膠質細胞源性神經營養因子在胃腸道疾病中的研究進展*

張瀟丹 許 英 梁國剛

大連醫科大學附屬第一醫院腹部急癥外科/大連醫科大學中西醫結合研究院(學院)(116011)

腸神經系統(enteric nervous system, ENS)是胃腸道功能和神經反射通路的主要調節器，可獨立于中樞神經系統控制腸道運動，協調黏膜的液體交換[1]、局部血流和運動模式[2]以及內分泌功能，并調控對感覺刺激作出反應的上皮細胞活動，參與腸-腦軸以及神經-上皮的相互作用，在腸道內穩態中起有核心作用[3]。腸神經膠質細胞(enteric glial cells, EGCs)是ENS重要的組成部分，在維持胃腸道功能方面發揮重要作用，積極參與腸道運動和上皮屏障功能的控制[4]，具有改變內臟感覺的潛力[5]，在腸神經、腸內分泌細胞、免疫細胞和上皮細胞之間形成了細胞與分子的相互銜接橋梁。同時在腸神經元的網絡成熟中扮演關鍵的細胞因子[6]，在ENS和胃腸功能的動態平衡調節中起非常重要的作用。膠質細胞源性神經營養因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)來源于EGCs，并發揮營養神經元、促進神經修復、調節炎癥因子等作用，在腸神經疾病、腹腔炎癥等胃腸道疾病中發揮重要作用。

近年研究主要集中于腸神經元及其功能特性，對EGCs的探討較少，其與星形膠質細胞具有相似性[7-8]。本文就近年EGCs中GDNF及其相關信號通路的研究進展與新思路作一總結，從而為今后EGCs中GDNF的研究提供綜合參考。

一、GDNF及其配體

GDNF來源于EGCs[9]，屬于GDNF家族配體(GFLs)[10]。最初由大鼠B49神經膠質細胞中分離而來，通過促進多巴胺攝取來提高原代培養中多巴胺能神經元的存活和差異[11]。在胚胎發育中可促進ENS的發育以及肌間神經元的存活和軸突生長，起到營養腸神經元的作用。內源性GDNF可促進神經元的作用[12]，也可在體內外被腸道炎癥和炎性細胞因子所調節。GDNF通過膠質因子受體α1(GFRα1)和Ret的協同受體系統來支持遷移的神經嵴細胞，使其定植于胚胎腸道，至出生時形成ENS，并調節腸道功能與運動，調節胃腸分泌和吸收[13]。GDNF在膠質細胞、神經元的發育和維持中起重要作用，對某些動物神經退行性疾病已顯示出積極的治療效果。有研究[14]表明中風后抑郁癥狀的嚴重程度與GDNF呈負相關。且GDNF蛋白可逆轉慢性輕度應激所致的抑郁樣行為，增加免疫反應神經元數量，為治療抑郁提供了一條有力途徑[15]。GDNF的合成和調控在許多疾病、衰老、運動和成癮中發生變化。其神經保護作用可用于治療神經退行性疾病。腦源性神經營養因子和GDNF可協同促進周圍神經修復[16]，保護神經節細胞并增加其存活，并對受損細胞具有終生保護作用[17]。

GFLs能促進體內多個神經元群體的存活，因此在神經變性引起的疾病治療方面具有較好的應用前景[18]。目前認為GFLs治療帕金森癥、神經性疼痛和視網膜變性引起的疾病，以及肌萎縮側索硬化癥和阿爾茨海默病具有一定的潛力。

二、GDNF相關信號通路

1. GDNF與PI3K/Akt信號通路：有研究指出，GFRα受體復合物中的Ret激酶和PI3K/Akt通路對GDNF的神經保護作用至關重要[19]。

持續的腹部按摩通過調節GDNF和PI3K/Akt信號通路可降低腸易激綜合征大鼠內臟超敏反應，進而改善腸易激綜合征癥狀[20]。在糖尿病腎病模型[21]和脂肪干細胞[22]中，通過抑制NF-κB信號通路產生GDNF，促進PI3K/Akt信號通路的激活，將小膠質細胞破壞性M1表型轉化為再生M2表型來抑制神經炎癥，從而減輕去傳入神經痛。Xu等[23]發現，人參皂苷Rg1誘導的星形膠質細胞活化通過PI3K/Akt信號通路增加GDNF表達，進而促進脊髓損傷后功能的恢復。電針足三里穴位高頻長時間刺激可誘導糖尿病大鼠丟失的腸神經元再生，說明GDNF和PI3K/Akt信號通路在電針誘導受損腸神經元的再生中起重要作用[24]。

