神經元特異性烯醇化酶在急性脊髓損傷中的研究進展

吳曉穎 華瑋 浦清 居培紅 吳學杰 石斌

烯醇化酶在星形膠質細胞和少突膠質細胞（oligodendroglia，OLG）中表達，并對神經膠質、神經元和小神經膠質細胞產生自分泌和旁分泌作用，與組織細胞缺氧和局部缺血相關[1]。根據不同的誘導信號表達，它可以差異性的聚集于細胞表面，引起損傷、感染、移植和自身免疫應答等多種病理變化[2]。有研究發現，腦脊液中的γ-烯醇化酶或神經元特異性烯醇化酶（neuron specific enolase，NSE）水平高低可以作為預測脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）嚴重程度的生物標志物[3]。NSE異常表達，能刺激促炎性細胞因子的釋放，誘導神經元細胞凋亡，具有調節SCI后繼發性損傷中各種細胞事件的潛力。研究還發現，腦脊液和外周血中NSE水平的升高與腦損傷的嚴重程度相關[4]。

SCI患者通常具有不可逆的神經功能缺失和肢體功能障礙，是一種目前尚無有效方法治愈的中樞神經系統（central nervous system，CNS）疾病，分為原發性和繼發性損傷。繼發性損傷是神經元和神經膠質細胞受到破壞，受損細胞在炎性信號的刺激下釋放促炎因子，誘導神經元和OLG凋亡，加重損傷及功能喪失[5]，而這個過程可能是可逆的。因此，在多個時間點抑制烯醇化酶表達可能會減輕SCI后的神經損傷。筆者對目前有關多功能烯醇化酶在神經損傷中的作用作一綜述，報道如下。

1 NSE在神經元和神經膠質細胞中的作用

NSE是烯醇化酶的神經元形式，主要存在于成熟的神經元和神經內分泌細胞中[6]。它在體液中的生物學半衰期約為24 h，通過激活PI3K/AKt通路來調節神經元的生長、分化、存活甚至再生。有研究表明，NSE表達在完全成熟的OLG中是被抑制的，但在培養的OLG中能檢測到NSE表達，并在OLG前體分化為成熟OLG的過程中升高[7]。NSE發生形態學變化時，在神經膠質瘤和反應性神經膠質細胞中能檢測到。其在星形膠質細胞中也有表達，但水平低于神經元和OLG[8]。NSE在神經膠質細胞和神經元細胞表面過表達，與神經細胞炎癥的發生相關。細胞表面烯醇化酶可以通過組織相容性復合物-Ⅰ（MHC-Ⅰ）和MHC-Ⅱ表達上調來誘導脊髓小膠質細胞活化[9]，刺激急性SCI后炎癥反應，進一步加重損傷。有研究表明，烯醇化酶過表達會增強B細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞介導MHC-Ⅱ類的抗原表達，還會激活CD4+T細胞[10]。也有研究發現，與神經元損傷的相關性疾病中，患者腦脊液和血清中能檢測到NSE異常表達[11]。因此，NSE過表達被認為是神經元損傷的重要標志物。

2 NSE在神經炎癥中的作用

NSE是78kDaγ-同型二聚體，誘導促進纖溶酶原聚集于細胞表面并活化，降解細胞外基質（extracellular matrix，ECM）及纖連蛋白，激活基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），促進神經膠質細胞的增殖以及腫瘤細胞的侵襲和轉移[12]。有研究表明，MMP有助于產生和維持促炎微環境，從而上調NSE并促進ECM降解，加重神經細胞缺血性病理性改變[13]。靶向NSE可以限制ECM和MMP介導的損傷。因此，可以從抑制NSE方面來設計針對ECM降解和抑制進行性神經炎癥的治療方法。NSE與CNS中許多不同細胞核、細胞質或膜分子的相互作用促進了NSE與S100B之間協同作用，誘導炎癥反應的發生，引起神經元損傷。據報道，S100B主要由星形膠質細胞在CNS中表達和分泌，常在各種病理損傷中檢測到，部分病理損傷中同時也檢測到NSE異常表達[14]。此外，SCI患者血清中也能檢測到NSE和S100B的過表達[3]。S100B過表達會誘導小膠質細胞和星形膠質細胞的活化及神經細胞凋亡，加重神經炎癥并可能導致長期神經功能障礙。因此，進一步研究NSE調控是否影響S100B，對于保護神經元抗凋亡可能會有臨床意義。

