神經纖維及其遞質在骨髓微環境中的作用

游鈺鐔，羅文英

（廣東醫科大學附屬醫院檢驗科，廣東 湛江 524000）

Schfield R 等[1]在1978 年首次提出骨髓微環境（bone marrow microenvironment，BM）這一假說。BM又稱為造血干細胞龕，是造血干細胞（hematopoietic stem cells，HSCs）賴以生存的場所，它包含了血管系統、神經纖維、骨髓基質細胞及基質細胞分泌的細胞因子。BM 內的細胞與細胞、細胞與基質間相互作用，這種獨特的結構和化學環境參與了HSCs 的維持，增殖和分化過程。幾十年來，人們對BM 的研究越來越多，對BM 的了解也越來越深刻，漸漸從宏觀轉向微觀的結構和分子水平理解造血干細胞龕[2，3]。BM 穩態與疾病的發生和發展密切相關，骨髓增生性腫瘤、多發性骨髓瘤、白血病等血液系統疾病的BM 都存在異常[4-6]。為此，本文就近年來神經信號如何調控BM 的研究進展進行綜述。

1 BM 中的神經網絡

人體存在龐大而復雜的神經纖維網絡，它通過反射來維持機體的正常運轉，包括內環境的動態平衡以及內外環境的統一。反射弧是神經系統進行基本活動的形態基礎，它由感受器、傳入神經、中樞、傳出神經和效應器組成[7]。內臟神經支配著內臟、心血管、平滑肌和腺體。根據功能不同內臟神經可分為感覺神經和運動神經，感覺神經（傳入神經）通常感知外界刺激，將刺激轉化為神經沖動通過運動神經（傳出神經）傳導到效應器，引發相應的機體改變。目前大量的研究表明，BM 中也有神經分布，神經調節對其穩態的維持至關重要[8，9]。

2 傳入神經/感覺神經

傳入神經接受來自感受器的刺激信號并將其轉變為神經沖動傳到中樞，后者再通過傳出神經或間接通過體液來調節機體活動。內臟感覺神經元可合成神經肽類物質[降鈣素基因相關肽（CGRP）、P物質（SP）、神經激肽A（neurokininA，NKA）]并釋放到周圍組織，參與疾病的病理生理環節。骨膜和骨髓腔內的感覺神經幾乎與血管伴行，血管附近有形態不同的游離神經末梢，大多數神經末梢結構比較簡單，但也有區域復雜的神經末梢分布[10]，研究者一般可采用β3 微管蛋白、CGRP 及CGRP 抗體、抗酪氨酸羥化酶抗體等神經纖維蛋白標記神經纖維，而后可用共聚焦顯微鏡和三維重建技術觀察其神經分布[11]。

2.1 SP SP 是由初級內臟感覺神經節細胞合成的神經肽類物質，其主要受體是NK1。NK 受體廣泛表達于造血細胞、骨髓基質細胞和免疫細胞[12]。這預示著神經-免疫-血液三者可能相互聯系。SP 通過骨髓壁龕參與造血調控，促進血管生成。具體來說，無論SP在體內還是體外都能直接作用于內皮細胞，促進其增殖。但對骨髓造血細胞的增殖是通過刺激血管生成因子的釋放來間接刺激基質細胞發揮促血管生成作用。如：粒-單核細胞集落刺激因子（GM-CSF）、粒細胞集落刺激因子（G-CSF）和干細胞因子（SCF）[13]。另外有文獻報道，造血刺激因子與SP 共同調節骨髓間充質干細胞（mesenchymal stemcells，MSCs）和免疫細胞的表達，其中SP 片段可抑制造血祖細胞（hematopoietic stem-progenitor cells，HSPCs）的 增殖，而與造血刺激相關的母肽、SP 和細胞因子卻導致正向造血[14，15]。已有研究證明，SP 可調節骨細胞代謝，缺乏SP 會損傷成骨細胞，致其死亡，并且SP 對各類細胞的增殖的調節具有濃度依賴性。缺乏SP或者NK1 受體會影響體外培養的成骨細胞活性，抑制其細胞增殖，不過這種抑制作用呈時間依賴性[16]。此外，SP 能激活堿性磷酸酶，通過經典的Wnt 途徑促進成骨細胞分化；不過，該信號通路可被NK1 受體拮抗劑和Wnt 阻滯劑抑制。如上所述，SP 對造血的調節作用可能受多種因素影響，存在正負反饋機制，從而多重調控BM。

