向高，劉開(kāi)鑫，鞏朝陽(yáng)，楊亮，張海鴻

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科，甘肅蘭州市730030；2.蘭州大學(xué)甘肅省骨關(guān)節(jié)疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州市730030

脊髓損傷是導(dǎo)致人類(lèi)殘疾、死亡的重要原因之一，常由高處墜落、交通事故、重物砸傷、運(yùn)動(dòng)損傷等原因造成，往往引起嚴(yán)重的感覺(jué)及運(yùn)動(dòng)功能障礙。脊髓損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活、星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖以及膠質(zhì)瘢痕的形成等多種因素共同影響脊髓軸突有效的再生。膠質(zhì)瘢痕的形成是一個(gè)多種因素影響、多種細(xì)胞參與的過(guò)程，如活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、膠質(zhì)前體細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和施萬(wàn)細(xì)胞等都發(fā)揮著相應(yīng)的作用[1-2]。其中，星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化及反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生過(guò)程是影響脊髓損傷后膠質(zhì)瘢痕形成、軸突再生及神經(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵因素[3]。

Ski是一種參與并調(diào)節(jié)多種細(xì)胞增殖、分化及轉(zhuǎn)化的進(jìn)化保守蛋白[4-5]。相關(guān)研究表明，在正常脊髓組織中Ski呈低表達(dá)狀態(tài)，而在脊髓損傷后Ski呈高表達(dá)狀態(tài)，故推測(cè)Ski可能作為一種信號(hào)分子調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化、增殖及遷移等過(guò)程，從而影響膠質(zhì)瘢痕的形成[6-10]。本文將對(duì)Ski在脊髓損傷后膠質(zhì)瘢痕形成中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 Ski

Ski在Sloan-Kettering病毒基因組中被首次發(fā)現(xiàn)，參與多種細(xì)胞的增殖、分化、轉(zhuǎn)化以及腫瘤進(jìn)展[5]。大量研究證實(shí)，在人類(lèi)、非洲爪蟾、大鼠、小鼠、斑馬魚(yú)、果蠅等物種中，Ski及其家族成員廣泛存在并發(fā)揮特異性功能。Ski不僅在肝臟再生、組織創(chuàng)傷愈合、腫瘤發(fā)生、血管增生、平滑肌增生及骨骼肌分化等領(lǐng)域發(fā)揮重要的調(diào)控作用，而且在神經(jīng)系統(tǒng)、脊髓損傷等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要的調(diào)控作用[4]。

1.1 Ski在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

Ski在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用[4]。施萬(wàn)細(xì)胞是一種在周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)中具有保護(hù)軸突、促進(jìn)髓鞘再生等作用的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。Atanasoski等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在施萬(wàn)細(xì)胞的發(fā)育以及髓鞘形成的過(guò)程中，Ski可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β (transforming growth factor-beta,TGF-β)信號(hào)通路，對(duì)施萬(wàn)細(xì)胞發(fā)育和髓鞘形成發(fā)揮重要的調(diào)控作用。TGF-β信號(hào)通路在調(diào)控膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma,GBM)的行為方面起著非常重要的作用，并且TGF-β水平升高與腫瘤高級(jí)別、腫瘤晚期、患者預(yù)后差存在顯著相關(guān)性[12]。Jiang等[13]在敲除Ski基因后發(fā)現(xiàn)GBM細(xì)胞中的TGF-β信號(hào)通路得到激活。另外，Ski在胼胝體神經(jīng)元中有著一定的調(diào)節(jié)作用[14]，在小腦浦肯野細(xì)胞的分化中也參與著重要的調(diào)節(jié)作用[15]。這些研究都證明Ski在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。

1.2 Ski調(diào)控的信號(hào)通路

Ski已經(jīng)被證實(shí)在TGF-β信號(hào)通路及其超家族成員之一的骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)信號(hào)通路、Sonic hedgehog(Shh)信號(hào)通路、核激素受體信號(hào)通路、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號(hào)通路等多個(gè)信號(hào)通路中發(fā)揮著廣泛的作用[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，Ski可能在脊髓損傷后通過(guò)調(diào)控TGF-β信號(hào)通路和MAPK信號(hào)通路，從而調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞的相關(guān)作用，進(jìn)而影響膠質(zhì)瘢痕的形成。但具體作用機(jī)制尚未完全明確，仍需做進(jìn)一步研究。

