王成舉，胡斌，張雨平

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院，重慶400037)

近年來，隨著新生兒監(jiān)護(hù)救治水平的不斷提高，早產(chǎn)兒存活率顯著提高，腦白質(zhì)損傷(WMI)成為新生兒最常見的腦損傷類型。WMI是一種復(fù)雜和多因素的腦損傷，以少突膠質(zhì)細(xì)胞(OL)發(fā)育過程中斷和(或)死亡致髓鞘減少或髓鞘形成障礙為主要發(fā)病機(jī)制，涉及多種信號通路和表觀遺傳因子，OL作為逆轉(zhuǎn)此類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在治療靶點(diǎn)而備受關(guān)注。OL是中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的成髓鞘細(xì)胞，它起源于胚胎神經(jīng)管腹側(cè)的神經(jīng)上皮細(xì)胞，在發(fā)育過程中經(jīng)歷少突膠質(zhì)祖細(xì)胞、少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPC)、幼稚少突膠質(zhì)細(xì)胞、成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞等階段進(jìn)一步增殖、分化并遷移到白質(zhì)區(qū)域[1]。成熟的OL可包繞神經(jīng)纖維的軸突并形成髓鞘，在促進(jìn)神經(jīng)元功能電位的正確快速傳導(dǎo)和支持軸突存活中發(fā)揮重要作用[2]。OL的成熟是一個復(fù)雜的過程，其形態(tài)、功能和表達(dá)產(chǎn)物呈現(xiàn)連續(xù)漸變，在一個狹窄的時間窗口由許多不同的信號通路綜合調(diào)控，且各階段之間沒有嚴(yán)格界限。目前對于OL相關(guān)疾病如WMI、多發(fā)性硬化等尚無有效的治療方法，深入了解OL發(fā)育成熟過程中的相關(guān)信號通路，是揭示W(wǎng)MI發(fā)病機(jī)制和開發(fā)臨床治療方案的重要前提。現(xiàn)將OL成熟過程中的相關(guān)信號通路綜述如下。

1 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路

MAPK信號通路是生物體內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)之一，其家族的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)在OL發(fā)育的調(diào)控過程中發(fā)揮重要作用[3，4]。ERK刺激OPC增殖和分化；JNK的活化促進(jìn)OPC增殖但抑制OL分化。

體外培養(yǎng)OL中的JNK可被促炎細(xì)胞因子、生長因子、氧化損傷或興奮毒性等多種因素激活，而神經(jīng)炎癥和氧失衡是WMI的重要危險因素，激活后的JNK通過磷酸化不同底物調(diào)控細(xì)胞的生存和活動，進(jìn)一步阻滯OL的成熟[5]。研究顯示，JNK除了直接在OL中發(fā)揮作用外，還可以介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的促炎反應(yīng)，促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[6]。抑制JNK信號可能是抑制神經(jīng)炎癥和刺激新生兒腦白質(zhì)OL分化的一種新型治療方案。但JNK信號通路在許多類型細(xì)胞中起到各不相同的調(diào)節(jié)作用，其特異性很難得到保證，需要進(jìn)一步探索以細(xì)胞特異性、定時或局部方式對JNK進(jìn)行抑制的策略。

近年研究表明，ERK通路可能有利于刺激OL的生長和發(fā)育。ERK可被快速轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核去磷酸化，激活細(xì)胞增殖反應(yīng)相關(guān)因子IGF-1，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖[7]。雖然有研究顯示在小鼠模型中IGF-1劑量過高可與炎癥刺激聯(lián)合作用增加腦出血和白細(xì)胞浸潤的風(fēng)險[8]，但是針對早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變靜脈注射IGF-1的臨床試驗(yàn)被證明是安全有效的[9]。因此，IGF-1在WMI動物模型中對OL分化和髓鞘化的保護(hù)作用向臨床轉(zhuǎn)化將是未來可期的研究熱點(diǎn)。

2 血小板衍生生長因子(PDGF)信號通路

PDGF通過PDGF受體α(PDGFRα)發(fā)揮作用，促進(jìn)OL增殖的同時抑制OPC的分化。在體外OL發(fā)育早期，PDGF刺激MAPK信號通路家族ERK、JNK的活化，促進(jìn)細(xì)胞增殖，考慮到ERK的促分化特性，PDGF對OPC的抑制作用可能是通過激活JNK或其他未知途徑介導(dǎo)的[10]。星形膠質(zhì)細(xì)胞是OPC中PDGF的重要來源，在體外，星形膠質(zhì)細(xì)胞對促炎細(xì)胞因子的反應(yīng)可增加PDGF的產(chǎn)生和釋放，從而起到抑制分化的作用，這可能是星形膠質(zhì)細(xì)胞增多癥導(dǎo)致OL成熟受損的另一個重要機(jī)制[11]。但是，星形膠質(zhì)細(xì)胞PDGF在WMI中的確切作用仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3 Notch信號通路