2.2 NKA NKA 是感覺神經元合成的另一神經肽類物質，是速激肽族的另一成員，其受體是NK2。NKA在影響造血功能方面與SP 成相反的作用，可負反饋調節SP 介導的高遷移率族蛋白1 基因（HMGB1）降低，以此在HMGB1 抑制HSPC 和保護更原始的造血細胞中發揮作用[15]。Rameshwar P 等[17]發現NKA能刺激紅系祖細胞的增殖，但對集落形成單位-粒細胞巨噬細胞（CFU-GM）增殖表現為抑制作用，這與巨噬細胞炎性蛋白和轉化生長因子β（TGF-β）兩種負性造血生長因子有關。至今為止，關于神經肽對造血作用的研究并不是很多，就目前來看，SP 與NKA 對造血系統的調控與細胞因子的作用是密不可分的。

2.3 CGRP 與SP 和NKA 相同，CGRP 也是感覺神經元分泌的神經肽類物質。CGRP 與免疫造血系統之間有著密切的關系。研究發現，CGRP 能動員HSC，通過激活Gαs/AC/cAMP 途徑作用于造血細胞并促進HSC 外排[11]。值得注意的是，CGRP 對骨髓歸巢并無影響[18]。CGRP 也能調節骨代謝，它將感覺神經、免疫和骨骼三者聯系起來，監測著骨環境[19]，而使用CGRP 拮抗劑或者去感覺神經支配會對骨重塑有負面影響。有研究者構建外周感覺神經功能降低小鼠模型后發現感覺神經與神經肽在骨骼對機械刺激的適應中可能起調節作用，增加負荷后，改變CGRP 的濃度能調節骨骼形成[20]。

3 中樞神經

神經系統的中樞部分就是腦和脊髓，它們控制和調節人體各個部分的生理活動。研究報道[21]，將人HSC 細胞植入發育中的脊髓病變中可觀察到HSC抑制星形膠質細胞增殖，促進5-HT 能神經纖維再生，并促進功能改善，這表明中樞神經與BM 之間也存在著某種聯系。如有研究者將BMSC 靜脈輸入到脊髓損傷模型中，發現其釋放的小細胞外囊泡能促進功能修復[22]。而將BMSC 培養后的上清液作為條件培養基可以促進神經分化及生長，這可能與BMSC分泌各種營養因子發揮神經營養作用有關[23，24]。骨髓間充質干細胞衍生的外泌體也與脊髓密切相關，它能通過下調Ern1 和促進M2 巨噬細胞極化來減輕脊髓缺血再灌注損傷中的神經損傷，高表達的BMSC 衍生的外泌體microRNA-124-3p 能阻礙細胞凋亡且能減輕脊髓缺血再灌注損傷帶來的神經和組織損傷[25]。同時，有研究者將BMSC 衍生的外泌體通過尾靜脈輸注給脊髓損傷的大鼠后，發現可以很大程度上減少大鼠的神經元細胞死亡和髓鞘丟失，并改善了大鼠的髓鞘排列，通過抑制周細胞焦亡來保護受損脊髓，最終改善脊髓損傷大鼠的運動功能[26]。

4 傳出神經/內臟運動神經

根據功能、形態及藥理學特點，內臟運動神經為交感神經和副交感神經，其末梢可分泌乙酰膽堿和去甲腎上腺素等神經遞質，并與相應的受體作用，完成信息傳遞。不同的神經信號對HSC 的輸出、增殖、分化、維持和歸巢影響不同，交感神經信號可通過β受體調節CXCL12 的水平進而促進G-CSF 誘導的HSC 動員[27]。非髓鞘施萬細胞包裹的交感神經可通過激活TGF-β 促進HSC 休眠[28]。有研究指出，神經信號對HSC 的影響與晝夜節律有關。在小鼠模型中，白天時神經信號觸發HSPC 增殖分化和遷移，夜晚抑制性神經信號發揮主導作用，限制HSPC 自我更新以及骨髓歸巢，而人體內的晝夜節律在夜晚時與小鼠表現相反[29，30]。因外周血的HSPC 和移植的HSPC 在晝夜的收獲率不同，這給臨床醫生在提高HSC 產量上提供了一個新思路。盡管有這些發現，但晝夜節律與神經信號協同參與HSC 的調控的關鍵因素尚不清楚。

