少突膠質(zhì)細胞及其相關(guān)疾病的研究進展

周婷婷，姜亞軍

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)，江蘇 南京；2.江蘇省中醫(yī)院，江蘇 南京）

0 引言

中 樞 神 經(jīng) 系 統(tǒng)(central nerve sytem，CNS)主要由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞組成。少突膠質(zhì)細胞(oligodendrocytes， OLs)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中唯一的成髓鞘細胞，包繞神經(jīng)纖維的軸突而形成髓鞘。OLs膜上不僅分布有大量的興奮性氨基酸受體和轉(zhuǎn)運體，同時OLs還分泌各種神經(jīng)營養(yǎng)因子。少突膠質(zhì)細胞與異染性白質(zhì)腦病(MLD)、多發(fā)性硬化(MS)、阿爾茲海默癥(AD)等疾病密切相關(guān)。因此，了解少突膠質(zhì)細胞的發(fā)育、增殖、分化、信號傳導(dǎo)及生物學(xué)功能，不僅對于CNS脫髓鞘疾病機制的認識而且對于探索研究神經(jīng)損傷后修復(fù)措施具有重大指導(dǎo)意義。

1 少突膠質(zhì)細胞的生物學(xué)特征

1.1 少突膠質(zhì)細胞的分布和來源

OLs布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)灰質(zhì)區(qū)、白質(zhì)的神經(jīng)纖維束之間以及血管周圍等區(qū)域，成行排列。在胎兒和新生兒時期含量較多，而在髓鞘形成過程中迅速減少。從組織發(fā)生學(xué)看，OLs起源于胚胎神經(jīng)管的神經(jīng)上皮細胞，是由少突膠質(zhì)前體細胞(oligodendrocyteprecursor cells，OPCs)經(jīng)過增殖、遷移、分化而形成。從神經(jīng)干分化為OLs要經(jīng)歷復(fù)雜的細胞變化(圖1)，少突膠質(zhì)祖細胞(oligodendrocyte preprogenitors，OLP)原又稱為前少突膠質(zhì)-2型星形細胞前體細胞即(O-2A)祖細胞，由神經(jīng)干細胞發(fā)育而來，有很強增殖能力和遷移能力[1]。

1.2 OLs發(fā)育過程中的轉(zhuǎn)錄因子及信號通路

1.2.1 轉(zhuǎn)錄因子

OLs發(fā)育過程受一系列轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，轉(zhuǎn)錄因子對OLs 的發(fā)育分化及髓鞘再生修復(fù)的調(diào)節(jié)有著非常重要的作用。Olig屬于堿性螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH)類轉(zhuǎn)錄因子，有兩個主要成員Olig1和Olig2，其中Olig1促進OLs的分化成熟，Olig2決定OLs的早期定向分化， Olig1與Olig2基因相互作用還可促進OPCs的形成及OLs的成熟。研究發(fā)現(xiàn)Olig2的147位絲氨酸殘基磷酸化可促進運動神經(jīng)元形成，該位點的去磷酸化可促進離體神經(jīng)干細胞增殖，并促使NPCs更多地向OPCs發(fā)育[2]。目前認為Olig2調(diào)控了Smarca4/Brgl的染色質(zhì)重塑復(fù)合物的功能特異性和活性，以及轉(zhuǎn)錄相關(guān)染色質(zhì)的修飾。這對于精確地啟動和建立轉(zhuǎn)錄程序，促進OLs的分化和隨后的髓鞘形成至關(guān)重要[3]。Olig2的另一個直接作用靶基因是轉(zhuǎn)錄因子Sipl，Sipl能夠與Id2、Id4和Hes5的啟動子區(qū)域結(jié)合，拮抗P300/SMAD復(fù)合物，同時Sipl誘導(dǎo)Smad7的產(chǎn)生。 Sipl還可通過抑制BMP信號通路的效應(yīng)分子Id4以及通過抑制Notch信號通路的下游分子Hes5等，從而促進OL分化、髓鞘形成與再生[4]。在OLs發(fā)育過程中存在正性協(xié)同作用因子，同時也存在很多抑制性作用因子，如BMP、ID2、ID4等，這些抑制因子通過抑制Olig2來抑制OLs分化的啟動、抑制OLs的成熟。另外，大量臨床實驗還發(fā)現(xiàn)Nkx6.2、MyTI、Sox8、Sox9、Sox17 等都對OLs的成熟具有不同的促進作用[5]。