Notch信號通路是一條細(xì)胞間保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化過程中起重要作用。當(dāng)Notch與其配體結(jié)合通路被激活時，干細(xì)胞分化被抑制，開始進(jìn)行增殖；當(dāng)Notch信號通路被抑制時，干細(xì)胞則進(jìn)入分化階段，分化成多種功能細(xì)胞[12]。Notch1受體通過OPC表達(dá)，并在細(xì)胞接觸的過程中通過結(jié)合Jugged1配體而被激活，在轉(zhuǎn)錄因子Hes5的作用下可在體外有效抑制OPC分化[13]。在大鼠視神經(jīng)發(fā)育過程中，Jugged1配體的下調(diào)與髓鞘形成同時發(fā)生，提示Notch抑制是OPC分化和髓鞘脂生成的信號[14]。體外實(shí)驗(yàn)表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞在炎性刺激或缺氧情況下，Notch信號增強(qiáng)，Jugged1表達(dá)上調(diào)，有助于其與OPC上的Notch1受體相互作用，進(jìn)而抑制OL成熟和髓鞘化，這可能是新生兒WMI OL成熟受阻的基礎(chǔ)[15]。抑制Notch信號通路可能是OL恢復(fù)正常成熟的有效治療策略，但具體過程機(jī)制仍需深入探索和研究。

4 Wnt/β-catenin信號通路

Wnt是一條存在于多細(xì)胞真核生物中高度保守的信號通路，其中以Wnt/β-catenin通路機(jī)制最為明確，在OL成熟和髓鞘化過程中起到重要的調(diào)節(jié)作用[16]。Wnt通過Axin1和β-catenin蛋白激活轉(zhuǎn)錄因子TCF4促進(jìn)OPC分化成為幼稚少突膠質(zhì)細(xì)胞，與此同時，TCF4活化又抑制了幼稚少突膠質(zhì)細(xì)胞的后續(xù)成熟，表明TCF4在OL發(fā)育的調(diào)控中具有雙重作用[17]。Wnt的另一個靶點(diǎn)是Axin2，它通過促進(jìn)β-catenin的降解向Wnt/β-catenin提供負(fù)反饋信號。Fancy等[18]報道，Axin2在WMI新生兒OPC中表達(dá)，而在正常新生兒中不表達(dá)；該團(tuán)隊(duì)又證明了在小鼠缺氧脫髓鞘損傷后，Axin2的藥理劑量穩(wěn)定可促進(jìn)OPC分化和再髓鞘化。上述研究表明，Wnt/β-catenin/TCF4的不平衡可能參與了WMI新生兒OL發(fā)育阻滯過程。

5 BMP4信號通路

BMP4是OL成熟的負(fù)調(diào)控因子，主要體現(xiàn)在細(xì)胞成熟后期BMP4抑制OL特異性髓系相關(guān)蛋白的表達(dá)[19]。體外培養(yǎng)OPC發(fā)現(xiàn)，BMP4抑制OL成熟主要表現(xiàn)在下調(diào)促進(jìn)分化的轉(zhuǎn)錄因子Olig1和Olig2表達(dá)、上調(diào)抑制分化因子ID2和ID4表達(dá)、通過降低HDAC活性增強(qiáng)Wnt和Notch信號通路下游基因的有效性[20]。在MS大鼠模型中，脫髓鞘與BMP4高表達(dá)有關(guān)，并且創(chuàng)傷性脊髓損傷大鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞通過增加BMP4表達(dá)抑制OPC分化[21]。在大鼠宮內(nèi)生長遲緩模型中，氧化應(yīng)激可增加細(xì)胞外BMP4，從而起到抑制OPC分化的作用[22]。以上研究表明，在病理情況下BMP4表達(dá)升高，負(fù)調(diào)節(jié)OL的發(fā)育和成熟，進(jìn)而在WMI中起到不良作用。Dizon等[23]研究發(fā)現(xiàn)，通過Noggin基因過表達(dá)可以拮抗BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)一步保護(hù)小鼠腦白質(zhì)免受圍產(chǎn)期缺氧缺血的影響。因此，抑制BMP4表達(dá)可能應(yīng)對由OL發(fā)育阻滯導(dǎo)致的WMI。

