李鵬飛，高 楓

(1.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院；2.延安市人民醫(yī)院，陜西 延安 716000)

脊髓損傷(SCI)是由創(chuàng)傷、腫瘤或炎癥等因素導(dǎo)致的脊髓完整性和連續(xù)性受到破壞，從而引起機(jī)體運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)及自主功能障礙的疾病[1]。目前，全球范圍內(nèi)數(shù)百萬(wàn)人遭受著脊髓損傷帶來(lái)的痛苦[2]。大多數(shù)脊髓損傷患者終生會(huì)出現(xiàn)功能障礙，這主要是由于鼻端和尾脊髓之間的白質(zhì)束斷開。SCI的生物學(xué)和功能修復(fù)需要軸突再生，重新連接到尾/鼻神經(jīng)元并形成新的神經(jīng)回路以恢復(fù)信號(hào)傳導(dǎo)[3]。成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中成熟神經(jīng)元固有生長(zhǎng)能力的降低、受損區(qū)域神經(jīng)系統(tǒng)重塑困難及髓鞘再生能力薄弱是導(dǎo)致脊髓損傷修復(fù)失敗的最主要因素。因此，本文主要針對(duì)脊髓損傷后神經(jīng)元生長(zhǎng)、神經(jīng)系統(tǒng)重塑及髓鞘再生方面分子機(jī)理的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 神經(jīng)元生長(zhǎng)及再生

SCI后白質(zhì)束斷開是功能缺陷的基礎(chǔ)。分化的神經(jīng)元建立軸突生長(zhǎng)程序，將軸突延伸至其細(xì)胞靶標(biāo)并與適當(dāng)?shù)募?xì)胞靶標(biāo)形成突觸連接是功能修復(fù)的基礎(chǔ)。如在培養(yǎng)的視網(wǎng)膜節(jié)細(xì)胞(RGC)[4]中，成熟的神經(jīng)元的生長(zhǎng)能力下降，并且在軸突切開后它們的軸突無(wú)法再生。近年來(lái)，已經(jīng)報(bào)道了許多分子通過(guò)靶向多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑和機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)成熟神經(jīng)元的軸突生長(zhǎng)能力，從而成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后神經(jīng)修復(fù)的分子靶標(biāo)。

1.1 肝激酶B1(LKB1)和單磷酸腺苷激活激酶(AMPK)途徑

LKB1是一種主激酶，可靶向多種其他酶，包括AMPK和AMPK相關(guān)的蛋白激酶。LBK1對(duì)于介導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、代謝和細(xì)胞極性(包括軸突形成和發(fā)育過(guò)程中的分支)至關(guān)重要。激活LKB1是促進(jìn)中樞神經(jīng)軸突再生的高效策略。腺相關(guān)病毒2型(AAV2)載體在感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層中過(guò)表達(dá)LKB1促進(jìn)成年小鼠SCI后大量CST軸突再生[5]。通過(guò)全身注射突變體AAV9載體上調(diào)神經(jīng)元中LKB1的特異性表達(dá)，可以刺激成年小鼠的尾脊髓長(zhǎng)距離CST纖維再生。LKB1的皮質(zhì)內(nèi)或全身病毒傳遞促進(jìn)SCI小鼠運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。因此，LKB1是SCI的重要治療分子靶標(biāo)。

1.2 PI3K和mTOR途徑

PI3K/Akt途徑對(duì)于調(diào)節(jié)軸突的形成和延伸至關(guān)重要[6]。由于磷酸酶(PTEN)通過(guò)使磷酸肌醇底物去磷酸化來(lái)抑制Akt活性。小鼠中PTEN的缺失會(huì)激活A(yù)kt途徑，并刺激視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和皮質(zhì)脊髓束(CST)軸突的再生[7]。損傷兩天后，用選擇性PTEN拮抗肽進(jìn)行全身治療，可通過(guò)增加運(yùn)動(dòng)評(píng)分、后肢運(yùn)動(dòng)和減少網(wǎng)格行走誤差，促進(jìn)SCI數(shù)周后小鼠尾脊髓中運(yùn)動(dòng)軸突的再生長(zhǎng)并恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。用雙過(guò)氧釩(PTEN和其他蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)抑制劑)進(jìn)行損傷后治療，對(duì)中樞神經(jīng)(CNS)損傷后的恢復(fù)具有有益作用[8]。同時(shí)，核糖體S6激酶抑制軸突生長(zhǎng)，其選擇性抑制劑可增強(qiáng)軸突向病變內(nèi)外生長(zhǎng)，并改善CST軸突橫斷后的功能恢復(fù)[9]。

1.3 轉(zhuǎn)錄因子(TF)

