Notch和Wnt通路對腦缺血后神經干細胞作用的研究進展

蘇明珠，馬躍文

中國醫科大學附屬第一醫院康復醫學科，遼寧沈陽市 110000

腦梗死是腦血管病最常見的類型，有較高的發病率、死亡率和致殘率[1]。腦缺血后一些病理生理過程，如興奮性氨基酸毒性、炎癥和凋亡等，在引起腦缺血后組織損傷的同時，也會在一定范圍內激活體內保護機制，促進神經干細胞(neural stem cells,NSCs)增殖。NSCs 主要通過兩種途徑修復神經系統：①重建損傷組織結構，如神經網絡，恢復組織的完整性；②分泌各種營養因子、生長因子等，促進神經再生[2]。受局部環境的影響，NSCs存活數量有限，無法很好修復損傷腦組織。

Notch 是一類進化上高度保守的跨膜受體蛋白家族，主要調節細胞分化和組織發育。Notch 信號通路無論在胚胎發育階段還是成體，均對NSCs 的維持和分化起到重要作用[3‐4]。Wnt信號通路根據β‐catenin是否參與信號傳導，分為經典和非經典兩類。非經典Wnt通路主要參與細胞骨架的重排和對運動功能的調節。經典Wnt/β‐catenin 通路被激活后，促使β‐catenin 入核，調節核內靶基因表達，調控機體的生長、發育和代謝平衡等過程。Wnt/β‐catenin 通路廣泛分布于腦內，在中樞神經系統發育與成熟的過程中也起著重要作用[5]。Notch和Wnt信號通路在腦缺血后NSCs的增殖分化過程中也扮演重要角色。

1 Notch信號通路

Notch信號通路由Notch受體、Notch配體(統稱DSL蛋白)、胞內效應分子(統稱CSL‐DNA 結合蛋白)等組成。Notch 受體大多為單次跨膜蛋白，由胞外區(Notch extracellular domain,NECD)、跨膜區(transmembrane domain,TM)以及胞內區(notch intracellular domain,NICD)三個結構域組成。相鄰細胞的Notch配體與受體結合，在γ 分泌酶復合體的催化下Notch 受體的跨膜區發生蛋白裂解，NICD 從細胞膜內側釋放。NICD 釋放后，進入細胞核，與CSL家族轉錄因子復合體結合，募集核轉錄激活蛋白家族mastermind‐like 蛋白(MAML)，形成NICD‐CSL‐MAML 復合物，作用于堿性螺旋‐環‐螺旋(basic/helix‐loop‐he‐lix,bHLH)轉錄抑制因子家族的靶基因，如Hes1、Hes5、Hes7和Hey1、Hey2等，發揮生物學作用[6]。

Notch 信號通路調節通過一些因子影響NSCs 周期[7‐8]，增強NSCs 的增殖能力[9]，使NSCs 向神經細胞的分化維持于特定的平衡狀態[10‐11]。Notch 信號通路在哺乳動物中有4 個同源受體，分別為Notch1～Notch4；Notch 配體有Dill、Jagged1 等；腦缺血后，Notch1 和其配體Jagged1 在NSCs 的增殖與分化過程中作用更為明顯[12‐14]。Liu等[15]發現，激活Notch1信號通路能誘導NSCs 表現出更大的分化潛能，修復缺血后神經元損傷。Liu 等[9]發現，缺血性腦卒中小鼠MicroRNA(miRNA)‐137 通過Notch‐Jagged1‐Hey2 途徑促進NSCs 的增殖分化，從而改善神經功能。NICD 是Notch 信號通路的胞內活化因子。大鼠腦缺血后，室管膜下區(subventricular zone,SVZ)NICD 水平明顯升高，可促進NSCs 增殖和遷移[16]。Hes1 是Notch1 信號通路下游的一個關鍵基因，在維持NSCs 未分化狀態中有重要作用[17]。腦缺血后，Hesl 受上游信號和細胞因子的共同調控，影響NSCs 增殖和分化，發揮修復作用。Zhao 等[13]發現，電針能上調Notch1和Hes1的表達，促進海馬區NSCs的增殖和向神經元分化，改善腦卒中大鼠的神經功能。

2 Wnt信號通路

Wnt 信號網絡包括Wnt 配體、跨膜受體卷曲蛋白(frizzled,Frz)和低密度脂蛋白受體相關蛋白(lowdensitylipoproteinrecep‐tor‐relatedprotein,LRP)，以及4 個途徑：Wnt/β‐catenin、Wnt/Ca2+、Wnt/pcp 及調節紡錘體定向和不對稱細胞分裂通路。Wnt/β‐catenin 是經典的Wnt 信號傳導途徑，β‐catenin 是Wnt 信號通路的核心分子，Wnt/β‐catenin 通路被激活后，阻斷β‐catenin 被糖原合成酶激酶3β 磷酸化，使β‐catenin 在胞質內大量聚集并進入細胞核，破壞淋巴增強因子(1ymphoidenchancer factor,LEF)/T 細胞因子(T cell factor,TCF)家族與Groucho、環磷腺苷效應元件結合蛋白結合蛋白(cAMP‐response element binding protein‐binding protein,CBP)抑制蛋白形成的復合物，并與LEF/TCF家族的轉錄因子結合，激活轉錄因子，最終活化下游靶基因表達，從而調控細胞的增殖、分化、凋亡、遷徙等過程[18‐20]。

