Wnt信號通路在星形膠質(zhì)細胞中的研究進展

張同 楊金偉 馬微 何媛 李力燕 郭建輝（通訊作者)

（1昆明理工大學附屬醫(yī)院、云南省第一人民醫(yī)院普外二科 云南 昆明 650032）

（2昆明醫(yī)科大學神經(jīng)科學研究所 云南 昆明 650500）

（3昆明理工大學附屬醫(yī)院、云南省第一人民醫(yī)院消化內(nèi)科 云南 昆明 650032）

1.引言

星形膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中數(shù)量最為龐大的一群細胞，并且在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中扮演著十分重要的角色，能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生、突觸形成、神經(jīng)營養(yǎng)因子的轉錄、神經(jīng)再生和神經(jīng)保護等重要生物學功能。大量研究表明，星形膠質(zhì)細胞的異常與各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病都緊密相關，而Wnt信號通路調(diào)控星形膠質(zhì)細胞參與了這類疾病的進程。本文就Wnt信號通路如何調(diào)控星形膠質(zhì)細胞與各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的關系進行了綜述，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供理論基礎。

2.Wnt信號通路

2.1 Wnt信號通路的發(fā)現(xiàn)及組成

1982年，Nusse以及Varmus在研究小鼠乳腺病毒過程中發(fā)現(xiàn)了Wnt基因，他們發(fā)現(xiàn)腺病毒的插入位點可能是一種新的致癌機制，并將該途徑中第一種發(fā)現(xiàn)的基因命名為INT1；進一步研究發(fā)現(xiàn)INT1同源基因可使正常發(fā)育的果蠅表現(xiàn)為無翅，便將其稱作Wingless。隨著該途徑中發(fā)現(xiàn)的成員越來越多，于是便將INT1、Wingless合稱為Wnt，以表示INT1/Wingless家族基因，Wnt1（INT1）便是第一位家族成員。Wnt信號通路主要包含有：Wnt配體、卷曲蛋白（Frizzlled，F(xiàn)zd）、β-連環(huán)蛋白（β-catenin）、蓬亂蛋白（Dishevelled，Dvl）、糖原合成激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)、低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6（Low-density lipoprotein receptor 5/6，LRP-5/6）等[1，2]。迄今為止，在哺乳動物中共發(fā)現(xiàn)了19種Wnt蛋白，它們長度均在350～400個氨基酸之間，以及10種FZD受體，它們均是富含半胱氨酸的蛋白。

3.Wnt信號通路在星形膠質(zhì)細胞中的調(diào)控作用

星形膠質(zhì)細胞一詞最早由Michael在1891年觀察腦組織標本發(fā)現(xiàn)星形細胞而提出，但并非所有的星形膠質(zhì)細胞都是星形細胞，它們是一群高度異質(zhì)的神經(jīng)細胞群的總稱，主要分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的灰質(zhì)和白質(zhì)中，占腦細胞總量的50%，負責維持神經(jīng)組織的內(nèi)穩(wěn)態(tài)[3]，在大腦生理活動中發(fā)揮著重要作用。星形膠質(zhì)細胞活化后能夠參與到神經(jīng)元的代謝以及營養(yǎng)支持、血腦屏障的再生、興奮毒性、氧化應激、白細胞浸潤以及神經(jīng)發(fā)生和軸突再生等一系列生理活動。研究顯示，阿爾茨海默癥（Alzheimer disease，AD）、帕金森病（Parkinson disease，PD）、癲癇、雷特綜合征、亨廷頓病以及肌萎縮側索硬化癥等一系列神經(jīng)系統(tǒng)疾病中都有星形膠質(zhì)細胞活化，并且越來越多的證據(jù)顯示，活化的星形膠質(zhì)細胞中Wnt信號通路被激活，能夠調(diào)控星形膠質(zhì)細胞生物學功能參與神經(jīng)疾病進程。

3.1 Wnt信號通路調(diào)控星形膠質(zhì)細胞增殖

神經(jīng)損傷后，星形膠質(zhì)細胞的增殖對神經(jīng)功能的恢復起著關鍵作用，能夠?qū)ι窠?jīng)元起著保護以及促進神經(jīng)元再生的作用，而星形膠質(zhì)細胞的增殖受到Wnt信號通路的調(diào)控。陸等[4]研究發(fā)現(xiàn)，Wnt信號通路正調(diào)控因子Dixdc1（DIX domain containing 1）參與對星形膠質(zhì)細胞增殖的調(diào)控，他們在大鼠急性創(chuàng)傷性腦損傷（acute traumatic brain injury，TBI）模型中發(fā)現(xiàn)，TBI后損傷同側皮質(zhì)組織中，星形膠質(zhì)細胞特異性標記物GFAP陽性細胞明顯增多，且細胞增殖標記物Ki-67以及Dixdc1在星形膠質(zhì)細胞中均呈陽性表達，這表明腦損傷促進了星形膠質(zhì)細胞的增殖并且這一過程受到wnt信號通路的調(diào)控。

