少突膠質細胞及其相關疾病的研究進展

周婷婷，姜亞軍

(1.南京中醫藥大學，江蘇 南京；2.江蘇省中醫院，江蘇 南京）

0 引言

中 樞 神 經 系 統(central nerve sytem，CNS)主要由神經元和神經膠質細胞組成。少突膠質細胞(oligodendrocytes， OLs)是中樞神經系統中唯一的成髓鞘細胞，包繞神經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運體，同時OLs還分泌各種神經營養因子。少突膠質細胞與異染性白質腦病(MLD)、多發性硬化(MS)、阿爾茲海默癥(AD)等疾病密切相關。因此，了解少突膠質細胞的發育、增殖、分化、信號傳導及生物學功能，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損傷后修復措施具有重大指導意義。

1 少突膠質細胞的生物學特征

1.1 少突膠質細胞的分布和來源

OLs布于中樞神經系統灰質區、白質的神經纖維束之間以及血管周圍等區域，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。從組織發生學看，OLs起源于胚胎神經管的神經上皮細胞，是由少突膠質前體細胞(oligodendrocyteprecursor cells，OPCs)經過增殖、遷移、分化而形成。從神經干分化為OLs要經歷復雜的細胞變化(圖1)，少突膠質祖細胞(oligodendrocyte preprogenitors，OLP)原又稱為前少突膠質-2型星形細胞前體細胞即(O-2A)祖細胞，由神經干細胞發育而來，有很強增殖能力和遷移能力[1]。

1.2 OLs發育過程中的轉錄因子及信號通路

1.2.1 轉錄因子

OLs發育過程受一系列轉錄因子調控，轉錄因子對OLs 的發育分化及髓鞘再生修復的調節有著非常重要的作用。Olig屬于堿性螺旋-環-螺旋(bHLH)類轉錄因子，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。研究發現Olig2的147位絲氨酸殘基磷酸化可促進運動神經元形成，該位點的去磷酸化可促進離體神經干細胞增殖，并促使NPCs更多地向OPCs發育[2]。目前認為Olig2調控了Smarca4/Brgl的染色質重塑復合物的功能特異性和活性，以及轉錄相關染色質的修飾。這對于精確地啟動和建立轉錄程序，促進OLs的分化和隨后的髓鞘形成至關重要[3]。Olig2的另一個直接作用靶基因是轉錄因子Sipl，Sipl能夠與Id2、Id4和Hes5的啟動子區域結合，拮抗P300/SMAD復合物，同時Sipl誘導Smad7的產生。 Sipl還可通過抑制BMP信號通路的效應分子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發育過程中存在正性協同作用因子，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，大量臨床實驗還發現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發育過程還受一系列信號通路的調控如Notch 通路、Wnt 通路、Sonic Hedgehog( Shh) 通路等。Notch信號通路由Notch受體、Notch配體、細胞內效應器分子三部分組成，OPCs能與Notch受體結合，激活下游信號傳導，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，從而來促進OLs的成熟，適合運用于損傷后的修復[6]。研究表明，經典的Wnt信號通路在髓鞘形成過程中發揮雙重的作用。當OPC無法生成時，Wnt/β-catenin信號通路激活抑制神經祖細胞向0PC發育。當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不同的區域，與CNS的生長發育有密切的關系，OLs特化表達均有Shh參與，Shh信號通路可誘導OPCs增殖、存活及分化[8]。

圖1

1.3 少突膠質細胞的功能

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、髓磷脂相關糖蛋白、髓鞘少突膠質細胞糖蛋白、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構完整性[9]。

1.3.2 營養支持神經元

OLs可以分泌神經營養因子，促進神經元和膠質的存活，并保障神經元功能發揮。Wilkins, Majed[10]等人的研究還發現來自OLs的條件培養基(CM)可激活神經元MAPK/Erk途徑，從而使神經元軸突的長度增加。相關阻斷試驗也得出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細胞生長。

1.3.3 調節神經元生長

OLs可以表達抑制性蛋白，已分化的OLs通過接觸抑制，阻止神經纖維過度生長。星形膠質細胞和OLs均能產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 可能通過與神經元上的一個共同受體Nogo66受體(NgR)結合并傳導信號級聯反應，抑制神經元軸突的生長。CNS損傷后OPCs迅速聚集在受損傷的部位, OPCs產生多種具有抑制性作用的蛋白，抑制了神經的再生。

2 少突膠質細胞相關病變

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

2.1 異染性腦白質營養不良(metachromatic leukodystrophy， MLD)

