凋亡對神經(jīng)元發(fā)育的作用

王譽雅 金曄麒

（四川大學華西基礎(chǔ)醫(yī)學與法醫(yī)學院，四川 成都610041）

長期以來，神經(jīng)生長因子（nerve growth factor, NGF）被認為是調(diào)節(jié)神經(jīng)元發(fā)育的主要因素。 它在維持周圍神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）神經(jīng)元發(fā)育、表型和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)膽堿能神經(jīng)元的功能完整中發(fā)揮重要作用[1],并提出了神經(jīng)營養(yǎng)理論。 然而，近年發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的發(fā)育不能完全由神經(jīng)營養(yǎng)理論解釋，它不僅由外部因素決定，還與內(nèi)部因素相關(guān)。凋亡對CNS 神經(jīng)元發(fā)育的影響正說明了這一點[2]。

1 神經(jīng)營養(yǎng)理論

NGF 及其受體刺激多個信號通路， 調(diào)節(jié)神經(jīng)元生存和維持軸突、樹突網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和突觸的可塑性[3]。 神經(jīng)元發(fā)育過程中，神經(jīng)元與神經(jīng)元、靶器官形成突觸聯(lián)系后，大多數(shù)中間神經(jīng)元被清除，引發(fā)了“神經(jīng)營養(yǎng)理論”：神經(jīng)元為存活進而爭奪有限的靶源性存活因子[4]。 外周神經(jīng)系統(tǒng)NG 為這一理論提供了強有力的支持：NGF 不僅是特定神經(jīng)元群體生存必需的，它也定位于NGF 反應(yīng)性的神經(jīng)元所支配的組織，并且分布的密度與組織神經(jīng)支配程度呈正相關(guān)[5]。

2 凋亡對神經(jīng)元發(fā)育的影響

凋亡是由精確基因程序控制的細胞死亡過程。它伴隨許多組織器官的發(fā)育，包括脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)。 在CNS,大量的NGF 產(chǎn)生于皮質(zhì)、海馬和腦下垂體。 Fahnestock 等發(fā)現(xiàn)成熟有活性的NGF 在神經(jīng)元發(fā)育期和成人期有促凋亡和營養(yǎng)的作用[6]。Southwell 等發(fā)現(xiàn)CNS 大部分神經(jīng)元的凋亡是由獨立于外部信號的特定程序引起[2]，因此神經(jīng)元的清除不能完全由神經(jīng)營養(yǎng)理論解釋。

2.1 凋亡與神經(jīng)元發(fā)育

高等脊椎動物的大腦新皮層由興奮性投射神經(jīng)元和抑制性中間神經(jīng)元組成。 在發(fā)育的早期，新皮層不同分區(qū)的興奮性和抑制性神經(jīng)元之間的比率為4:1。 由于這個特定比率對于發(fā)揮正常腦功能非常關(guān)鍵，兩個群體的細胞數(shù)目需要以某種方式匹配。突觸形成過程中，有相當大比例的興奮性和抑制性神經(jīng)元通過凋亡被清除[7]。 約40%的皮質(zhì)中間神經(jīng)元在突觸形成過程中被清除[2]。 然而，無論是在體內(nèi)、體外培養(yǎng)或異時移植后，細胞均在產(chǎn)生約2 周后走向凋亡。 由于細胞死亡的時間點和受影響細胞的比例均獨立于環(huán)境因素，因此，凋亡似乎是由細胞內(nèi)因決定的[2]。 為進一步研究皮質(zhì)發(fā)育過程中周圍細胞對中間神經(jīng)元的存活的調(diào)節(jié)， 將不同數(shù)量的中間神經(jīng)元前體細胞移植到皮質(zhì)，皮層自發(fā)性抑制活動的增加卻很有限，表明僅有少量的移植中間神經(jīng)元發(fā)揮正常作用。 然而，移植細胞數(shù)量不同的移植群體的中間神經(jīng)元存活率是相似的[2]，表明細胞環(huán)境未能影響神經(jīng)元的存活。 此外，通過敲除凋亡調(diào)節(jié)因子Bax 徹底廢除中間神經(jīng)元的凋亡，僅引起正常功能的中間神經(jīng)元數(shù)目的少量增加。