3.2 Wnt信號通路調(diào)控星形膠質(zhì)細胞影響神經(jīng)退行性疾病進程

神經(jīng)退行性疾病是由神經(jīng)元功能缺失而導致的一類神經(jīng)系統(tǒng)疾病，主要包括有：AD、PD等。Seib等[5]發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性Wnt拮抗劑Dkk1隨著年齡的增加而增加，從而抑制神經(jīng)發(fā)生以及增值，而Dkk1敲除小鼠中Wnt信號蛋白表達顯著增加，促進了神經(jīng)發(fā)生并改善了空間記憶。PI3K/Akt與Wnt/β-catenin信號通路級聯(lián)反應是調(diào)控膠質(zhì)細胞炎癥反應的關鍵靶點，這對PD的治療可能具有重要意義。與此同時，通過誘導星形膠質(zhì)細胞轉分化為神經(jīng)元可能是治療PD的一個潛在手段。Rivetti等[6]用聯(lián)合誘導劑NeAL218（NEUROD1、ASCL1和LMX1A、microRNA miR218）在體外實驗中成功誘導人星形膠質(zhì)細胞重編程為誘導多巴胺神經(jīng)元（induced dopamine neurons，iDANs），并且使用GSK-3β抑制劑CT99021后能夠影響染色質(zhì)重塑、顯著提升重編程的效率，可使重編程效率最高達到16%。L’Episcopo等[7]在野生型以及β-catenin轉基因小鼠中研究發(fā)現(xiàn)，1-甲基-4苯基-1,1,3,6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine，MPTP）誘導多巴胺能神經(jīng)元凋亡后會激活星形膠質(zhì)細胞內(nèi)Wnt/β-catenin信號通路并誘導其向多巴胺神經(jīng)元前體細胞轉分化，對神經(jīng)功能恢復起著至關重要的作用。星形膠質(zhì)細胞重編程使得細胞替代療法成為可能，星形膠質(zhì)細胞直接重編程為多巴胺神經(jīng)元，可以避免通過使用細胞移植而產(chǎn)生的免疫移植，可替代損傷的神經(jīng)元發(fā)揮其生物學功能，從而達到治療的效果。

3.3 Wnt信號通路調(diào)控星形膠質(zhì)細胞參與神經(jīng)病理性疼痛

神經(jīng)病理性疼痛（neuropathic pain，NP）是由于神經(jīng)損傷或者神經(jīng)系統(tǒng)中其他形式的壓力以及疾病所引起的。盡管針對NP的研究已有幾十年的歷史，但對其發(fā)病機制仍未明確，臨床上針對其治療方式也十分有限。研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細胞中Wnt/Ryk信號通路的激活可能在神經(jīng)病理性疼痛發(fā)展中起著至關重要的作用。楊等[8]發(fā)現(xiàn)，大鼠脊神經(jīng)結扎（Spinal nerve ligation,SNL）后3-14天，Wnt1以及配體Ryk表達顯著上調(diào)；免疫組化結果顯示，Wnt1在S100（活化星形膠質(zhì)細胞標記物）陽性細胞中顯著表達；體外實驗中表明，Wnt1與Ryk相互作用會增加CCL2的表達以及促進其釋放，CCL2與G蛋白偶聯(lián)受體CCR2結合激活小膠質(zhì)細胞，激活后的小膠質(zhì)細胞釋放出各種介質(zhì)破壞正常神經(jīng)回路、增加SG神經(jīng)元興奮性從而致使神經(jīng)敏化。與此同時，注射Ryk抑制劑后能顯著抑制CaMKII以及PKCγ的活性從而減少CCL2的釋放，進而緩解神經(jīng)病理性疼痛并抑制炎癥反應。

3.4 Wnt信號通路調(diào)控星形膠質(zhì)細胞與膠質(zhì)瘤之間的“crosstalk”

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性腦腫瘤之一，且患者預后較差。根據(jù)細胞類型，膠質(zhì)瘤可分為星形細胞瘤、室管膜瘤、少突膠質(zhì)瘤、神經(jīng)元-星形細胞瘤和髓母細胞瘤。膠質(zhì)瘤細胞來源有：神經(jīng)干細胞、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)前體細胞、神經(jīng)元。由于星形膠質(zhì)細胞特異性標記物GFAP的啟動子可控制不同癌基因的表達，且人膠質(zhì)細胞中成功提取出GFAP+星形膠質(zhì)細胞，表明星形膠質(zhì)細胞可能是膠質(zhì)瘤最主要細胞來源之一。研究星形膠質(zhì)細胞與膠質(zhì)瘤細胞之間的“crosstalk”對闡明膠質(zhì)瘤的發(fā)病機制有著重要作用。陸等[9]研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤微環(huán)境能夠通過上調(diào)Wnt/β-catenin信號通路激活星形膠質(zhì)細胞，使之成為反應性星形膠質(zhì)細胞，并呈現(xiàn)出上皮間質(zhì)樣轉變，而腫瘤侵襲以及增值能力也隨之加強，而這一結果可能是星形膠質(zhì)細胞細胞外基質(zhì)被降解而導致的。Oliveira等[10]發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤細胞分泌的蛋白能夠調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞分泌多種與細胞粘附、炎癥等相關蛋白；此外，她們還發(fā)現(xiàn)，這種旁分泌可能通過調(diào)節(jié)Wnt、AKT以及JNK等信號通路反饋調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤細胞的存活、遷移以及凋亡等。

4.總結與展望

神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病呈逐年增加的趨勢，且目前尚未有有效的治療方式，多采取保守治療為主。神經(jīng)系統(tǒng)疾病會活化體內(nèi)星形膠質(zhì)細胞，能夠激活體內(nèi)Wnt信號通路。Wnt信號通路的激活能夠反作用于星形膠質(zhì)細胞，并且能夠影響神經(jīng)疾病進程，但是其具體分子作用機制還尚未明確，有待深入研究。