孫 瑩 梁曉春 宋 瑋

髓鞘作為有髓神經(jīng)的基本結構，使神經(jīng)外部的復雜環(huán)境與神經(jīng)內(nèi)部的軸突隔離、絕緣開來，從而保證神經(jīng)沖動的快速、跳躍式傳導，同時也對神經(jīng)元軸突起到營養(yǎng)、支持等作用，對于維持有髓神經(jīng)纖維的正常功能、促進神經(jīng)再生具有重要意義。髓鞘發(fā)育不全或髓鞘脫失會直接導致神經(jīng)結構損傷和功能失常，髓鞘的完整性保證了神經(jīng)在損傷后的修復和再生[1]。Wnt/β-catenin信號通路又稱經(jīng)典Wnt信號通路，細胞的增殖、分化、凋亡和遷移等都受到Wnt/β-catenin信號通路的影響，涉及到胚胎發(fā)育、組織穩(wěn)態(tài)、腫瘤形成等多種生物學過程[2,3]。越來越多的研究表明，Wnt/β-catenin信號通路也是神經(jīng)髓鞘發(fā)育及再生過程中的關鍵調(diào)控環(huán)節(jié)。因此，本文綜述了近年來關于該信號通路在髓鞘發(fā)育和再生中的作用的研究進展。

一、Wnt/β-catenin信號通路概況

Wnt信號通路家族作為一個極為復雜的信號網(wǎng)絡，是控制細胞命運的基礎通路，對于維持組織發(fā)育的內(nèi)穩(wěn)態(tài)具有重要作用。Nusslein-Volhard等[2]早在1980年便發(fā)現(xiàn)int-1基因片段出現(xiàn)在果蠅的突變基因中，Nusse等[3]又在1991年把wingless和int合并稱為Wnt，也就是目前Wnt細胞外配體的統(tǒng)稱。至今，共有4條Wnt通路被發(fā)現(xiàn)，其中研究最為廣泛的Wnt/β-catenin 信號通路也被成為經(jīng)典Wnt通路。Wnt/β-catenin信號通路存在抑制(off)和激活(on)兩種狀態(tài)。在缺少Wnt配體時，Wnt/β-catenin通路處于抑制狀態(tài)。此時，β-連環(huán)蛋白(β-catenin)和細胞表面的E-鈣黏蛋白發(fā)生反應，形成穩(wěn)定復合物并黏著細胞。APC、axin2、GSK-3β等蛋白則與進入細胞內(nèi)部的β-catenin形成復合物，β-catenin繼而通過泛素化和磷酸化后被降解。在細胞核內(nèi)，轉(zhuǎn)錄因子TCF的抑制蛋白與TCF呈結合狀態(tài)，從而抑制目標基因的轉(zhuǎn)錄和表達。而當源于旁分泌的Wnt配體與細胞表面的Frizzled受體特異性地結合后，相鄰的LRP5/6家族蛋白亦會被激活，Wnt/β-catenin信號通路進入激活狀態(tài)。一旦Wnt/β-catenin通路被激活，細胞內(nèi)游離的β-catenin含量上升并在細胞核內(nèi)積累，與TCF/LEF家族轉(zhuǎn)錄因子形成復合物以激活Wnt靶基因的轉(zhuǎn)錄[3]。雖然Wnt信號通路是一個進化相對保守的信號途徑，但2019年一項研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)典Wnt信號途徑中一部分β-catenin能夠不依賴TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活性，調(diào)控靶基因表達[4]。

二、Wnt/β-catenin信號通路在中樞神經(jīng)髓鞘發(fā)育及再生中的作用

少突膠質(zhì)細胞(oligodendrocyte)是形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘的主要來源，經(jīng)少突膠質(zhì)細胞祖細胞、少突膠質(zhì)細胞前體細胞等階段發(fā)育成熟，排列于有髓神經(jīng)纖維之間[5]。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt信號通路(尤其是Wnt/β-catenin信號通路)是中樞神經(jīng)髓鞘中細胞增殖、分化、成熟等關鍵環(huán)節(jié)的重要通路[6,7]。但是，對于Wnt/β-catenin通路的激活究竟是抑制還是促進了中樞神經(jīng)髓鞘的發(fā)育和再生，不同研究得到的主要結論不盡相同，以下分別進行闡述。

