Notch和Wnt信號通路對NSCs的增殖和分化的作用,人體生理學(xué)論文NSCs是一類具有多向分化潛能和自我更新能力的細胞，NSCs能夠增殖分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞等，廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)。1992年Reynolds和Weiss最先從成年鼠腦紋狀體中分離出NSCs，他們成功地在體外通過表皮生長因子的誘導(dǎo)分離出增殖的NSCs，增殖的細胞首先表示出巢蛋白，繼而增殖的細胞發(fā)育成具有形態(tài)學(xué)特征和抗原特性的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞。此后，NSCs的分離培養(yǎng)、分化再生等實驗成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱門之一。

Gage等〔2000〕將NSCs描繪敘述為具有下面3個特征的細胞：能生成神經(jīng)組織或來源于神經(jīng)系統(tǒng)，具有自我更新能力，可通過不對稱細胞分裂產(chǎn)生不同于本身的細胞。由于NSCs具備的自我更新和多向分化潛能，為神經(jīng)系統(tǒng)損傷和神經(jīng)退行性疾病等的治療提供新的方式，NSCs的移植治療也成為國內(nèi)外學(xué)者的研究方向。近年來很多研究表示清楚NSCs的增殖和分化受多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控，如：Notch信號通路，Wnt信號通路，Hedgehog信號通路，NF-B信號通路等。說明NSCs增殖和分化相關(guān)的信號通路對神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)損傷后再生以及移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病至關(guān)重要。本文主要就Notch信號通路和Wnt信號通路的研究進展作一綜述。

1Notch信號通路與神經(jīng)干細胞

Morgan等〔1917〕發(fā)現(xiàn)Notch基因部分功能喪失的黑腹果蠅翅緣會出現(xiàn)切記〔Notch〕，因而將其命名為Notch基因。Notch基因于20世紀(jì)80年代被Artavanis-Tsakonas團隊克隆出來，其編碼的Notch受體是分子重量為300KDa的單次跨膜受體。Notch信號途徑主要由Notch受體、配體和CSL(CBF1-suppressorofhairless-lag-1)DNA結(jié)合蛋白3部分組成。哺乳動物體內(nèi)有四種Notch受體〔Notch1-4〕和五種Notch跨膜配體〔Jagged1,Jagged2,Delta-like1,Delta-like3andDelta-like4〕。Notch信號通路由Notch受體與其配體結(jié)合而啟動，首先Notch受體發(fā)生兩次蛋白水解酶裂解，第一次裂解是在Notch受體的細胞外部發(fā)生，作用的酶是ADAM金屬蛋白酶17〔ADAMmetallopeptidasedomain17，ADAM17〕即腫瘤壞死因子-轉(zhuǎn)化酶〔tumornecrosisfactor--convertingenzyme,TACE〕，第二次是通過-分泌酶在Notch受體的跨膜區(qū)裂解蛋白，-分泌酶的作用依靠于早老蛋白-1的存在。

經(jīng)過兩次裂解之后，Notch受體會釋放有活性的Notch細胞內(nèi)區(qū)域〔Notchintracellulardomain,NICD〕到細胞漿，釋放的NICD被轉(zhuǎn)移到細胞核，重組信號序列結(jié)合蛋白J〔RBP-J〕，也被稱為CSL〔CBF-1,Su(H)andLAG-1〕通過RAM構(gòu)造域與NICD上的錨蛋白重復(fù)序列結(jié)合后激活Notch靶基因轉(zhuǎn)錄。

Notch信號通路的靶基因包括Hes1、Hes5〔mammalianhairyandEnhancer-of-splithomologues)和HES相關(guān)蛋白〔HES-relatedproteins,HERP〕基因，它們都屬于堿性螺旋-環(huán)-螺旋〔basichelix-loop-helix,bHLH〕轉(zhuǎn)錄抑制因子。Notch主要介導(dǎo)分化抑制信號，通過旁側(cè)抑制機制，分化中的NSCs能阻止鄰近的NSCs分化，使相鄰細胞增殖，維持NSCs數(shù)量的穩(wěn)定。有研究證實Hes1和Hes5能夠促進NSCs的自我更新，使胚胎端腦中NSCs增殖，抑制NSCs的分化。HES基因能夠抑制原神經(jīng)基因例如Mash1，Math和Ngn1的活性，同時使NSCs進行不對稱分裂，產(chǎn)生更多的NSCs。有實驗證實Notch信號途徑對NSCs不僅只是抑制分化的作用，它對少突膠質(zhì)細胞的分化產(chǎn)生抑制作用，而對星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生促進分化的作用。