1.2.2 信號通道

OLs發(fā)育過程還受一系列信號通路的調(diào)控如Notch 通路、Wnt 通路、Sonic Hedgehog( Shh) 通路等。Notch信號通路由Notch受體、Notch配體、細胞內(nèi)效應(yīng)器分子三部分組成，OPCs能與Notch受體結(jié)合，激活下游信號傳導(dǎo)，來抑制OLs成熟分化，r分泌酶是Notch信號的抑制酶，它可以阻止Notch信號的傳導(dǎo)，從而來促進OLs的成熟，適合運用于損傷后的修復(fù)[6]。研究表明，經(jīng)典的Wnt信號通路在髓鞘形成過程中發(fā)揮雙重的作用。當(dāng)OPC無法生成時，Wnt/β-catenin信號通路激活抑制神經(jīng)祖細胞向0PC發(fā)育。當(dāng)OPC生成時，Wnt/β-catenin信號通路激活可促進OL分化和髓鞘形成[7]。Shh信號分布在CNS不同的區(qū)域，與CNS的生長發(fā)育有密切的關(guān)系，OLs特化表達均有Shh參與，Shh信號通路可誘導(dǎo)OPCs增殖、存活及分化[8]。

圖1

1.3 少突膠質(zhì)細胞的功能

1.3.1 形成髓鞘

OLs最主要的功能就是形成髓鞘包繞CNS軸突。在這個階段，細胞表達特定的髓鞘蛋白，即髓鞘堿性蛋白、髓磷脂相關(guān)糖蛋白、髓鞘少突膠質(zhì)細胞糖蛋白、髓鞘堿性蛋白(MBP、MAG，MOG，和PLP)，這些蛋白的參與保證了髓鞘的結(jié)構(gòu)完整性[9]。

1.3.2 營養(yǎng)支持神經(jīng)元

OLs可以分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進神經(jīng)元和膠質(zhì)的存活，并保障神經(jīng)元功能發(fā)揮。Wilkins, Majed[10]等人的研究還發(fā)現(xiàn)來自O(shè)Ls的條件培養(yǎng)基(CM)可激活神經(jīng)元MAPK/Erk途徑，從而使神經(jīng)元軸突的長度增加。相關(guān)阻斷試驗也得出BDNF、NT-3以及胰島素樣生長因子-1(IGF-1)等生長因子能夠促進少突膠質(zhì)細胞生長。

1.3.3 調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長

OLs可以表達抑制性蛋白，已分化的OLs通過接觸抑制，阻止神經(jīng)纖維過度生長。星形膠質(zhì)細胞和OLs均能產(chǎn)生一些具有抑制性作用的蛋白，如硫酸軟骨素蛋白多糖(CSPGs)、硫酸軟骨素蛋白多糖-2(NG-2)。已有研究表明[11],MAG 、Nogo-A 和OMgp 可能通過與神經(jīng)元上的一個共同受體Nogo66受體(NgR)結(jié)合并傳導(dǎo)信號級聯(lián)反應(yīng)，抑制神經(jīng)元軸突的生長。CNS損傷后OPCs迅速聚集在受損傷的部位, OPCs產(chǎn)生多種具有抑制性作用的蛋白，抑制了神經(jīng)的再生。

2 少突膠質(zhì)細胞相關(guān)病變

與少突膠質(zhì)細胞有關(guān)的病變可分為兩大類：一類是原發(fā)性髓鞘形成障礙，如異染性白質(zhì)腦病(MLD)、腦白質(zhì)海綿樣變性、腎上腺白質(zhì)營養(yǎng)不良等；一類是繼發(fā)性髓鞘損傷后發(fā)生的髓鞘破壞型脫髓鞘疾病，如多發(fā)性硬化(MS)、阿爾茲海默癥(AD)、創(chuàng)傷性脊髓損傷(SCI)等。

2.1 異染性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良(metachromatic leukodystrophy， MLD)