1.抑制作用：2009年，F(xiàn)ancy等[8]在少突膠質(zhì)細胞系和多發(fā)硬化小鼠中均發(fā)現(xiàn)，β-catenin的核膜受體TCF4/TCF7L2的表達量升高時，少突膠質(zhì)前體細胞的分化減少，從而推測Wnt/β-catenin通路的激活會抑制髓鞘的發(fā)育。進而該研究團隊分別在新生小鼠和成年脫髓鞘小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，通過促進β-catenin的磷酸化降解從而抑制Wnt/β-catenin通路，結果發(fā)現(xiàn)少突膠質(zhì)前體細胞的分化能力顯著增強。對于β-catenin高表達的轉(zhuǎn)基因小鼠，其中樞神經(jīng)的軸索直徑顯著小于正常組小鼠，上述結果均表明該通路的激活抑制了中樞神經(jīng)髓鞘的發(fā)育和再生[9]。隨后，F(xiàn)eigenson等[10]和Lee等[11]先后通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，當加入Wnt/β-catenin信號通路配體Wnt3a的激動劑后，少突膠質(zhì)前體細胞分化的GalC+及堿性髓鞘蛋白的含量均明顯減少；而抑制Wnt/β-catenin信號通路，則可促進少突膠質(zhì)前體細胞的分化，從而促進中樞神經(jīng)髓鞘的再生。Preisner等[12]也通過體外研究中發(fā)現(xiàn)，當少突膠質(zhì)細胞及其前體細胞中的GSK-3β表達受到抑制后，24h內(nèi)該細胞的增殖和分化明顯增多，但是實驗進行48h后，對照組和實驗組的數(shù)據(jù)基本持平。Yuen等[13]的研究也得出了一致的結論，即Wnt/β-catenin 信號通路的激活對少突膠質(zhì)前體細胞的分化和成熟具有抑制作用。

2.促進作用：后續(xù)更多研究與以上幾項研究得到的結論相反，認為Wnt/β-catenin信號通路被激活反而能夠促進少突膠質(zhì)細胞的增殖、分化。例如，Lie等[14]發(fā)表在《Nature》上的一項研究認為，Wnt/β-catenin信號通路在成年哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中海馬神經(jīng)元(adult hippocampal stem/progenitor cells, AHPs)的生成過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。該團隊通過體內(nèi)實驗驗證了Wnt3蛋白的過表達會激活Wnt/β-catenin信號通路，繼而促進AHPs的神經(jīng)再生；破壞Wnt/β-catenin通路的信號轉(zhuǎn)導則幾乎徹底阻斷了AHPs的再生。在體外模型中，破壞該通路的信號轉(zhuǎn)導亦會顯著降低AHPs的生成。此外，Ortega等[15]通過連續(xù)實時成像和單細胞追蹤等技術發(fā)現(xiàn)，在成年大鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，少突膠質(zhì)前體細胞及處于早期的少突膠質(zhì)細胞的增殖會隨著Wnt/β-catenin信號通路的激活而增強。隨后的體外實驗也進一步驗證了這一結果，向少突膠質(zhì)細胞系中添加Wnt1和Wnt3a配體以激活該通路后，少突膠質(zhì)前體細胞和早期少突膠質(zhì)細胞的數(shù)目顯著增加，細胞增殖能力增強；反之，抑制β-catenin的表達以抑制Wnt/β-catenin通路后，細胞增殖速率降低。