許多TF，包括ATF3，cAMP，c-myc，HIF-1α，cJun，Kruppel樣因子(KLF)，Smad1，Sox11，STAT3，精氨酸酶1和與生長(zhǎng)相關(guān)的蛋白質(zhì)(GAP-43，CAP-23和SPRR1a)改變?cè)偕嚓P(guān)基因的表達(dá)并促進(jìn)成熟神經(jīng)元的再生[10]。盡管對(duì)神經(jīng)元功能的理解不完全，但最近的研究支持其他幾種TF在調(diào)節(jié)CNS神經(jīng)元再生中的關(guān)鍵作用。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的激活可能通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)相關(guān)基因和細(xì)胞骨架蛋白的轉(zhuǎn)錄來(lái)促進(jìn)視神經(jīng)再生[11]。促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)的TF可能會(huì)相互作用。例如，p53結(jié)合STAT3、KLF6、Myc、ATF3、CREB、HIF1A和SMAD1，而STAT3結(jié)合KLF4、ATF3、SMAD1、p53和HIF1A。KLF4可能通過(guò)與STAT3相互作用并抑制其再生來(lái)抑制軸突再生。

1.4 跨膜和膜結(jié)合蛋白

通過(guò)其配體溶血磷脂酸活化溶血磷脂酸受體1抑制了軸突的生長(zhǎng)[12]。敲除膜蛋白R(shí)ab27b，在脊髓橫斷后促進(jìn)橫紋肌束的生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)[13]。Cacna2d2基因編碼的電壓門控鈣通道的Alpha2delta2亞基可抑制軸突生長(zhǎng)。敲除或抑制Alpha2delta2能有效促進(jìn)SCI后成年小鼠神經(jīng)突觸延伸和軸突再生[14]。

1.5 細(xì)胞骨架蛋白和線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)

研究顯示靶向細(xì)胞骨架和線粒體分子能有效治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變。調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)分子最終會(huì)聚在細(xì)胞骨架蛋白肌動(dòng)蛋白和微管(MT)上。某些維持微管穩(wěn)定的化合物能抑制蛋白介導(dǎo)CNS軸突再生。Fidgetin是一種微管切斷蛋白，可通過(guò)防止微管不穩(wěn)定域的延長(zhǎng)來(lái)抑制軸突生長(zhǎng)。它的敲除或敲低促進(jìn)硫酸軟骨素蛋白聚糖(CSPG)的生長(zhǎng)，并進(jìn)一步促進(jìn)受傷的感覺(jué)軸突穿過(guò)背根進(jìn)入?yún)^(qū)進(jìn)入脊髓[15]。抑制非肌肉肌球蛋白II有助于軸突的肌動(dòng)蛋白和微觀重組生長(zhǎng)，在SCI后促進(jìn)軸突再生[16]。在病變部位使用紫杉醇(一種經(jīng)FDA批準(zhǔn)的抗癌藥)可通過(guò)減少TGFβ信號(hào)傳導(dǎo)和疤痕形成來(lái)改善脊髓軸突再生和功能恢復(fù)。埃博霉素B(另一種臨床抗癌藥物)的全身給藥可通過(guò)誘導(dǎo)協(xié)同的微管聚合進(jìn)入軸突尖端并通過(guò)消除極化和形成疤痕的成纖維細(xì)胞遷移來(lái)抑制疤痕形成，從而促進(jìn)軸突延長(zhǎng)和功能恢復(fù)。由于軸突的再生需要局部產(chǎn)生的能量，線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也是神經(jīng)元再生的重要蛋白。Armcx1的過(guò)表達(dá)改善了成年小鼠中線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)RGC的存活和再生[17]。

2 神經(jīng)系統(tǒng)重塑

軸突再生和病變周圍受損神經(jīng)回路的重新塑造對(duì)于恢復(fù)失去的功能至關(guān)重要。脊髓不完全損傷后，動(dòng)物和患者都表現(xiàn)出自發(fā)的功能恢復(fù)，這至少部分歸因于原脊神經(jīng)元(PSN)網(wǎng)絡(luò)的重組[18-19]，PSN中繼連接繞過(guò)病灶形成神經(jīng)元回路。Neuropilin-1是Sema3A的受體，在SCI后介導(dǎo)CST修剪和功能恢復(fù)。它的敲除或敲低能抑制SCI后的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)[20]。此外，最近的研究表明，多種方法的聯(lián)合使用可刺激PNS軸突進(jìn)入多余的神經(jīng)組織，并在病變之間傳遞電生理傳導(dǎo)[21]。多種生長(zhǎng)因子(成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2，表皮生長(zhǎng)因子和神經(jīng)膠質(zhì)來(lái)源的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子)與骨橋蛋白、IGF1和睫狀源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子結(jié)合使用能有效增強(qiáng)神經(jīng)可塑性。

3 髓鞘再生

髓鞘的軸突再生是SCI后神經(jīng)修復(fù)的重要表現(xiàn)。在SCI后數(shù)小時(shí)至數(shù)周，大量少突膠質(zhì)細(xì)胞(OLs)通過(guò)凋亡而死亡(峰值水平：SCI后3～7 d)。OLs非常容易受到各種病理狀況的影響，例如缺血、氧化損傷、炎癥和興奮性毒性。SCI后會(huì)發(fā)生脫髓鞘，髓鞘再生需要少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPC)激活，募集，分化和髓鞘化，并且受到許多外在和內(nèi)在調(diào)節(jié)劑(細(xì)胞因子，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白，TF和髓磷脂調(diào)節(jié)因子)的嚴(yán)格控制。