MLD是一種常染色體隱性遺傳性的神經(jīng)鞘脂沉積病，為髓鞘形成障礙中比較常見的一種疾病。該病是由于22號染色體上芳基硫酸酯酶A(arylsulphatase A，ARSA)基因缺乏，導(dǎo)致芳基硫酸酯酶A不足，不能催化溶酶體內(nèi)硫腦苷脂水解而在體內(nèi)沉積，引起少突膠質(zhì)細胞功能障礙、硫酸腦苷脂的聚集、髓鞘脫失和進行性神經(jīng)退行性變等一系列的中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病。

2.2 多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)

MS的發(fā)病機制主要為明顯髓鞘脫失、炎性細胞浸潤、膠質(zhì)細胞增生及軸索損傷。部分患者可以同時累及周圍神經(jīng)系統(tǒng)，在脊神經(jīng)根主要發(fā)生脫髓鞘改變，在遠端軸突可繼發(fā)軸索損害。MS 是Th1 細胞介導(dǎo)的自身免疫病。免疫發(fā)病環(huán)節(jié)包括：抗原、抗原遞呈細胞、介導(dǎo)脫髓鞘病變的主要細胞及其效應(yīng)[12]。在抗原呈遞細胞(APC)表面，同時表達MHC-Ⅱ Ag 、MBP 等抗原的表位, T 細胞對其進行雙識別后，分泌IFN-γ、TNF-α、TNF-β, 破壞髓鞘的結(jié)構(gòu)。激活的T細胞通過血腦屏障(BBB)后，與APC呈遞的靶抗原結(jié)合后引起炎癥反應(yīng)，直接或通過損傷OLs而間接造成髓鞘損傷[13]。

2.3 阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)

AD是一種進行性認知功能減退為主要特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。AD除了神經(jīng)炎性斑和神經(jīng)原纖維纏結(jié)外，還具有多種病理改變，其中髓鞘損傷與AD的發(fā)生關(guān)系密切[14]。各個時期的AD中均存在明顯的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷。白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷主要包括髓鞘和軸突密度降低、少突膠質(zhì)細胞丟失等，其中髓鞘損傷尤為明顯。AD中OLs過早功能失調(diào)可能是髓鞘損傷的主要原因。

3 少突膠質(zhì)細胞病變的治療

髓鞘慢性脫失會導(dǎo)致神經(jīng)的退行性變，最終導(dǎo)致永久、嚴重的神經(jīng)功能喪失，理論上盡快恢復(fù)髓鞘是治療脫髓鞘疾病的最佳途徑，但效果難以令人滿意。因此脫髓鞘疾病的治療，從基礎(chǔ)研究角度來看，髓鞘修復(fù)大體分為體外補充和體內(nèi)誘導(dǎo)。體外補充是通過體外細胞移植；體內(nèi)誘導(dǎo)則是通過外源性因素誘導(dǎo)激發(fā)內(nèi)源性生長。

3.1 體外補充OPCs

OLs細胞不再具有增殖、遷移能力，并不適合體外移植。1996年Targett[15]等人將人類CNS提取的OLs植入鼠腦內(nèi)脫髓鞘部位，結(jié)果顯示移植的細胞不能產(chǎn)生髓鞘，后來人們就將更多的關(guān)注集中在OPCs的移植上。大量基礎(chǔ)實驗發(fā)現(xiàn)不論是髓鞘形成障礙還是髓鞘形成后發(fā)生的髓鞘破壞型脫髓鞘疾病，都可以通過體外OPCs移植來實現(xiàn)髓鞘的恢復(fù)，改善患者的癥狀。Shiverer鼠是臨床常用的一種脫髓鞘的動物模型，剔除了小鼠的髓鞘堿性蛋白(myelinbasic protein，MBP)基因，小鼠髓鞘缺失預(yù)期壽命僅為20～22周。目前，多能干細胞的神經(jīng)誘導(dǎo)已經(jīng)相對成熟和穩(wěn)定，Chambers[16]等人發(fā)現(xiàn)可以通過雙重抑制BMP和TGFβ信號通路可以在7d左右將hESCs穩(wěn)定分化為神經(jīng)上皮細胞，而進一步誘導(dǎo)神經(jīng)上皮細胞向OPCs分化仍然需要進一步的實驗探索。目前有很多實驗室嘗試通過改進培養(yǎng)方法縮短從hESCs或iPSCs到OPCs的分化時間，提高分化效率。