3.時間及空間特異性：也有一些研究對上述不同的結論進行了進一步闡釋，認為Wnt/β-catenin通路的激活對于中樞神經(jīng)髓鞘發(fā)育再生的促進作用，或與細胞所在的特定生命周期相關。例如，Hammond等[16]研究發(fā)現(xiàn)，少突膠質(zhì)細胞中β-catenin的核膜受體基因TCF2L7在細胞的有絲分裂后期會出現(xiàn)瞬時上調(diào)表達。該團隊也進一步采用TCF2L7基因敲除小鼠驗證了TCF2L7正向作用于Wnt/β-catnin信號通路，促進少突膠質(zhì)細胞增殖和分化，從而促進新生小鼠的髓鞘生成。但該研究認為，TCF2L7基因的作用主要是通過促進少突膠質(zhì)細胞的分化而促進髓鞘生成；而在少突膠質(zhì)前體細胞中，TCF2L7并沒有起到正向調(diào)節(jié)作用，即該基因的作用與細胞所處生命周期密切相關。不過，Hammond等[16]同時發(fā)現(xiàn)，敲除APC基因繼而使TCF2L7基因的表達量下降后，Axin2、β-catenin等來自該信號通路家族的其他蛋白表達出現(xiàn)上調(diào)。因此，該研究提出TCF2L7的表達水平并不能作為髓鞘再生和發(fā)育的判斷依據(jù)，從而解釋了Fancy團隊所得的相反結論[8,9]。此外，F(xiàn)u等[17]在病毒誘導的人腦神經(jīng)脫髓鞘組織中發(fā)現(xiàn)了TCF2L7表達上調(diào)的現(xiàn)象，表明Wnt/β-catenin通路被激活。但該研究認為這一現(xiàn)象并不能證明該通路激活與腦組織脫髓鞘的因果關系。因為進一步研究發(fā)現(xiàn)，只有在髓鞘脫失部位，TCF2L7才呈現(xiàn)出高表達，而這些脫失部位的髓鞘再生活躍，這也可能是TCF2L7上調(diào)、Wnt/β-catenin通路激活所帶來的結果[18]。

三、Wnt/β-catenin信號通路在外周神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘發(fā)育及再生中的作用

施萬細胞(Schwann′s cell)是外周神經(jīng)系統(tǒng)中有髓神經(jīng)髓鞘的主要來源，可表達分泌具有調(diào)節(jié)生長能力的髓磷脂蛋白，其中最為常見的包括外周髓鞘蛋白0(myelin protein zero，MPZ)和外周髓鞘蛋白22(peripheral myelin protein 22，PMP22)。Garbay等[19]的研究表明，嚙噬動物出生后的21天內(nèi)，MPZ和PMP22呈高表達；21天后，隨著髓鞘的發(fā)育基本結束，這兩種蛋白隨之轉(zhuǎn)為低表達。而一旦外周神經(jīng)發(fā)生損傷、髓鞘發(fā)生脫失時，施萬細胞開始進行增殖，隨后進行分化，不斷對軸突進行包圍，最終可以得到新髓鞘[6]。此時MPZ及PMP22的蛋白表達量又呈上升趨勢。因此這兩種蛋白常作為評價周圍神經(jīng)生長及修復情況的標志性蛋白。

目前多數(shù)研究認為，Wnt/β-catenin信號通路的激活是促進周圍神經(jīng)生長發(fā)育的重要因素之一。Tawk等[20]研究認為Wnt/β-catenin通路的激活在外周有髓神經(jīng)的髓鞘發(fā)育過程中也起到了重要的促進作用。首先，該團隊發(fā)現(xiàn)Wnt通路相關基因在小鼠原代施萬細胞中和在施萬細胞系中的表達量與MPZ和PMP22表達量呈正相關。其次，在新生小鼠的坐骨神經(jīng)組織中也觀察到了類似現(xiàn)象：神經(jīng)發(fā)育的初期，與β-catenin結合的T細胞因子(T-cell factor，TCF)的不同亞型TCF1、TCF3、TCF4等都在小鼠出生第6天時表達量升高，出生后20天達到峰值，而此過程中MPZ及PMP22的表達也相應升高。最后，在小鼠施萬細胞系中，β-catenin基因的激活可使PMP22的表達量增加5倍之多；而該基因被敲除后，PMP22的表達量僅為此前的20%。另外，Shackleford等[21]研究發(fā)現(xiàn)，羥化膽固醇可以通過抑制Wnt/β-catenin信號通路而影響施萬細胞的增殖和分化，從而抑制周圍神經(jīng)髓鞘的再生。上述研究均表明，Wnt/β-catenin信號通路的激活可以促進外周神經(jīng)系統(tǒng)有髓神經(jīng)的髓鞘發(fā)育。