3.1 細(xì)胞因子和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白

許多細(xì)胞因子和營(yíng)養(yǎng)因子促進(jìn)OPC增殖，OL分化和髓鞘再生。通常，損傷后炎癥會(huì)清除髓磷脂碎片并刺激髓鞘再生。某些細(xì)胞因子(IL-1β和TNFα等)和TLR的激活增強(qiáng)了病變周圍的OPC募集，分化和髓鞘再生。除神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞外，白細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞還產(chǎn)生許多神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，包括神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1(Nrg1)、癌調(diào)節(jié)蛋白、骨橋蛋白、血小板衍生的生長(zhǎng)因子、表皮生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2、CNTF、激活素A、神經(jīng)膠質(zhì)衍生生長(zhǎng)因子、內(nèi)皮素2、IGF-1和BDNF。其中，Nrg-1與各種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞上的ErbB2/3受體相互作用，并通過(guò)Erk1/2和Stat3信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)其功能。SCI后促進(jìn)Nrg-1分泌，從而通過(guò)上調(diào)抗炎因子(IL-10和精氨酸酶-1等)并下調(diào)促炎性因子(IL-1β、TNFα、一氧化氮等)來(lái)保護(hù)病變周圍的神經(jīng)組織并促進(jìn)功能的恢復(fù)。

3.2 跨膜受體

許多細(xì)胞外和細(xì)胞表面成分(軸突引導(dǎo)線索和髓磷脂軸突生長(zhǎng)抑制劑的受體)能調(diào)節(jié)OPC/OL功能和影響髓鞘的再生。Sema4D及其受體plexinB1之間的相互作用抑制OPC分化，并用其抗體(稱為VX15/2503)阻斷后能明顯促進(jìn)OL的形成和髓鞘再生。Sema7A能抑制OL遷移到病變區(qū)域，因此阻斷其功能也可能促進(jìn)髓鞘再生。Lingo-1是一種富含跨膜亮氨酸的重復(fù)蛋白，被稱為NgR1的共受體，可抑制OPC成熟和髓鞘形成。Lingo-1抗體在臨床前研究中顯示出多種有益作用，包括增強(qiáng)不同CNS病變模型中的髓鞘再生[22]。槲皮素是一種靶向γ-分泌酶介導(dǎo)的裂解的Notch抑制劑，可改善不同CNS脫髓鞘模型中的髓鞘再生。

3.3 組蛋白去乙?；?/h3>

組蛋白去乙酰化酶(HDAC)在OL分化中起著關(guān)鍵作用，但在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后，暫時(shí)阻斷HDAC通常具有神經(jīng)保護(hù)作用。在脫髓鞘模型中，HDAC抑制可以減少炎癥并增加髓鞘再生。HDAC抑制劑丙戊酸鹽和甲狀腺素(T3前體)抑制CD4+T細(xì)胞向CNS的浸潤(rùn)。TrichostatinA(另一種廣泛的HDAC抑制劑)在EAE嚙齒動(dòng)物中顯示出相似的有益作用。HDAC抑制劑丁酸鈉還可以通過(guò)抑制炎癥和增強(qiáng)OL的發(fā)生來(lái)防止腦缺血模型中的OL丟失。

3.4 miRNA

miRNA通過(guò)靶向多種基因來(lái)調(diào)節(jié)OL分化和髓鞘形成[23]。研究表明，Dicer1缺失會(huì)中斷miR219和miR338介導(dǎo)的正常CNS髓鞘形成。miR219通過(guò)沉默SOX6、FOXJ3和鋅指蛋白238促進(jìn)OPC分化。miR338通過(guò)抑制HES5、SOX4和SOX6刺激OPC分化為成熟的OL。miR-219和miR-338通過(guò)靶向抑制性Lingo1和Etv5協(xié)同增強(qiáng)OPC向成熟OL的分化[24]。

4 結(jié)論

脊髓損傷的病理非常復(fù)雜，包括原發(fā)性損傷后神經(jīng)組織的繼發(fā)性損傷，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的喪失，疤痕的形成以及病變周圍軸突束的永久性斷開。目前，研究人員在開發(fā)各種治療策略方面取得了令人矚目的進(jìn)展，但很少進(jìn)入臨床應(yīng)用。SCI患者的治療僅限于早期手術(shù)減壓，嚴(yán)格的血壓控制和少量類固醇藥物可供選擇。了解損傷機(jī)制(例如炎癥，自噬和線粒體功能障礙)方面的最新進(jìn)展有助于開發(fā)新穎有效的神經(jīng)保護(hù)策略。近年來(lái)，隨著研究人員對(duì)脊髓損傷的進(jìn)一步研究，在脊髓損傷后神經(jīng)元生長(zhǎng)，神經(jīng)系統(tǒng)重塑和髓鞘再生上獲得了一定進(jìn)展，這為脊髓損傷的治療策略及藥物開發(fā)提供了一定的基礎(chǔ)。