申亞輝，劉新禹，康曉燕，馮禹楠，陳思煒，單俊嘉，郇宇，閆曉東

(1第四軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，西安710032；2鄭州大學(xué)；3第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)是人體的“最高司令部”，它的活動(dòng)保持了人體對(duì)外界環(huán)境的反應(yīng)，也參與維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。然而CNS的再生能力低下，多種CNS疾病如帕金森病(PD)、阿爾茨海默病(AD)、腦卒中的治療與恢復(fù)仍然相當(dāng)困難。Wnt信號(hào)是發(fā)育中一個(gè)經(jīng)典的保守的模式發(fā)生分子途徑。Wnt信號(hào)通路不僅可調(diào)控神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中神經(jīng)元的增殖、分化、遷移，突觸發(fā)生以及軸突生長(zhǎng)等過(guò)程，而且在腦血管再生、血腦屏障的形成等生理過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。此外，Wnt信號(hào)通路也在PD、AD、腦卒中等CNS疾病中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。Wnt信號(hào)通路主要分為Wnt/β-catenin信號(hào)通路(即經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路)、Wnt/polarity通路、Wnt/Ca2+通路3種。目前研究較為清楚以及與CNS關(guān)系密切的是Wnt/β-catenin信號(hào)通路。本文將重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行綜述。

1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路在CNS發(fā)育中的作用

作為哺乳動(dòng)物神經(jīng)發(fā)育的基礎(chǔ)，神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)是一種具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞及少突膠質(zhì)細(xì)胞，并能進(jìn)行自我更新，足以提供大量腦組織神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞群。近年研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路是哺乳動(dòng)物CNS發(fā)育的關(guān)鍵信號(hào)通路之一。McMahon等[1]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剔除胚胎小鼠的Wnt1基因，則新生小鼠的中后腦的發(fā)育有嚴(yán)重的缺陷。而當(dāng)胚胎時(shí)期該信號(hào)通路在NSCs中過(guò)表達(dá)，則發(fā)現(xiàn)小鼠的大腦皮層出現(xiàn)了更多的腦回和腦溝。以下將對(duì)在CNS發(fā)育過(guò)程中，該信號(hào)通路對(duì)NSCs在增殖、分化和遷移上的作用進(jìn)行具體分析。

1.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)NSCs增殖調(diào)節(jié)作用 Wnt/β-catenin信號(hào)通路能夠調(diào)控NSCs的增殖。研究表明，當(dāng)Wnt/β-catenin信號(hào)通路持續(xù)處于未激活的狀態(tài)時(shí),腦組織內(nèi)的NSCs不僅數(shù)量不會(huì)增加甚至?xí)掷m(xù)減少,并且實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的CNS發(fā)育異常遲緩。Wnt/β-catenin信號(hào)通路中的不同分子對(duì)于腦組織發(fā)育的影響也存在空間差異性。Hirabayashi等[2]敲除小鼠的Wnt1基因，結(jié)果導(dǎo)致小鼠的中腦和小腦嚴(yán)重受損；而Lie等[3]研究發(fā)現(xiàn)，缺少Wnt3a基因的小鼠，其海馬的發(fā)育受損。

當(dāng)Wnt/β-catenin信號(hào)通路處于持續(xù)激活狀態(tài)，腦組織中NSCs一直處在有絲分裂周期之內(nèi)，NSCs的數(shù)目也持續(xù)增加。Zhang等[4]對(duì)體外培養(yǎng)的小鼠NSCs(NE-4C)進(jìn)行體外沖擊波治療(rESWT)，后者激活了Wnt/β-catenin信號(hào)通路，隨后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)電刺激的小鼠NSCs不斷增殖，并且一直處于未分化狀態(tài)。Qi等[5]從SD大鼠中分離NSCs，并在含0.3%氧氣的微氧培養(yǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果顯示，在缺氧條件下，NSCs內(nèi)β-catenin水平升高與NSCs持續(xù)增殖呈正相關(guān)。Chenn等[6]對(duì)ΔN90β-catenin-GFP轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該型Wnt/β-catenin信號(hào)通路持續(xù)高強(qiáng)度處于激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織中，本應(yīng)分化為神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的NSCs發(fā)育方向被改變，轉(zhuǎn)而重新進(jìn)入細(xì)胞分裂周期，NSCs數(shù)量不斷增加；在外觀上，小鼠的大腦皮層出現(xiàn)了更多的腦回和腦溝，腦皮層表面積明顯增加。

以上研究均證實(shí)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路可促進(jìn)NSCs增殖，并有助于維持其未分化的特性。