Wnt 信號通路在胚胎期神經發育過程中對NSCs 的調控起著關鍵作用。Lee 等[21]從胚胎期小鼠大腦半球檢出Wnt1、Wnt3a 等，發現這些蛋白在神經發生中起重要作用。其機制與增加S期細胞數量、縮短G1和/或G2期時間，以及抑制細胞由G1 期過渡到G0 期有關[22]。在成體和腦缺血大鼠海馬齒狀回顆粒下層(subgranular zone,SGZ)和SVZ 也發現Wnt配體和Wnt受體參與NSCs的增殖和分化[23‐24]。

Wnt1 和Wnt3a 是Wnt 信號通路中的兩個配體，也是Wnt信號通路重要的激活劑。Wnt3a 在胚胎發育期不僅激活Wnt 信號通路，還促進NSCs 增殖[25]。Wnt3a/β‐catenin 對腦缺血后NSCs 也有積極影響。Kang 等[26]發現，沖擊波治療通過Wnt3a/β‐catenin信號通路，使腦缺血大鼠神經元特異性烯醇化酶(neu‐ron‐specific enolase,NSE)和nestin 表達升高，促進腦缺血后NSCs 的增殖與分化。Wei 等[27]發現，小鼠局限性腦缺血后1 h起每天經鼻吸入Wnt3a，7 d后，腦源性神經營養因子(brain‐de‐rived neurotrophic factor,BDNF)表達明顯上升，促進SVZ 中NSCs的增殖和遷徙。

Wnt1 是調控細胞生長和增殖的關鍵分泌信號分子。邢雪松等[28]發現，大鼠腦缺血再灌注后，Wntl 時間依賴性表達與NSCs 的增殖過程一致。Wang 等[29]發現，miRNA‐148/152 家族中的miRNA‐148b 能通過Wnt1/β‐catenin 通路調節腦缺血大鼠NSCs 的增殖與分化。Chen 等[30]發現，電針通過上調Wnt1/β‐catenin 的表達，抑制糖原合成酶激酶‐3 (glycogen synthase ki‐nase‐3,GSK3)的表達，增強腦缺血大鼠皮質NSCs增殖。

3 Notch信號通路和Wnt信號通路的串并

Notch 信號通路和Wnt 信號通路的交互作用最初在共同調節果蠅羽翼發育中被發現。隨著胚胎、個體發育、干細胞增殖分化的深入研究，人們認識到Wnt 信號通路和Notch 信號通路并不是孤立存在的，而是處于一個精密復雜的信號網絡中[31‐32]。

Wnt和Notch信號通路的串并(crosstalk)主要通過3個途徑。①轉錄靶點的協同作用。Notch 的胞內結構域與β‐catenin 的蛋白復合物存在于動脈基因RBP‐J結合位點上，協同增強成人體內血管生成過程中靶基因的啟動子活性和動脈基因表達[33]。Jin等[34]發現，β‐catenin 能夠調節Notch1 和NICD 的表達水平和轉錄活性。②一條通路影響另一條通路配體的表達，產生有序的信號。在小鼠耳聽板發育過程中，Wnt 信號通路能調節Notch配體Jagged1[35]。在脊椎動物體節發育過程中，Wnt通路核內轉錄因子LEF1能調節Notch配體Dll1[36]。③通路中分子的直接作用。如非洲爪蟾腹側‐后部發育過程中，DSL(Wnt 受體復合物的成分)與成熟Notch 受體的結合觸發一系列蛋白裂解，導致Notch 細胞內結構域釋放[37]。作為兩條通路的橋梁分子還有Hes‐1、GSK3β等[38‐40]。

Notch 信號通路和Wnt 信號通路在干細胞調節中也相互作用，彼此影響。在不同組織中，它們之間相互影響的方式不同。在心臟干細胞，Notch1 拮抗Wnt/β‐catenin 信號通路的作用[41]；在牙髓干細胞，Notch1 與Wnt3a 間存在協同作用[42]。在神經系統發育過程中，Wnt 和Notch 信號通路也存在一定的聯系[43]。Song等[44]發現，Notch信號通路能增強Lgr5(Wnt信號通路激動受體)的表達，提高脊髓運動神經元細胞含量。Mu?mann 等[45]發現，Wnt3a 能誘導Hes1 轉錄因子上調。Bizen等[12]發現，β‐catenin 可通過上調Notch 信號通路的表達，抑制NSCs 分化。Singh 等[46]發現，連接Notch 信號通路和Wnt 信號通路的橋梁分子GSK‐3β 影響SVZ 中NSCs 的增殖、遷徙和分化。

4 展望

自NSCs被發現以來，NSCs作為腦缺血后神經功能障礙的治療方法，成為研究的重點和熱點。如何有效促進NSCs 增殖并向神經元定向分化，卻一直沒能很好解決。Notch 和Wnt 信號通路在缺血性腦卒中后NSCs 的增殖、遷移和分化過程發揮著重要作用。恰當調控兩條信號通路以及它們之間的串聯，促進腦缺血后NSCs 的增殖和分化，對腦梗死后神經系統的修復和重建有重要意義。