2. GDNF與Akt/ERK通路：生理上，GDNF結合GFR1受體，激活跨膜Ret酪氨酸激酶，通過細胞內Akt/ERK通路傳遞信號。Ret受體起激動劑的作用，對表達Ret的細胞具有選擇性，在體內可起保護神經元免于死亡的作用[25]。結直腸癌中存在Ret融合，在動物和細胞模型中可促進腫瘤生長和遷移，并與結腸腺癌患者預后差、治療反應差和總生存率降低相關[26]。DNA甲基化異常在結腸癌進展中起有重要作用，結腸癌患者的預后與GDNF呈負相關且GFRA1通過激活Akt/ERK通路促進結腸癌細胞的增殖和生長[27]。Liang等[28]認為與結腸癌患者總生存期相關的甲基化調節的差異表達基因可能成為腫瘤診斷和治療的潛在靶點。

3. GDNF/Ret信號通路：GDNF/Ret信號對ENS的發育至關重要，NEDL2是GDNF/Ret信號的正調控因子，也可通過GDNF/Akt信號通路正向調節腸神經前體增殖。缺乏NEDL2的小鼠表現出腸神經元數量減少，進行性腸運動障礙和腸神經節細胞減少癥，在出生后2周內全部死亡[29]。NEDL2在無神經節段人結腸中的表達減少，參與了先天性巨結腸的病理生理過程[30]。在腸道神經元中，Kif26a蛋白編碼基因為GDNF/Ret信號通路的負調控因子，Kif26a缺陷型小鼠的ENS和腸功能具有遺傳背景依賴性異常[31]。

EGCs通過Ret受體產生GDNF以維持體外腸上皮屏障功能，并呈GDNF依賴性[32]。GDNF有利于表現為交感神經系統缺陷Ret基因突變小鼠交感神經元的存活和下游信號的傳遞[33]。GDNF具有神經保護作用，可通過激活Ret和HIF-1α來抑制程序性細胞死亡，從而維持ENS的生存和功能[34]。

4. GDNF與LncRNA相關通路：Zhong等[35]的研究首次發現結直腸癌中存在NEAT1/miR-196a-5p/GDNF調控通路，LncRNA NEAT1通過miR-196a-5p調節GDNF，促進結直腸癌細胞增殖和遷移，且GDNF可作為癌基因生物學標志物用于結直腸癌的診斷和預后。

5. GDNF與Hippo途徑：Hippo途徑已成為調節多種生物學功能的關鍵信號通路。Hippo途徑的失調與多種癌癥類型有關，研究發現大多數受體酪氨酸激酶(RTK)能調節Hippo信號的活性，Hippo效應子YAP/TAZ為通過PI3K或MAPK信號通路介導的RTK及其細胞外配體(Gas6、GDNF、FGF)誘導的致瘤表型(如細胞增殖、轉化)的中心介質，起有關鍵的信號作用[36]。但具體的機制有待進一步研究。

三、GDNF與腸道內穩態

腸道微生物區系-天然免疫軸是保證ENS結構和功能完整性的關鍵因素。腸道微生物區系組成的改變、Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)等先天免疫受體信號的紊亂，以及ENS神經化學編碼的改變與多種胃腸道疾病有關。TLR可解碼腸道微生物信號，形成一種神經營養因子的混合物，調節GDNF的產生，進而對神經元發揮支持作用，控制腸道系統的完整性來調節腸道炎癥[37-38]。不同類型的免疫和上皮細胞具有釋放GFLs和表達其受體的能力，從而參與炎癥后上皮屏障損傷的修復。GDNF以cAMP/PKA依賴的方式促進創傷愈合，通過p38MAPK信號失活促進未成熟腸細胞屏障成熟[39]。Hagbom等[40]發現GDNF可在輪狀病毒攻擊期間維持小鼠腸道上皮屏障致密性，不改變其通透性，起到保護腸屏障維持腸道內環境的作用。免疫細胞等釋放GFLs受體并表達其受體，參與炎癥后修復，其中部分機制涉及傳遞至ILC，產生細胞因子(如IL-22)，從而影響腸道微生物區系。此外，GFLs的失調可能會產生致癌效應[10]。由此可見，GDNF可作為維持腸道內環境穩定的治療靶點。