2.2 凋亡與神經(jīng)細胞分裂的不對稱性

“神經(jīng)元的存活依賴于外在因素” 一直被認為是復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的屬性之一和神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的組成部分。 這使得Southwell 等[2]的發(fā)現(xiàn)更加出人預(yù)料，并引出一個問題：導(dǎo)致皮質(zhì)中間神經(jīng)元死亡的原因是什么？ 一種可能性是凋亡的細胞本身傾向于死亡。 發(fā)育過程中約有一半的皮質(zhì)中間神經(jīng)元被清除，可能是中間神經(jīng)元的前體細胞分裂產(chǎn)生具有不同凋亡傾向的兩類細胞造成的。線蟲中已證實細胞分裂的不對稱性與其中一個子細胞的凋亡相關(guān)。神經(jīng)內(nèi)分泌運動神經(jīng)元（NSM）成神經(jīng)細胞的不對稱分裂有關(guān)基因的缺失可以防止NSM 神經(jīng)元的凋亡。 另外，凋亡可能由皮質(zhì)中間神經(jīng)元隨機決定。 在成年線蟲的生殖系，約50%的卵母細胞通過隨機選擇機制在卵子發(fā)生前被清除。 卵子發(fā)生過程中，卵母細胞啟動凋亡可能由一些內(nèi)在的集中于調(diào)節(jié)凋亡核心基因的轉(zhuǎn)錄途徑?jīng)Q定[8]。同樣，抑制性神經(jīng)元在產(chǎn)生后2 周內(nèi)同步死亡，表明凋亡在此期間更容易被誘導(dǎo)。

2.3 神經(jīng)元發(fā)育過程中凋亡的調(diào)節(jié)機制

神經(jīng)元分裂后，神經(jīng)元早期基因的表達可以顯著改變這些神經(jīng)元被清除的可能性。 其中之一就是編碼NGF 原肌球蛋白受體激酶A（tropomyosin receptor kinase A, TrkA）受體的基因。 NGF 通過TrkA 受體,一種典型的酪氨酸激酶受體，激活信號通路MAPK、ERK、PI3K、C(PLC)-γ19-20，介導(dǎo)依賴于NGF 的新生神經(jīng)元的存活[9]。 TrkA 作為神經(jīng)元存活依賴受體的發(fā)現(xiàn)，為“PNS 神經(jīng)元在缺乏NGF 時死亡”提供了合理的解釋。 Schor 等發(fā)現(xiàn)NGF 通過激活親和力低， 非選擇性的p75NT 受體,激活君激酶信號級聯(lián)通路，缺乏TrkA 共表達時，細胞可能發(fā)生凋亡[2]。 然而，與TrkA 密切相關(guān)的受體TrkB，卻未介導(dǎo)一個類似的作用，為“大部分CNS 神經(jīng)元的存活不依賴BDNF”提供了解釋[9]。與此一致，TrkB 的存在與否并不影響皮質(zhì)中間神經(jīng)元的存活[2]。 中間神經(jīng)元前體細胞是否存在預(yù)測其存活或死亡的分子標志的深入研究有助于認識決定這些細胞凋亡的因素。

新皮層興奮性和抑制性神經(jīng)元的比率是如何建立的尚未解決。大腦皮層抑制細胞的數(shù)量似乎不是通過局部自適應(yīng)機制調(diào)節(jié)[2]，該比率可能通過調(diào)節(jié)興奮性神經(jīng)元的存活來決定。雖然許多興奮性投射神經(jīng)元在其靶組織神經(jīng)支配發(fā)生過程中發(fā)生凋亡，但所涉及的外在信號仍不清楚。

3 小結(jié)

神經(jīng)元的正常發(fā)育對于神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育、維持及發(fā)揮正常功能是必不可少的。近年來的研究使得神經(jīng)營養(yǎng)理論提出并逐步得以證實，主要是建立在NGF 對外周神經(jīng)系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)上。 然而，在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，近期的研究結(jié)果卻不能完全由該理論解釋。 凋亡調(diào)節(jié)因子Bax 對中間神經(jīng)元的數(shù)目變化無明顯影響。可能性較大的反而是神經(jīng)元自身的不對稱分裂，NGF 介導(dǎo)的君激酶的級聯(lián)信號通路， 或興奮性和抑制性神經(jīng)元的比率。 就目前而言，凋亡是如何參與神經(jīng)元發(fā)育的調(diào)節(jié)的確切分子機制仍有待進一步闡明。

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