs。隨著大腦發(fā)育成熟，Wnt逐漸下調(diào)，OPCs數(shù)目也越來(lái)越少。病理刺激時(shí)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路被激活，損傷區(qū)周圍反應(yīng)性增殖的OPCs難以遷移至損傷區(qū)域分化為OLs可能與Wnt介導(dǎo)的OPCs和血管粘附作用增強(qiáng)和NMDA受體激活相關(guān)。隨著機(jī)體恢復(fù)，新生血管增多，缺氧環(huán)境改善[37]，Wnt表達(dá)下降，高濃度抑制OPCs分化作用減弱，同時(shí)新生血管供給O2增多，滿足OPCs分化所需能量，少部分OPCs分化為成熟OLs,修復(fù)髓鞘。由此可見，Wnt信號(hào)通路對(duì)OPCs的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用[3、11、14、30]。

4 小結(jié)與展望

OPCs在脫髓鞘及髓鞘化障礙的髓鞘修復(fù)和再生中具有重要作用，研究Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)OPCs生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的調(diào)控機(jī)制可能為相關(guān)疾病提供新的治療思路。但該通路在分子或基因水平上對(duì)OPCs生長(zhǎng)發(fā)育的具體調(diào)控機(jī)制以及非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路對(duì)OPCs的生長(zhǎng)發(fā)育又有怎樣的影響，目前尚不清楚。隨著人們對(duì)OPCs及Wnt/β-catenin信號(hào)通路的不斷深入研究，這些問(wèn)題終將得到解決，人們對(duì)脫髓鞘疾病的治療也會(huì)有新的認(rèn)識(shí)。

致謝：本文在撰寫過(guò)程中，李天給予了大力支持幫助，在此表達(dá)誠(chéng)摯的謝意。