1.2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)NSCs分化的調(diào)節(jié)作用 發(fā)育中NSCs的正確分化十分重要，Wnt/β-catenin信號(hào)通路在其分化過(guò)程中扮演重要角色。Azim等[7]通過(guò)抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路活性，發(fā)現(xiàn)背側(cè)腦室下區(qū)的NSCs向谷氨酸能神經(jīng)元祖細(xì)胞分化明顯受到抑制。Zhang等[4]發(fā)現(xiàn)，激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路可刺激NSCs向神經(jīng)元分化；而使用Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制劑Dickkopf-1后，該效應(yīng)可以完全被阻斷。Qu等[8]報(bào)道，Wnt7a基因?qū)SCs的增殖和分化都十分重要，敲除小鼠的Wnt7a基因可導(dǎo)致小鼠海馬內(nèi)NSCs數(shù)量顯著減少，并且NSCs持續(xù)處于幼稚未分化狀態(tài)。

在激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路的研究中，Wnt-3a蛋白和β-catenin一直是研究的熱點(diǎn)。Wang等[9]在原代培養(yǎng)的缺血性NSCs中轉(zhuǎn)染入miRNA-148b抑制劑，將小鼠進(jìn)行培養(yǎng)后進(jìn)行NSCs檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)伴隨著NSCs內(nèi)的Wnt-1蛋白和β-catenin水平升高，NSCs更多地向神經(jīng)元發(fā)生和星形膠質(zhì)細(xì)胞分化。Lee等[10]利用轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)伴隨著小鼠體內(nèi)β-catenin分子水平的升高，NSCs開(kāi)始改變其干細(xì)胞不分化的狀態(tài)，大量分化成為感覺(jué)神經(jīng)元；且當(dāng)β-catenin基因突變后，伴隨著β-catenin分子水平的降低，感覺(jué)神經(jīng)元的分化也明顯異常。研究發(fā)現(xiàn)，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(FGF2)參與了這一過(guò)程。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的β-catenin分子處于高濃度狀態(tài)，游離的β-catenin能夠和FGF2共同作用，使得NSCs處于不斷增殖、不分化的狀態(tài)。Wnt信號(hào)激活后，游離的β-catenin分子就會(huì)聚集在細(xì)胞質(zhì)中，隨后被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核，直接與多種前神經(jīng)元基因如neurogenenin基因的啟動(dòng)子結(jié)合激活并該基因，促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元的分化。

1.3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)及突觸發(fā)育的調(diào)節(jié)作用 CNS復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的形成除了依靠NSCs的正常增殖和分化，還依賴(lài)于神經(jīng)元軸突的精確生長(zhǎng)和神經(jīng)元與靶細(xì)胞之間正確的突觸建立。近年研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號(hào)也參與了對(duì)神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)及突觸發(fā)育的調(diào)節(jié)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，Wnt蛋白及其相應(yīng)受體在神經(jīng)肌連接區(qū)域有表達(dá)，當(dāng)敲除Wnt基因之后，特定靶區(qū)的突觸密度顯著下降，與此同時(shí)新生長(zhǎng)的突觸活性也明顯異常。Hornsby等[11]研究發(fā)現(xiàn)，小腦顆粒細(xì)胞分泌Wnt7a蛋白對(duì)于小腦小球突觸群的形成具有重要的調(diào)控作用，當(dāng)Wnt7a基因發(fā)生突變則顯示突觸生長(zhǎng)障礙及小腦小球發(fā)生缺陷。

與此相對(duì)，Cerpa等[12]將Wnt7a基因轉(zhuǎn)入小鼠的小腦顆粒細(xì)胞中，持續(xù)激活Wnt信號(hào)，結(jié)果顯示可以促進(jìn)靶細(xì)胞上的突觸素Ⅰ的聚集，繼而刺激軸突微管重構(gòu)，導(dǎo)致軸突的擴(kuò)展和分支。Munnamalai等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Wnt9a基因的表達(dá)可以激發(fā)小鼠神經(jīng)軸突正常的橫跨發(fā)展，促進(jìn)小鼠聽(tīng)覺(jué)的發(fā)育，該基因異常表達(dá)時(shí)，小鼠聽(tīng)力的正常發(fā)育會(huì)受到抑制。Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸突觸上，Wnt3a以一種活動(dòng)依賴(lài)性的方式釋放，阻斷Wnt信號(hào)通路能夠減弱長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)。糖原合成激酶-3β(GSK-3β)是Wnt/β-catenin信號(hào)通路在胞質(zhì)內(nèi)的信號(hào)傳遞分子，過(guò)表達(dá)GSK-3β能夠阻斷長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)的發(fā)生，并造成小鼠空間學(xué)習(xí)能力的下降。

2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與CNS損傷后的修復(fù)