3 NSE在CNS其他急性損傷中的作用

NSE被認為是神經元損傷的特征性標志物。在重型繼發性腦損傷的CNS疾病患者中，NSE異常表達。有研究發現，缺血性腦損傷患者的血清NSE過表達，可以作為衡量患者預后的一個重要參數[15]。因此，NSE作為缺血性腦損傷的已知標志物，可用于評估創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）、腦卒中和心臟驟停后缺氧性腦病[15-16]。有研究發現，重度TBI患兒的腦脊液樣本中NSE水平明顯升高[17]。另外，通過對66例足月窒息新生兒的研究表明，在缺血性腦損傷開始時NSE水平相對較低，6 h內檢測發現水平低，但在24～48 h后檢測NSE可能有意義[18]。另一項研究發現，NSE水平升高可以更早被發現，該研究通過測定60例心肺復蘇患者在12～36 h之間的血清NSE水平，NSE水平越高，預后越差，可以作為預測心肺復蘇預后的一個重要指標[19]。同樣，血清NSE水平在急性腦出血（intracerebral hemorrhage,ICH）患者中也很重要，因其與出血量和受傷情況密切相關。一項研究分析了80例ICH患者NSE水平，發現這些患者中NSE水平明顯升高，提示血清NSE異常表達可能導致ICH預后較差[20]。有研究通過測定60例蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）患者的NSE水平，發現NSE水平升高[21]，這表明NSE有望作為篩查SAH患者的一項指標。

4 NSE在SCI中的作用

SCI是一種破壞性、進行性、復雜性且不斷發展的分子級聯反應，其神經損傷引發功能障礙的機制尚未闡明。有研究發現，在膠質細胞分化和增殖過程中NSE異常表達可能與細胞損傷相關[22]。活化和分化的小膠質細胞可能釋放各種炎性因子，繼而調控SCI后繼發性神經元損傷和再生。NSE介導的降解途徑活化以及后續的炎性細胞因子、趨化因子和其他炎性介質的釋放可能引發軸突損傷[12，23-24]。在SCI中檢測到NSE水平異常可能與灰質的神經元細胞凋亡有關。NSE異常表達和活性的增加可能影響代謝變化，這種變化發生在遠離受傷脊髓中心的區域。SCI的繼發性損傷特征是神經元和神經膠質細胞的破壞，從而導致損傷擴大和功能喪失[25]。因此，可以研究促進或預防神經元炎癥和細胞凋亡的機制，以尋找預防和治療SCI的新途徑。

針對不同損傷機制引起SCI繼發性損傷的神經保護用藥，臨床驗證效果不一[26]，且尚無FDA批準的可用于治療SCI的藥物。有研究報道，雌激素是治療SCI和TBI的重要神經保護劑[27]。因此，可以研究SCI的病理生理學機制發生，特別是針對新型神經保護藥和神經退行性藥的多模式療法。另有研究測定SCI大鼠模型中NSE表達水平發現，SCI后NSE表達上調，可激活多種不同的炎癥通路，導致宿主長期繼發性損傷；通過測定SCI假手術和受損切片中神經元、星形膠質細胞和小膠質細胞的NSE水平，證實了SCI后NSE表達的變化[12]。研究還發現，與假手術脊髓相比，損傷后星形膠質細胞和小膠質細胞的NSE水平顯著增加，但神經元中并未升高，這表明NSE水平的差異可能會導致損傷后的不同病理變化[12]。NSE是金屬酶，并且可以充當纖溶酶原受體，因此神經膠質細胞中NSE表達可以通過裂解pro-MMP啟動MMP激活級聯反應[28]。NSE對免疫細胞應答以及神經元和膠質細胞的下調可能是抑制脊髓損傷繼發性神經炎癥的新途徑。