副交感神經信號對BM 的影響還有待研究，在目前有限的報道中，BM 中確有副交感神經神經存在，起源于骶髓節段的中間外側柱和中央自主神經核，但并沒有證據證明副交感神經信號直接參與HSC 和HSPC 動員。盡管如此，也不能忽視副交感神經的間接作用：一方面，目前普遍認為副交感神經和交感神經在大多數的器官中共同作用；另一方面，有研究者發現副交感神經參與骨重建，影響破骨細胞凋亡、成骨細胞增殖以及骨形成，破骨細胞在G-CSF的作用下能改變成骨細胞形態，并有數據表明破骨細胞能參與選擇性祖細胞募集，將骨重塑與造血調節聯系起來[31，32]。因而副交感神經在BM 的作用有待進一步探索。

總之，傳出神經在BM 中發揮著重要作用，運用化學或者物理的方法干預神經支配或神經遞質的再攝取，會影響HSC 的動員與休眠狀態[33]。Afan AM等[34]研究發現，手術切除股神經會導致骨髓有核細胞數量減少，外周血中中性粒細胞水平升高，淋巴細胞降低。通過添加神經毒劑6-羥基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）選擇性損毀交感神經末梢同樣可觀察到這一現象，而由于化學性交感神經切斷術具有可逆性，HSC 的造血功能可在短時間內恢復。Lucas D 等[35]的研究也證實了化療藥物損傷交感神經后，小鼠的造血功能會受到損害，使用神經保護劑4-甲基兒茶酚（4-MC）能加速骨髓再生，很大程度上彌補了基因毒性損傷帶來的影響，并且骨髓的腎上腺能神經退行性變會導致BM 老化。同時，Maryanovich M 等[36]采用去神經小鼠模型證明了這一現象，而使用β 受體激動劑能挽救去神經小鼠過早的衰老表型。此外，刺激神經營養因子受體（RET）可驅動HSC 生存、增殖和功能表達[37]。

5 神經纖維與血液系統疾病關系

神經纖維及其遞質在BM 中的作用不可忽視，且血液系統疾病與BM 息息相關。研究發現，多發性骨髓瘤的病理生理受到神經信號的調節。β 受體阻滯劑可通過干擾β 受體的信號通路抑制細胞的增殖以及凋亡活性，服用β 受體阻斷劑可改善多發性骨髓瘤患者的生存率，減少癌癥進展和轉移[38]，這可能與β 受體阻滯劑能抑制血管內皮生長因子與IL-6 的上調有關，而血管內皮生長因子是腫瘤生長和發展的關鍵因子之一。另外，有研究發現使用普萘洛爾可輔助多發性骨髓瘤患者的治療[39]。類似地，在白血病患者中，阻斷β 腎上腺素能信號能加速缺氧條件下的髓性白血病細胞的凋亡[40]。BM 中的神經病變對與骨髓增殖性腫瘤（MPN）也至關重要。骨髓交感神經纖維支配的MSC 調節正常的HSC，該機制異常會導致MPN。大多數MPN 患者在HSC 中具有Janus 激酶2（JAK2）基因的常見獲得性突變，這使得該激酶具有組成型活性，導致不受控制的細胞擴增。在MPN 患者和JAK2（V617F）突變的小鼠骨髓中，支持施萬細胞和巢蛋白+MSC 的交感神經纖維持續減少，這加速了MPN 的進展，而若給予神經保護藥物或擬交感神經藥物則可阻止MPN 進程[6]。

6 總結與展望

目前，越來越多的證據表明神經纖維及其遞質可調節HSC 穩態，并參與血液系統疾病的發生和進展。但大多數的研究都指向交感神經對BM 的影響，而副交感神經的作用尚不明確，因此這是亟需探索的領域。此外，深入了解神經信號對血液系統疾病的作用可為臨床醫生診治相關疾病提供更加開闊視野，有助于尋找新的診治靶標或老藥新用，探索合理的聯合療法提高患者生存率，并改善預后。