6 雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路

mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細(xì)胞增殖、分化、成熟以及蛋白合成中起到重要的調(diào)控作用。mTOR信號通路主要在OL發(fā)育后期起作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞從未成熟向成熟的過渡，并決定髓鞘化的程度[24]。mTOR的促分化作用是通過多種促分化因子的上調(diào)和分化抑制因子的下調(diào)來介導(dǎo)的。mTOR信號通路含有mTORC1和mTORC2兩種功能復(fù)合物，主要通過過磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(Akt)/mTOR發(fā)揮作用，其上游調(diào)節(jié)器包括IGF-1、表皮生長因子(EGF)和雌激素，下游靶基因主要是p70s6k和4eBP1[25]。

De Paula等[7]體外培養(yǎng)OL，發(fā)現(xiàn)IGF-1刺激可以保護(hù)OL免受炎癥誘導(dǎo)的損傷，并以依賴mTOR信號通路的方式促進(jìn)髓鞘化。Cai等[26]研究顯示，在成年小鼠和新生大鼠動物模型中，IGF-1能夠抑制炎癥誘導(dǎo)的低髓鞘化。Hansen-Pupp等[27]研究顯示，與足月出生的嬰兒相比，早產(chǎn)兒出生后IGF-1水平迅速下降，即早產(chǎn)兒大腦中IGF-1水平較足月兒下降的更早，這與髓質(zhì)體積減少和智力發(fā)育受損有關(guān)，因此，IGF-1表達(dá)下降或不足極有可能在由OL成熟阻滯引起的WMI中發(fā)揮作用，IGF-1治療可能有助于WMI中髓鞘化的增加。據(jù)文獻(xiàn)報道，鼻腔EGF給藥治療能有效增強(qiáng)缺氧誘導(dǎo)的WMI小鼠模型的髓鞘化[28]，雌激素β受體可刺激MS小鼠模型髓鞘的再髓鞘化[29]，這一系列作用均是通過mTOR信號通路介導(dǎo)刺激PI3K/Akt/mTOR通路完成的。由此可見，mTOR信號通路在調(diào)節(jié)OL發(fā)育和體內(nèi)外促進(jìn)髓鞘化過程中的關(guān)鍵作用，可能成為今后WMI治療的待選方案。

7 甲狀腺激素信號通路

甲狀腺激素對包括OL成熟在內(nèi)的大腦正常發(fā)育至關(guān)重要，其主要作用于作為配體依賴因子的核甲狀腺激素受體。大量研究表明，甲狀腺激素能夠調(diào)節(jié)軸突發(fā)育及髓鞘形成過程、促進(jìn)OPC增殖和分化成熟為OL以及髓鞘形成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[30，31]。在胎兒甲狀腺成熟過程中，由母體甲狀腺提供甲狀腺激素，并且母體對胎兒的甲狀腺激素供應(yīng)與胎齡成反比，因此早產(chǎn)兒有很高概率患有甲狀腺功能減退癥，增加了WMI的患病風(fēng)險[32]。實(shí)驗(yàn)和臨床研究都強(qiáng)調(diào)了甲狀腺激素在WMI中的重要性，但甲狀腺補(bǔ)充劑對早產(chǎn)兒腦白質(zhì)完整性的保護(hù)作用以及甲狀腺激素用于WMI治療的可行性尚存在爭議，還需要對炎癥與早產(chǎn)兒OL成熟特定時期之間的復(fù)雜相互作用進(jìn)行更深入的研究。

8 問題與展望

新生兒WMI是一種復(fù)雜和多因素的腦損傷，其發(fā)病涉及多種不同的細(xì)胞信號通路。雖然目前對于OL成熟受損致WMI相關(guān)信號通路的研究較多，但多數(shù)集中在單一信號通路的研究。我們目前對圍產(chǎn)期不利因素導(dǎo)致WMI潛在機(jī)制的大部分結(jié)論來源于實(shí)驗(yàn)研究，將其用于臨床治療還需要大量研究。未來的研究方向是進(jìn)一步明確哪些信號通路與人類早產(chǎn)兒最為相關(guān)，并充分掌握數(shù)條信號通路之間的關(guān)系，才能采取更有效的干預(yù)措施，改善WMI患兒預(yù)后并降低發(fā)病率。