5 SCI后NSE的調控

越來越多的證據表明免疫細胞在SCI病理和修復的過程中有重要作用。多核型白細胞、巨噬細胞/小膠質細胞、B細胞和T細胞的浸潤會促進SCI的預后不良[29]，其中NSE水平升高可能在炎癥過程中起關鍵作用[9]。神經元細胞中的線粒體代謝缺陷可能產生活性氧（reactive oxygen species，ROS），從而誘導神經元損傷。抗氧化劑可以減少ROS的破壞作用、氧化應激以及腦膠質細胞增殖的程度[12]。活化的神經膠質細胞分布以及NSE的表達和活性對于降低腦損傷和改善功能有重要作用。有研究顯示，抑制NSE表達可降低炎性趨化因子/細胞因子反應，抑制MMP-9活化，減輕SCI后的神經膠質細胞增生[12，28]。另外NSE通過激活PI3K/Akt和MAPK/ERK信號通路來調控神經元的存活、分化和神經突再生[23]。而半胱氨酸蛋白酶組織蛋白酶X調控該通路活動，該酶裂解該分子的C末端并削弱其活性[24]。NSE激活PI3K路徑調控RhoA/Rho激酶通路，影響肌動蛋白的細胞骨架重組，神經突增生的誘導以及神經元細胞的生長停滯，從而促進炎癥和神經元凋亡[23]。在這種情況下，抑制RhoA可能導致NSE誘導的神經突增生，因此通過抑制NSE表達及損傷組織的活性可能是有益的。

SCI后星形膠質細胞和小膠質細胞中NSE過度表達[12]，激活炎性細胞因子和趨化因子，誘導軸突損傷和神經元凋亡。有研究通過測定并比較48例SCI患者入院后48 h和7 d內血清NSE水平，發現SCI患者受傷后24、48 h的NSE水平明顯高于對照組，NSE可能與創傷性SCI的嚴重程度相關[30]。因此，NSE也被認為是SCI的潛在生物標志物和（或）治療靶標[2]。有研究在大鼠模型中發現神經細胞損傷與泛素蛋白酶體（Ubiquitin protease pathway,UPP）通路的抑制和胱天蛋白酶3（caspase-3）的刺激相關。15-脫氧-前列腺素J2（15d-PGJ2）通過UPP和PI3K-Akt途徑的失活以及caspase級聯的活化來誘導神經元凋亡。近年來，NSE已被確定為15d-PGJ2的膜靶之一。15d-PGJ2通過激活caspase-3和使UPP失活誘導神經元凋亡，而抗NSE抗體使caspase-3失活，激活UPP，并導致神經元細胞死亡[31]。NSE在SCI的動物模型中也會異常表達，LI等[32]通過大鼠模型研究表明，與對照組相比，SCI后6 h的血清NSE水平顯著增加，且在受傷后24 h達到最高值。通過烯醇化酶抑制劑ENOblock在雄性SD大鼠SCI模型中的作用研究發現[12]，在受傷組織中NSE和MMP-9水平明顯升高，而ENOblock治療顯著降低了SCI組織中NSE和MMP-9蛋白表達。這些研究結果支持該假說，即SCI后神經膠質細胞的激活可能促進炎癥級聯反應，該反應可通過調控烯醇化酶和（或）NSE表達來調節。

來自經ENOblock治療的動物脊髓組織的免疫組織化學分析表明，烯醇化酶抑制可減輕急性SCI后的炎癥事件，有利于神經保護[33]。但ENOblock只在臨床前異種移植模型中進行了測試。迄今，尚未對該藥物進行臨床試驗。有研究通過干細胞移植改善SCI后損傷，作為SCI后出現的一種病理，脊髓的缺血環境是由血管的破壞引起的。這種缺血性疾病持續數天至數周。移植到缺血環境中的干細胞存活率通常會迅速下降。為了保護移植的干細胞和降低SCI，有研究通過小鼠模型設計了一種基于神經干細胞（neural stem cell，NSC）的聯合治療策略，該NSC是通過NSE啟動子控制的神經元細胞類型誘導型轉基因表達系統引入的，最大化治療SCI損傷[34]。有研究證明了神經元細胞類型可誘導的基因表達系統適合將NSC引入聯合治療策略。該策略可能是治療包括SCI在內的神經損傷性疾病的有效方法[35]。此外通過研究miRNA-153（miR-153）對HT-22細胞神經分化的影響中發現，miR-153調控了神經元特異性基因的表達，在轉錄和蛋白質水平上增加了NSE的表達，促進神經分化并保護神經細胞[35]。因此，miR-153可能是治療某些神經損傷性疾病如SCI的潛在靶標。

6 小結

NSE可能成為不同CNS疾病的重要標志物，在評價CNS損傷程度及預后評估方面有較好的臨床應用前景。因此，使用烯醇化酶抑制劑可能是降低SCI后神經損傷程度及改善預后的重要治療策略。