MLD是一種常染色體隱性遺傳性的神經鞘脂沉積病，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，導致芳基硫酸酯酶A不足，不能催化溶酶體內硫腦苷脂水解而在體內沉積，引起少突膠質細胞功能障礙、硫酸腦苷脂的聚集、髓鞘脫失和進行性神經退行性變等一系列的中樞神經系統脫髓鞘疾病。

2.2 多發性硬化(multiple sclerosis，MS)

MS的發病機制主要為明顯髓鞘脫失、炎性細胞浸潤、膠質細胞增生及軸索損傷。部分患者可以同時累及周圍神經系統，在脊神經根主要發生脫髓鞘改變，在遠端軸突可繼發軸索損害。MS 是Th1 細胞介導的自身免疫病。免疫發病環節包括：抗原、抗原遞呈細胞、介導脫髓鞘病變的主要細胞及其效應[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, 破壞髓鞘的結構。激活的T細胞通過血腦屏障(BBB)后，與APC呈遞的靶抗原結合后引起炎癥反應，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系統退行性疾病。AD除了神經炎性斑和神經原纖維纏結外，還具有多種病理改變，其中髓鞘損傷與AD的發生關系密切[14]。各個時期的AD中均存在明顯的白質微結構損傷。白質微結構損傷主要包括髓鞘和軸突密度降低、少突膠質細胞丟失等，其中髓鞘損傷尤為明顯。AD中OLs過早功能失調可能是髓鞘損傷的主要原因。

3 少突膠質細胞病變的治療

髓鞘慢性脫失會導致神經的退行性變，最終導致永久、嚴重的神經功能喪失，理論上盡快恢復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，從基礎研究角度來看，髓鞘修復大體分為體外補充和體內誘導。體外補充是通過體外細胞移植；體內誘導則是通過外源性因素誘導激發內源性生長。

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植入鼠腦內脫髓鞘部位，結果顯示移植的細胞不能產生髓鞘，后來人們就將更多的關注集中在OPCs的移植上。大量基礎實驗發現不論是髓鞘形成障礙還是髓鞘形成后發生的髓鞘破壞型脫髓鞘疾病，都可以通過體外OPCs移植來實現髓鞘的恢復，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，小鼠髓鞘缺失預期壽命僅為20～22周。目前，多能干細胞的神經誘導已經相對成熟和穩定，Chambers[16]等人發現可以通過雙重抑制BMP和TGFβ信號通路可以在7d左右將hESCs穩定分化為神經上皮細胞，而進一步誘導神經上皮細胞向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 體內誘導OPCs

3.2.1 誘導機制

通過在體調節OLs相關轉錄因子、分子、膜受體等靶點，或通過特定的手段來調控機體的OPCs，促進內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]等人發現NRG1-ErbB信號轉導系統參與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年張壯等人發現GPRl7對OPCs早期分化起正向調節作用，對OLs后期發育及成熟呈負向調節作用。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

大量研究結果表明，中醫藥能促進神經損傷后神經元再生。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功能的恢復，而且會引起大量神經膠質細胞的增生，這主要和升高磷脂酰肌醇3-激酶( PI3K) /蛋白激酶B ( Akt) /mTOR信號轉導通路活性有關。張力[20]等人研究發現黃芪可促進神經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系統再生與修復具有保護作用，形成功能性神經元。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及神經元均有不同程度的保護作用[21]。鄭衍芳[22]等人發現冬蟲夏草中含有多種氨基酸，參與NPCs的分化調節，還可以和各種生長因子結合，促進NSCs增殖及分化。張一帆[23]通過研究發現，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生長因子在額葉皮層神經元中的表達，促進髓鞘再生及軸突修復，可作為治療神經退行性疾病的潛在藥物。樓小亮[24]等人發現養血清腦顆粒(主要成分川芎、當歸、細辛、熟地等)在NPCs的增殖期，能夠促進nestin的表達，從而促進神經再生。楊娜[25]等人通過大鼠局灶性腦缺血再灌注實驗發現三七總皂苷可通過上調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。總之，大量基礎實驗發現中藥對神經再生有促進作用，為神經系統損傷后的治療提供治療新方法。

4 小結

髓鞘是保證CNS結構及功能完整的重要結構，OLs是CNS唯一的成髓鞘神經膠質細胞。通過OPCs移植或體內誘導治療脫髓鞘疾病也成為了可能，大量研究數據表明中藥可以調控與神經再生修復相關的內源性神經營養因子，促進軸突的再生與修復，同時促進OLs分化及髓鞘的形成。但是相關研究近幾年卻很少，中醫藥對于神經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，中西醫結合修復將為髓鞘病變的治療提供更多可靠的方法。