由于CNS再生能力低下，損傷后難以修復(fù)，CNS損傷患者除了需要忍受長(zhǎng)期甚至是終身的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能障礙，還會(huì)由于長(zhǎng)期病痛壓力引起精神障礙，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。近年研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路在CNS損傷后的修復(fù)中也發(fā)揮一定的作用。

2.1 腦卒中 腦卒中是一種由于腦血管突然破裂或者血管阻塞導(dǎo)致血液不能流入大腦而引起腦組織損傷的急性腦血管疾病。黃景陽(yáng)等對(duì)小鼠腦卒中模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)腦卒中可以刺激小鼠腦組織中SGZ區(qū)的Wnt-7分子大量表達(dá)。作為Wnt/β-catenin信號(hào)通路中的重要分子，Wnt-7分子對(duì)于腦卒中后海馬齒狀回顆粒下區(qū)(SGZ)的NSCs的增殖分化，繼而進(jìn)行神經(jīng)修復(fù)有著促進(jìn)作用；Wang等[15]的研究進(jìn)一步證實(shí)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)于神經(jīng)修復(fù)的作用。他們將血管收縮因子內(nèi)皮素-1注射入小鼠腦組織，引起腦血管痙攣，制成腦卒中模型。通過(guò)對(duì)缺血損傷區(qū)域的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，NSCs中的Dickkopf-1濃度升高、β-catenin濃度降低，而當(dāng)用GSK-3β抑制劑TWS119對(duì)該區(qū)域進(jìn)行處理，后者在抑制GSK-3β表達(dá)的同時(shí)增加了β-catenin，最后發(fā)現(xiàn)腦卒中區(qū)域的NSCs數(shù)量和活性不斷升高，促進(jìn)了神經(jīng)修復(fù)。這些研究都表明，Wnt/β-catenin信號(hào)通路與腦卒中之間的聯(lián)系異常緊密，干預(yù)Wnt/β-catenin信號(hào)通路可能有助于腦卒中的治療。

2.2 脊髓損傷 脊髓損傷是一種嚴(yán)重的創(chuàng)傷性疾病，臨床上以患者感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)的障礙，以及后繼引發(fā)患者心理問(wèn)題為特征。與腦卒中類(lèi)似，Wnt/β-catenin信號(hào)通路在脊髓損傷的修復(fù)中也發(fā)揮著重要作用[16]。Zhang等[17]通過(guò)大鼠脊髓損傷模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，作為Wnt/β-catenin信號(hào)通路的配體，Wnt-1分子在脊髓損傷之后，呈現(xiàn)出初始大量表達(dá)，之后降低至正常水平的趨勢(shì)。該趨勢(shì)與脊髓內(nèi)源的NSCs先少量增殖、隨后大量增殖、最后增殖降低的趨勢(shì)一致。除了Wnt-1之外，Miyashita等[18]認(rèn)為，在脊髓損傷之后，Wnt-3a的大量表達(dá)也可以促進(jìn)脊髓內(nèi)源性NSCs的增殖與分化以及向損傷部位的遷移，繼而參與損傷神經(jīng)組織的修復(fù)。軸突再生是脊髓損傷修復(fù)的關(guān)鍵，然而作為一種與酪氨酸激酶相關(guān)的Wnt受體，受體酪氨酸激酶(Ryk)在脊髓損傷后可以大量表達(dá)，對(duì)軸突的生長(zhǎng)具有抑制作用[19]。Liu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，將Ryk的抑制性抗體注入損傷部位，除了可以抑制突觸凋亡，減輕神經(jīng)疼痛，還能促進(jìn)新的突觸生長(zhǎng)。這些研究表明，Wnt/β-catenin信號(hào)通路為脊髓損傷后的神經(jīng)修復(fù)提供了新的治療思路。

3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與CNS變性性疾病

CNS變性性疾病是威脅人類(lèi)健康的重要病因之一。目前已知多種信號(hào)通路參與其中，其中Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)于AD、PD等CNS疾病的作用也逐漸引起人們的關(guān)注。

3.1 AD AD是一種起病隱匿的進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，臨床上以記憶障礙、失語(yǔ)、視空間技能損害、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變等全面性癡呆表現(xiàn)為特征。AD的特征性的病理改變是神經(jīng)細(xì)胞中出現(xiàn)β淀粉樣蛋白積累，隨后引起神經(jīng)細(xì)胞正常的生理功能被打亂，最后導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡從而出現(xiàn)上述臨床癥狀。He等[21]將AD患者腦組織中病變的NSCs進(jìn)行體外培養(yǎng)，通過(guò)檢測(cè)病變細(xì)胞內(nèi)分子活性來(lái)尋找病因。結(jié)果顯示，病變的NSCs中GSK-3β活性明顯升高，因此導(dǎo)致降解復(fù)合體與β-catenin的結(jié)合能力上升，大量β-catenin被GSK-3β所磷酸化后降解，最終β-catenin濃度降低。將正常的NSCs暴露于β淀粉蛋白，這些正常的NSCs會(huì)發(fā)生AD樣改變。Jin等[22]通過(guò)硒酸鈉激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，發(fā)現(xiàn)NSCs的凋亡率顯著降低，并能改善其增殖分化的能力。因此，AD的發(fā)生與發(fā)展可能與Wnt/β-catenin信號(hào)通路異常存在聯(lián)系，改善Wnt/β-catenin信號(hào)通路可為治療AD提供新的思路。