四、展 望

在髓鞘發(fā)育和再生領域，Wnt/β-catenin信號通路的重要作用備受關注。然而，對于該通路的激活究竟如何影響髓鞘的發(fā)育和再生過程，特別是對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，現(xiàn)有研究結果并不完全統(tǒng)一。但實際上，髓鞘組織不僅需要在胚胎發(fā)育階段發(fā)展成形，在成體階段還需要有效地維持組織穩(wěn)態(tài)平衡，處于動態(tài)循環(huán)之中。綜合研究現(xiàn)狀，筆者認為，未來的相關研究可重點從以下兩方面進行考量。

首先，現(xiàn)有研究表明，β-catenin及其受體的表達量在不同周期的施萬細胞中以及在不同狀態(tài)下(正常/髓鞘脫失)的神經(jīng)組織中具有顯著差異。這些結果說明，Wnt/β-catenin信號通路在髓鞘發(fā)育或再生中的具體調(diào)控作用，可能會根據(jù)細胞或生命體的不同周期或不同狀態(tài)而有所不同。如前所述，外周神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘生成過程及髓鞘受到損傷后的修復過程中，Wnt/β-catenin信號通路被激活，其他情況下則處于抑制狀態(tài)。而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，Wnt/β-catenin通路中關鍵蛋白在髓鞘發(fā)育的不同階段中的動態(tài)變化規(guī)律，目前尚未見全面報道。盡管以往一些報道認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中髓鞘的生成會被Wnt/β-catenin信號通路的激活而抑制，但這一結論主要是基于新生髓鞘和新生動物模型得出的。而另外一部分研究者認為該通路的激活促進了髓鞘再生，這一結論則大多是基于成年動物模型得出的。因此Wnt/β-catenin通路的作用及髓鞘生長機制在動物的不同生長階段也可能存在差異，有待于深入研究。

其次，盡管多種模式生物的研究均證實了Wnt通路對組織器官發(fā)育和再生的重要調(diào)控作用，但Wnt信號通路及其復雜，Wnt/β-catenin只是Wnt信號通路的一部分，非經(jīng)典Wnt通路的調(diào)控涉及多個復雜的細胞系統(tǒng)遷移。除Wnt/β-catenin通路外，Wnt家族的其他通路也可能對軸突、樹突、突觸的生長發(fā)育過程進行調(diào)控。例如，目前已鑒定的Wnt配體有近20種，與β-catenin結合的TCFT受體也有不同表型，Wnt通路家族中不同成員對髓鞘發(fā)育的作用可能不同，且相互之間具有一定影響。TCF2L7只是β-catenin與TCF結合的一個亞型，β-catenin除與TCF2L7結合抑制少突膠質(zhì)細胞分化外，還可能與TCF的其他亞型結合，進而影響少突膠質(zhì)細胞的生長分化。目前無論是中樞神經(jīng)系統(tǒng)還是周圍神經(jīng)系統(tǒng)中髓鞘發(fā)育和再生的研究，大多僅涉及了部分Wnt配體和TCF中的個別亞型。未來研究可借助轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學等高通量技術手段，從縱向(髓鞘的不同發(fā)育階段)和橫向(不同狀態(tài)下的髓鞘組織)兩個維度開展研究，更為全面地評估Wnt/β-catenin通路及Wnt家族的其他通路對中樞神經(jīng)及外周神經(jīng)中髓鞘發(fā)育和再生過程的調(diào)控機制。