2 星形膠質(zhì)細(xì)胞

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)中，星形膠質(zhì)細(xì)胞是最重要的細(xì)胞之一，廣泛分布于CNS各個(gè)區(qū)域。星形膠質(zhì)細(xì)胞在正常的脊髓中發(fā)揮著重要作用，如為神經(jīng)元的代謝提供物質(zhì)支持，在穩(wěn)定細(xì)胞外液及離子平衡、清除和釋放細(xì)胞外興奮毒性的谷氨酸等方面也起著重要作用。脊髓損傷后，星形膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)活化、肥大、增殖等被激活為反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞，與脊髓中的其他細(xì)胞一起參與膠質(zhì)瘢痕的形成[16]。

2.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)和功能特點(diǎn)

在傳統(tǒng)意義上可將星形膠質(zhì)細(xì)胞分為兩類(lèi)，一類(lèi)為原漿性星形膠質(zhì)細(xì)胞(protoplasmic astrocyte)，多分布于CNS灰質(zhì)，細(xì)胞突起短粗且分支多，胞質(zhì)內(nèi)膠質(zhì)絲含量較少；另一類(lèi)為纖維性星形膠質(zhì)細(xì)胞(fibrous astrocyte)，多分布于CNS白質(zhì)，細(xì)胞突起長(zhǎng)細(xì)且分支少，胞質(zhì)膠質(zhì)絲含量多。組成膠質(zhì)絲的蛋白被稱(chēng)為膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)，是星形膠質(zhì)細(xì)胞的特征性標(biāo)志物。原漿性星形膠質(zhì)細(xì)胞和纖維性星形膠質(zhì)細(xì)胞與血管之間均有著廣泛的聯(lián)系[17]。

在正常的脊髓中，星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，可作用于神經(jīng)元的成熟、遷移、分化等過(guò)程中[18]，在突觸的形成及突觸傳遞過(guò)程也發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[19]。星形膠質(zhì)細(xì)胞還參與血脊柱屏障的形成及維護(hù)[20]；通過(guò)調(diào)節(jié)多種蛋白，維持CNS中離子的穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞中有大量水通道蛋白表達(dá)，在細(xì)胞外液的平衡中發(fā)揮著積極作用并控制水腫[21]。

2.2 脊髓損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞的變化

脊髓損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞的變化主要表現(xiàn)為細(xì)胞突起增多、肥大、增殖、遷移、分化等，星形膠質(zhì)細(xì)胞的特征性標(biāo)志物GFAP及波形蛋白(vimentin)的表達(dá)均增加，并且活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞還釋放硫酸軟骨素蛋白多糖、多種細(xì)胞因子及趨化因子等[22]。

傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞才是對(duì)神經(jīng)功能恢復(fù)有作用的細(xì)胞[23]，而星形膠質(zhì)細(xì)胞以及反應(yīng)性星形膠質(zhì)的增生被認(rèn)為是對(duì)神經(jīng)功能恢復(fù)的不利因素。膠質(zhì)瘢痕不僅作為一種致密的物理屏障使得軸突難以穿越，而且活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞還會(huì)分泌一些抑制性的細(xì)胞外基質(zhì)分子，如硫酸軟骨素蛋白多糖、腱糖蛋白等，作為化學(xué)屏障抑制軸突的生長(zhǎng)和再生。近年來(lái)，隨著研究的不斷深入，星形膠質(zhì)增生過(guò)程在脊髓損傷等多種CNS疾病中的有利作用逐漸被認(rèn)識(shí)。星形膠質(zhì)增生及瘢痕形成不但可以使得損傷的神經(jīng)組織愈合，而且可以作為一道屏障，限制損傷部位炎癥向損傷周?chē)鷶U(kuò)散，使損傷周?chē)M織及細(xì)胞免受進(jìn)一步損傷[24]?；罨男切文z質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)清除細(xì)胞外興奮毒性的谷氨酸鹽、穩(wěn)定細(xì)胞外液和離子平衡、修復(fù)血腦屏障等發(fā)揮作用。脊髓損傷時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞除了會(huì)表達(dá)一些有害分子以外，它還發(fā)揮著重要的內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)作用，并分泌促進(jìn)生長(zhǎng)的腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，神經(jīng)生長(zhǎng)因子、堿性成纖維生長(zhǎng)因子等神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，以及層粘連蛋白和纖維連接蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)類(lèi)蛋白[25]。