3.2 PD PD是人類(lèi)最常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，臨床上以靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌緊張和姿勢(shì)步態(tài)障礙為特征。L′Episcopo等[23]將1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)注入小鼠紋狀體中制成PD動(dòng)物模型，隨后對(duì)病變細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)分子進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)病變神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的Wnt-1分子濃度與活性明顯降低；而當(dāng)在病變的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)過(guò)表達(dá)Wnt-1分子或者激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，MPTP誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)毒性會(huì)被抑制，其PD癥狀也得到改善。除此之外，在Liu等[24]和Patit Paitel等[25]的研究中，前者通過(guò)敲除α7-nAChR基因消除尼古丁介導(dǎo)對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)通路傳導(dǎo)的激活作用，后者通過(guò)抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路中的GSK-3β活性，從而提高細(xì)胞內(nèi)游離的β-catenin分子濃度，也可改善MPTP誘導(dǎo)的PD模型小鼠的癥狀。以上研究表明，Wnt/β-catenin信號(hào)通路可能參與了PD發(fā)生的病理生理過(guò)程，GSK-3β和β-catenin等信號(hào)分子也可能成為治療PD的關(guān)鍵靶向分子。

3.3 肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS) ALS是一種由于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的死亡及其周?chē)哪z質(zhì)細(xì)胞異常而引發(fā)的一種CNS變性性疾病，臨床上以肌肉萎縮無(wú)力、痙攣強(qiáng)直、語(yǔ)言障礙、吞咽無(wú)力和致命性的呼吸衰竭為特點(diǎn)。通常認(rèn)為，發(fā)生了SOD1基因突變的星形膠質(zhì)細(xì)胞所分泌的前列腺素E2(PGE2)等炎性介質(zhì)對(duì)于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元具有毒性作用，而利用PGE2受體抑制劑可以使其得到改善[26]。Lecarpentier等[27]發(fā)現(xiàn)，ALS的病理變化與Wnt/β-catenin信號(hào)通路有密切聯(lián)系。Chen等[28]通過(guò)對(duì)ALS轉(zhuǎn)基因鼠脊髓的研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)退行性病變的刺激下，Wnt/β-catenin信號(hào)通路中的Wnt2、Wnt3a、Fzd6以及β-catenin、cyclin D1的濃度都顯著升高，同時(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量也增多。通過(guò)免疫組化方法發(fā)現(xiàn)，β-catenin在發(fā)病后期聚集到細(xì)胞核中，刺激cyclinD1表達(dá)，后者可以促進(jìn)增殖的細(xì)胞大部分向膠質(zhì)細(xì)胞方向分化，提示W(wǎng)nt/β-catenin信號(hào)異常與病變小鼠脊髓的膠質(zhì)細(xì)胞增殖有關(guān)。然而該信號(hào)通路的異常與膠質(zhì)細(xì)胞的異常增生和疾病發(fā)生發(fā)展之間的直接關(guān)系仍有待深入研究。

4 展望

神經(jīng)系統(tǒng)損傷和變性性疾病仍然是威脅人類(lèi)健康的重要因素。雖然NSCs的發(fā)現(xiàn)為CNS損傷的治療帶來(lái)了新的曙光，但是仍有很多因素制約著NSCs的臨床應(yīng)用。作為機(jī)體內(nèi)重要的信號(hào)通路，Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)NSCs增殖分化等過(guò)程發(fā)揮重要的調(diào)控作用，可能成為基于NSCs治療CNS疾病的關(guān)鍵突破點(diǎn)。然而目前我們?nèi)杂幸韵聠?wèn)題急需進(jìn)一步解決：神經(jīng)損傷后及神經(jīng)變性性疾病中Wnt信號(hào)活化的分子機(jī)制；Wnt信號(hào)對(duì)NSCs向神經(jīng)元方向分化調(diào)節(jié)的亞群特異性；不同Wnt配體和FZ受體在NSCs及神經(jīng)系統(tǒng)疾病中作用的特異性；Wnt蛋白的功能性純化等。雖然困難重重，但我們相信，在不久的將來(lái)，這些難關(guān)會(huì)被逐一攻克。