少突膠質細胞成熟障礙致新生兒腦白質損傷的相關信號通路研究進展

王成舉，胡斌，張雨平

(陸軍軍醫大學第二附屬醫院，重慶400037)

近年來，隨著新生兒監護救治水平的不斷提高，早產兒存活率顯著提高，腦白質損傷(WMI)成為新生兒最常見的腦損傷類型。WMI是一種復雜和多因素的腦損傷，以少突膠質細胞(OL)發育過程中斷和(或)死亡致髓鞘減少或髓鞘形成障礙為主要發病機制，涉及多種信號通路和表觀遺傳因子，OL作為逆轉此類神經系統疾病的潛在治療靶點而備受關注。OL是中樞神經系統主要的成髓鞘細胞，它起源于胚胎神經管腹側的神經上皮細胞，在發育過程中經歷少突膠質祖細胞、少突膠質前體細胞(OPC)、幼稚少突膠質細胞、成熟少突膠質細胞等階段進一步增殖、分化并遷移到白質區域[1]。成熟的OL可包繞神經纖維的軸突并形成髓鞘，在促進神經元功能電位的正確快速傳導和支持軸突存活中發揮重要作用[2]。OL的成熟是一個復雜的過程，其形態、功能和表達產物呈現連續漸變，在一個狹窄的時間窗口由許多不同的信號通路綜合調控，且各階段之間沒有嚴格界限。目前對于OL相關疾病如WMI、多發性硬化等尚無有效的治療方法，深入了解OL發育成熟過程中的相關信號通路，是揭示WMI發病機制和開發臨床治療方案的重要前提。現將OL成熟過程中的相關信號通路綜述如下。

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重要的信號轉導系統之一，其家族的細胞外信號調節激酶(ERK)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)在OL發育的調控過程中發揮重要作用[3，4]。ERK刺激OPC增殖和分化；JNK的活化促進OPC增殖但抑制OL分化。

體外培養OL中的JNK可被促炎細胞因子、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控細胞的生存和活動，進一步阻滯OL的成熟[5]。研究顯示，JNK除了直接在OL中發揮作用外，還可以介導小膠質細胞和星形膠質細胞的促炎反應，促進促炎細胞因子的產生[6]。抑制JNK信號可能是抑制神經炎癥和刺激新生兒腦白質OL分化的一種新型治療方案。但JNK信號通路在許多類型細胞中起到各不相同的調節作用，其特異性很難得到保證，需要進一步探索以細胞特異性、定時或局部方式對JNK進行抑制的策略。

近年研究表明，ERK通路可能有利于刺激OL的生長和發育。ERK可被快速轉運進入細胞核去磷酸化，激活細胞增殖反應相關因子IGF-1，從而促進細胞增殖[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合作用增加腦出血和白細胞浸潤的風險[8]，但是針對早產兒視網膜病變靜脈注射IGF-1的臨床試驗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作用向臨床轉化將是未來可期的研究熱點。

2 血小板衍生生長因子(PDGF)信號通路

PDGF通過PDGF受體α(PDGFRα)發揮作用，促進OL增殖的同時抑制OPC的分化。在體外OL發育早期，PDGF刺激MAPK信號通路家族ERK、JNK的活化，促進細胞增殖，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的[10]。星形膠質細胞是OPC中PDGF的重要來源，在體外，星形膠質細胞對促炎細胞因子的反應可增加PDGF的產生和釋放，從而起到抑制分化的作用，這可能是星形膠質細胞增多癥導致OL成熟受損的另一個重要機制[11]。但是，星形膠質細胞PDGF在WMI中的確切作用仍需進一步實驗驗證。

3 Notch信號通路

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

4 Wnt/β-catenin信號通路

Wnt是一條存在于多細胞真核生物中高度保守的信號通路，其中以Wnt/β-catenin通路機制最為明確，在OL成熟和髓鞘化過程中起到重要的調節作用[16]。Wnt通過Axin1和β-catenin蛋白激活轉錄因子TCF4促進OPC分化成為幼稚少突膠質細胞，與此同時，TCF4活化又抑制了幼稚少突膠質細胞的后續成熟，表明TCF4在OL發育的調控中具有雙重作用[17]。Wnt的另一個靶點是Axin2，它通過促進β-catenin的降解向Wnt/β-catenin提供負反饋信號。Fancy等[18]報道，Axin2在WMI新生兒OPC中表達，而在正常新生兒中不表達；該團隊又證明了在小鼠缺氧脫髓鞘損傷后，Axin2的藥理劑量穩定可促進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發育阻滯過程。

5 BMP4信號通路

BMP4是OL成熟的負調控因子，主要體現在細胞成熟后期BMP4抑制OL特異性髓系相關蛋白的表達[19]。體外培養OPC發現，BMP4抑制OL成熟主要表現在下調促進分化的轉錄因子Olig1和Olig2表達、上調抑制分化因子ID2和ID4表達、通過降低HDAC活性增強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高表達有關，并且創傷性脊髓損傷大鼠的星形膠質細胞通過增加BMP4表達抑制OPC分化[21]。在大鼠宮內生長遲緩模型中，氧化應激可增加細胞外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表達升高，負調節OL的發育和成熟，進而在WMI中起到不良作用。Dizon等[23]研究發現，通過Noggin基因過表達可以拮抗BMP信號轉導，進一步保護小鼠腦白質免受圍產期缺氧缺血的影響。因此，抑制BMP4表達可能應對由OL發育阻滯導致的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，在細胞增殖、分化、成熟以及蛋白合成中起到重要的調控作用。mTOR信號通路主要在OL發育后期起作用，調節細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和分化抑制因子的下調來介導的。mTOR信號通路含有mTORC1和mTORC2兩種功能復合物，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發揮作用，其上游調節器包括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OL，發現IGF-1刺激可以保護OL免受炎癥誘導的損傷，并以依賴mTOR信號通路的方式促進髓鞘化。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，早產兒出生后IGF-1水平迅速下降，即早產兒大腦中IGF-1水平較足月兒下降的更早，這與髓質體積減少和智力發育受損有關，因此，IGF-1表達下降或不足極有可能在由OL成熟阻滯引起的WMI中發揮作用，IGF-1治療可能有助于WMI中髓鞘化的增加。據文獻報道，鼻腔EGF給藥治療能有效增強缺氧誘導的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信號通路介導刺激PI3K/Akt/mTOR通路完成的。由此可見，mTOR信號通路在調節OL發育和體內外促進髓鞘化過程中的關鍵作用，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成熟在內的大腦正常發育至關重要，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，甲狀腺激素能夠調節軸突發育及髓鞘形成過程、促進OPC增殖和分化成熟為OL以及髓鞘形成相關基因的轉錄[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與胎齡成反比，因此早產兒有很高概率患有甲狀腺功能減退癥，增加了WMI的患病風險[32]。實驗和臨床研究都強調了甲狀腺激素在WMI中的重要性，但甲狀腺補充劑對早產兒腦白質完整性的保護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兒OL成熟特定時期之間的復雜相互作用進行更深入的研究。

8 問題與展望

新生兒WMI是一種復雜和多因素的腦損傷，其發病涉及多種不同的細胞信號通路。雖然目前對于OL成熟受損致WMI相關信號通路的研究較多，但多數集中在單一信號通路的研究。我們目前對圍產期不利因素導致WMI潛在機制的大部分結論來源于實驗研究，將其用于臨床治療還需要大量研究。未來的研究方向是進一步明確哪些信號通路與人類早產兒最為相關，并充分掌握數條信號通路之間的關系，才能采取更有效的干預措施，改善WMI患兒預后并降低發病率。