總之，越來(lái)越多的證據(jù)表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞不僅在形成膠質(zhì)瘢痕中起到重要作用，而且在組織保護(hù)及神經(jīng)功能的保護(hù)中也不可或缺[26-27]。

2.3 Ski對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的影響

周開(kāi)升等[6-7]研究發(fā)現(xiàn)，Ski在脊髓中主要表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞中，而且在肥大增生的星形膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)。趙鑫等[8-9]研究發(fā)現(xiàn)，沉默Ski基因明顯降低星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖活性及遷移能力。這些都證明Ski可能調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的生物學(xué)功能，并且與星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖和遷移功能緊密相關(guān)。王明等[28]研究發(fā)現(xiàn)，Ski可以調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)過(guò)程，從而影響星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖及遷移過(guò)程。我們推測(cè)Ski可能是一種新的調(diào)控脊髓損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞增生、膠質(zhì)瘢痕形成及調(diào)控其炎癥反應(yīng)等過(guò)程的重要分子，具體分子機(jī)制還有待研究。

3 TGF-β信號(hào)通路

TGF-β是一個(gè)分子質(zhì)量為25 kDa的多肽分子，最初從小鼠的肉瘤細(xì)胞中由Roberts等[29]分離得到，后來(lái)TGF-β及其超家族成員逐漸被發(fā)現(xiàn)。TGF-β及其超家族成員在胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖分化、組織器官形態(tài)的發(fā)生發(fā)展以及免疫調(diào)控等方面都發(fā)揮著重要的作用。

3.1 TGF-β經(jīng)典信號(hào)通路

TGF-β經(jīng)典信號(hào)通路主要是通過(guò)激活Smad通路進(jìn)行傳導(dǎo)的。Smad是一類(lèi)能夠起到“第二信使”作用的胞漿蛋白分子，主要的作用是將TGF-β信號(hào)由細(xì)胞外傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，從而啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。其傳導(dǎo)過(guò)程如下。

TGF-β首先與細(xì)胞膜上的特異性TGF-β受體(TGF-β receptor,TβR)II結(jié)合成二聚體復(fù)合物，直接誘導(dǎo)TβR II胞內(nèi)段的激酶區(qū)域發(fā)生構(gòu)相改變，使TβR II發(fā)生活化，并且能夠易化隨后發(fā)生的TβR I磷酸化。之后，TGF-β與TβR II形成的二聚體復(fù)合物和二聚體形式的TβR I結(jié)合形成異四聚體，并同時(shí)磷酸化TβR I的GS區(qū)的絲氨酸/蘇氨酸殘基，從而激活TβR I[30]。活化的TβR I在蛋白SARA(Smad anchor for receptor activation)的協(xié)助下使Smad2和Smad3激活，并與Smad4結(jié)合形成Smad2/3-Smad4轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。該復(fù)合物通過(guò)C端的MH2區(qū)域和胞內(nèi)核孔蛋白(nucleoporins)接觸，轉(zhuǎn)至細(xì)胞核內(nèi)[30]。Smad蛋白寡聚體與特異性DNA片段在細(xì)胞核內(nèi)相結(jié)合，引起一系列功能基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)。

這一過(guò)程中TβR I的GS區(qū)激活被認(rèn)為是極其關(guān)鍵的一步。此外，TGF-β除了激活經(jīng)典的Smad通路外，還能直接通過(guò)TβR I、TβR II，或者其他接口蛋白激活非Smad通路，例如MAPK通路等[31]。Smad通路和非Smad通路之間相互交聯(lián)，從而形成TGF-β信號(hào)通路錯(cuò)綜復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