3.2 體內(nèi)誘導(dǎo)OPCs

3.2.1 誘導(dǎo)機制

通過在體調(diào)節(jié)OLs相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、分子、膜受體等靶點，或通過特定的手段來調(diào)控機體的OPCs，促進內(nèi)源性髓鞘再生成為另一條重要的治療CNS脫髓鞘疾病的方向和思路。Brinkmann[17]等人發(fā)現(xiàn)NRG1-ErbB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)參與CNS髓鞘的形成，通過基因工程過度表達Ⅰ型和Ⅲ 型NRG1 之后，髓鞘形成顯著。在2013年張壯等人發(fā)現(xiàn)GPRl7對OPCs早期分化起正向調(diào)節(jié)作用，對OLs后期發(fā)育及成熟呈負向調(diào)節(jié)作用。因此GPRl7可能是脫髓鞘性疾病治療的潛在靶點[18]。

3.2.2 中藥誘導(dǎo)

大量研究結(jié)果表明，中醫(yī)藥能促進神經(jīng)損傷后神經(jīng)元再生。劉楊[19]等人的實驗顯示大鼠脊髓損傷(spinal cordinjury，SCI) 后給予丹參注射液治療，不僅可以有效促進脊髓神經(jīng)功能的恢復(fù)，而且會引起大量神經(jīng)膠質(zhì)細胞的增生，這主要和升高磷脂酰肌醇3-激酶( PI3K) /蛋白激酶B ( Akt) /mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性有關(guān)。張力[20]等人研究發(fā)現(xiàn)黃芪可促進神經(jīng)干細胞增殖及定向分化，從中提取的單體或有效成分對中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生與修復(fù)具有保護作用，形成功能性神經(jīng)元。人參皂苷Rg1和Rb1能顯著提高SVZ和NSCs存活率，增加STAT3表達，對NSC及神經(jīng)元均有不同程度的保護作用[21]。鄭衍芳[22]等人發(fā)現(xiàn)冬蟲夏草中含有多種氨基酸，參與NPCs的分化調(diào)節(jié)，還可以和各種生長因子結(jié)合，促進NSCs增殖及分化。張一帆[23]通過研究發(fā)現(xiàn)，從淫羊藿中提取出的有效單體成分淫羊藿苷可以增加神經(jīng)生長因子在額葉皮層神經(jīng)元中的表達，促進髓鞘再生及軸突修復(fù)，可作為治療神經(jīng)退行性疾病的潛在藥物。樓小亮[24]等人發(fā)現(xiàn)養(yǎng)血清腦顆粒(主要成分川芎、當(dāng)歸、細辛、熟地等)在NPCs的增殖期，能夠促進nestin的表達，從而促進神經(jīng)再生。楊娜[25]等人通過大鼠局灶性腦缺血再灌注實驗發(fā)現(xiàn)三七總皂苷可通過上調(diào)Bcl-2、Nestin、BDNF、EGF蛋白的表達，同時抑制凋亡基因的表達，從而促進NPCs增殖分化?？傊?，大量基礎(chǔ)實驗發(fā)現(xiàn)中藥對神經(jīng)再生有促進作用，為神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的治療提供治療新方法。

4 小結(jié)

髓鞘是保證CNS結(jié)構(gòu)及功能完整的重要結(jié)構(gòu)，OLs是CNS唯一的成髓鞘神經(jīng)膠質(zhì)細胞。通過OPCs移植或體內(nèi)誘導(dǎo)治療脫髓鞘疾病也成為了可能，大量研究數(shù)據(jù)表明中藥可以調(diào)控與神經(jīng)再生修復(fù)相關(guān)的內(nèi)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進軸突的再生與修復(fù)，同時促進OLs分化及髓鞘的形成。但是相關(guān)研究近幾年卻很少，中醫(yī)藥對于神經(jīng)再生的促進十分值得去探討，相信在不久的將來隨著研究的深入，中西醫(yī)結(jié)合修復(fù)將為髓鞘病變的治療提供更多可靠的方法。