四、GDNF的臨床應用

1. GDNF與胃腸動力性疾?。篍GCs通過GDNF與神經元聯系緊密，而腸平滑肌增殖通過GDNF表達支持ENS，從而決定腸神經元的存活[41]。

在先天性巨結腸模型小鼠中，GDNF可延長存活時間，并誘導腸神經再生，改善結腸結構和功能。在先天性巨結腸的研究中GDNF可誘導Schwann細胞增殖和新的神經元形成[42]。定時GDNF基因治療可提高腹根撕脫傷大鼠運動神經元存活時間，并改善軸突生長、電生理恢復和肌肉再神經支配，同樣可促進損傷神經的遠距離再生[43]。GDNF作用于支配肌肉的神經元，在修復神經和神經移植方面可起重要作用。在憩室病中發現腸動力障礙的潛在標志物SNAP-25可被GDNF上調，而GDNF誘導的腸神經細胞生長和分化與SNAP-25表達增加和突觸小泡形成呈正相關[44]。

GDNF與腸神經元鏈接緊密，并參與腸神經疾病發生、發展中的各個進程，對腸神經疾病的進一步研究有助于提高對腸神經疾病的認知以及制定更多的治療方案。

2. GDNF與炎癥性胃腸道疾病：研究證實恢復EGCs功能是抑制炎癥的有效策略，而GDNF在其中發揮了重要作用。GDNF通過下調JNK1/Ret信號通路，減少細胞內鈣內流，進而減少肥大細胞脫顆粒和促炎細胞因子的表達，對實驗性結腸炎有明顯改善作用[45]。在結腸炎分離的腸平滑肌細胞中，MMP-9活性是GDNF對肌間神經元發揮神經營養效應所必需，而MMP-9協同上調GDNF表達可抑制ENS的炎性損傷[46]。有研究將GDNF作為蛋白質標志物預測靜止期疾病患者復發的能力，并證實其與炎癥性腸病間歇性復發相關[47]。

3. GDNF與胃腸腫瘤：GFLs是多種人類組織發育所需的可溶性神經營養因子，但亦是癌癥的重要因素。GFLs介導的野生型Ret激活是一種促進腫瘤生長和更廣泛癌癥組擴散的機制。

Ret和GFLs表達與包括胰腺癌和前列腺癌在內的多種人類癌癥的轉移或侵襲有關[40]。胰腺癌是最嚴重的胃腸道外分泌癌，其中40%～65%的胰腺導管腺癌中表達Ret和GFR，尤其是在進展期和轉移性腫瘤以及淋巴和周圍神經侵犯患者中。GDNF介導的Ret在胰腺腫瘤的發生過程中上調，Ret激活能誘導侵襲性胰腺癌的發生，可能是胰腺腫瘤發生的重要共同驅動因素[39]。APE1異常表達與細胞生長失控有關，其通過GDNF/GFRα1/Src/ERK軸級聯信號通路促進胰腺癌細胞增殖，小干擾RNA下調APE1或GFRα1均可抑制癌細胞增殖，為未來治療胰腺癌的潛在治療藥物靶點提供了證據[48]。

GFLs-Ret信號還可促進腫瘤微環境的改變，從而改變周圍間質和細胞成分，增強腫瘤的侵襲和轉移，是限制腫瘤生長、擴散和改善疾病預后的新治療方法的重要靶點。

五、討論與展望

EGCs作為一個新的胃腸神經學的前沿熱點，有望在胃腸疾病以及動力障礙性疾病以腸道膠質中作為關鍵靶點進行探索，如研究調控Ca2+波、神經膠質、GDNF等在信號通路下游中發揮的具體作用等。GDNF作為EGCs中重要的功能性蛋白，在與胃腸道相關的各個方面中均發揮了中心介質的作用。最近的研究已闡明了GDNF-GFRα1-Ret復合物的細胞外成分的詳細結構，對GDNF信號通路Ret等的研究也進入了一個新的階段，重點是靶向Ret信號或利用其GFLs配體作為神經營養藥物治療Ret表達或非表達細胞。大腦中小膠質細胞表型是由環境依賴的轉錄網絡所決定的，了解腸膠質細胞的類似反應以及GDNF的具體作用機制可能對腸易激綜合征、運動障礙和胃腸道疾病具有重要影響[49]。未來應進一步探索小鼠和人類共有的神經膠質和GDNF靶點，同時評估人類特有的神經膠質分子靶點。