3.2 Ski與TGF-β信號(hào)通路

Ski主要通過(guò)TGF-β信號(hào)通路發(fā)揮重要作用，主要是對(duì)TGF-β的負(fù)調(diào)控作用[32]。TGF-β在慢性神經(jīng)退行性疾病中能緩解其炎癥反應(yīng)[33]，從而在神經(jīng)保護(hù)方面有重要的作用。TGF-β可促進(jìn)施萬(wàn)細(xì)胞的增殖及抑制施萬(wàn)細(xì)胞的成髓鞘；而Ski可通過(guò)TGF-β信號(hào)通路發(fā)揮相關(guān)作用。Ski過(guò)表達(dá)后可以使TGF-β介導(dǎo)的細(xì)胞增殖得到相應(yīng)的抑制[11]。推測(cè)Ski可能通過(guò)TGF-β信號(hào)通路在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

TGF-β信號(hào)通路在腎、心肌等多種組織纖維化及膠質(zhì)瘢痕形成中都有著重要作用。Tyor等[34]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β的表達(dá)量與星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖呈正相關(guān)。Buss等[35]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1參與膠質(zhì)瘢痕的形成及其炎癥反應(yīng)過(guò)程，而TGF-β2在膠質(zhì)瘢痕的維持過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。這說(shuō)明星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生及膠質(zhì)瘢痕形成與TGF-β密不可分，而Ski在TGF-β通路中有著重要的調(diào)控作用，所以推測(cè)Ski可能通過(guò)TGF-β通路調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞增生及膠質(zhì)瘢痕形成。

4 MAPK信號(hào)通路

MAPK信號(hào)通路能夠?qū)⒓?xì)胞外的信號(hào)傳遞至細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)，從而在調(diào)節(jié)眾多細(xì)胞功能過(guò)程中起到極為重要的作用，如細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等[36]。Ras-p-Raf1-p-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2信號(hào)通路作為研究最多的MAPK信號(hào)通路之一，在各類(lèi)疾病中起到重要作用，相關(guān)實(shí)驗(yàn)和研究正在逐步展開(kāi)。

Ras蛋白是癌基因Ras的編碼產(chǎn)物[37]。Ras活化后與效應(yīng)蛋白R(shí)af1結(jié)合，活化的Raf1最終激活ERK1/2，在細(xì)胞增殖和分化過(guò)程中具有重要作用[38]。Ryu等[39]研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的增殖與膠質(zhì)細(xì)胞中Ras蛋白表達(dá)量呈正相關(guān)。Ras-p-Raf1-p-ERK1/2信號(hào)通路在星形膠質(zhì)細(xì)胞增生過(guò)程中起到重要的調(diào)控作用[40]。該信號(hào)通路在CNS損傷后被激活，進(jìn)而活化星形膠質(zhì)細(xì)胞，啟動(dòng)CNS自我保護(hù)機(jī)制。由此可見(jiàn)，Ras蛋白調(diào)控下的相關(guān)信號(hào)通路與星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖活化密切相關(guān)。Zhao等[41]研究發(fā)現(xiàn)，在脊髓損傷下星形細(xì)胞增殖中，Ras-p-Raf1-p-ERK1/2的表達(dá)上調(diào)，且隨時(shí)間變化，與Ski一致；沉默Ski后該信號(hào)通路的表達(dá)受到抑制。這都證明Ski在Ras-p-Raf1-p-ERK1/2信號(hào)通路中發(fā)揮著重要作用。

5 小結(jié)

Ski作為一種原癌基因在脊髓損傷后膠質(zhì)瘢痕形成過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外研究者們的高度重視和深入研究。Ski可通過(guò)TGF-β信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路等調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化、增殖、遷移、分化等過(guò)程，進(jìn)而影響膠質(zhì)瘢痕的形成，為脊髓損傷的治療提供新的方向。脊髓損傷早期，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)脊髓損傷修復(fù)產(chǎn)生積極作用，如限制損傷范圍擴(kuò)大，隔離損傷區(qū)域，維持血腦屏障的穩(wěn)定等，而在晚期逐漸形成致密的膠質(zhì)瘢痕，分泌大量神經(jīng)抑制因子，促炎因子和細(xì)胞毒性因子，對(duì)神經(jīng)元再生和功能恢復(fù)卻造成嚴(yán)重的障礙。因此，以Ski調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞活化、增殖以及影響膠質(zhì)瘢痕形成等為靶點(diǎn)的治療仍需進(jìn)一步研究。Ski在脊髓損傷后膠質(zhì)瘢痕形成中的作用機(jī)制依然不是完全清楚，有待進(jìn)一步研究。