2001年Tanigaki等實驗顯示活化的Notch1和Notch3促進鼠成熟海馬源性多潛能祖細胞向星形膠質(zhì)細胞的分化，Notch信號通路促進NSCs分化為星形膠質(zhì)細胞的經(jīng)過獨立于STAT3信號途徑。此后Ge等也報道了Notch信號途徑能直接促進NSCs分化產(chǎn)生星形膠質(zhì)細胞。

當(dāng)前Notch信號通路已被以為對哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育至關(guān)重要，一方面能夠維持NSCs數(shù)量上的穩(wěn)定性，另一方面能夠促進NSCs向星形膠質(zhì)細胞分化。近期的研究也提示Notch信號途徑能夠用來治療神經(jīng)退行性疾病。因而對Notch信號通路各階段的更深切進入的研究不僅能夠說明分子機制，也能對將來更好的治療相關(guān)疾病提供新的突破口。

2Wnt信號通路與神經(jīng)干細胞

Wnt一詞是鼠原癌基因integration1〔int1〕和黑尾果蠅無翅基因wingless〔wg〕兩個詞合成而來。Wnt蛋白30年前被發(fā)現(xiàn)，它們是一類分泌性糖蛋白，能夠調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、遷移、極性化和不對稱分裂。Wnt蛋白家族包含19個成員，分別命名為Wnt1，Wnt2，Wnt3，Wnt3a等，他們共有的特征是都有一段編碼22或24個半胱氨酸殘基的區(qū)域。Wnt的受體卷曲蛋白〔Frizzled，F(xiàn)zd〕家族是七次跨膜受體，共十個成員〔FZD1-10〕，還有一些共同受體也介入信號轉(zhuǎn)導(dǎo)如Lrp5/6，Ror，Ryk。-連環(huán)蛋白〔-catenin〕是一類細胞黏附分子，是Wnt信號途徑激活的標(biāo)志。

Wnt信號途徑主要有3條：經(jīng)典的Wnt/-catenin2+通路，Wnt/Ca通路，Wnt/JNK通路，華而不實研究較多的是經(jīng)典途徑Wnt/-catenin。Wnt/-catenin通路主要特點是能夠調(diào)節(jié)細胞質(zhì)中-catenin蛋白的穩(wěn)定性。在缺乏Wnt配體的情況下，-catenin被摧毀復(fù)合物〔GSK3/Axin/APC〕降解。在Wnt配體存在的情況下，Wnt受體與配體結(jié)合，產(chǎn)生-catenin并在細胞質(zhì)中積累，進而進入細胞核，與轉(zhuǎn)錄因子T細胞/淋巴樣加強因子〔TCF/LEF〕互相作用，激活下游靶基因如c-myc、cyclinD1，進而調(diào)控細胞的生長。

Wnt/-catenin信號通路在NSCs的增殖調(diào)控中扮演重要角色。Zechner等用兩種條件性-catenin突變等位基因去改變小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的-catenin信號：一種使-catenin不表示出，另一種使-catenin持續(xù)表示出，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：-catenin不表示出的小鼠脊髓和腦組織體積下降，而-catenin持續(xù)表示出的脊髓和腦組織體積增加，表示清楚Wnt/-catenin信號途徑在NSCs增殖中起到重要作用，調(diào)控NSCs增殖與分化的平衡。Chenn等實驗表示清楚，在神經(jīng)前體細胞中穩(wěn)定表示出-catenin的轉(zhuǎn)基因小鼠腦中NSCs數(shù)量明顯增加，表現(xiàn)出腦皮質(zhì)外表積增加，本該光滑的腦皮質(zhì)出現(xiàn)腦溝回褶皺類似高等哺乳動物，但厚度沒有增加，側(cè)腦室增大并覆蓋有神經(jīng)表皮前體細胞，反映出前體細胞的擴增。Megason等研究雞胚脊髓發(fā)育的實驗講明了，Wnt信號能夠通過Wnt/-catenin信號途徑對細胞周期素D1和D2的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，進而調(diào)控NSCs細胞周期的進程，使NSCs大量增殖。

Wnt基因介入神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，維持NSCs的穩(wěn)定性。在研究Wnt配體〔Wnt1、Wnt3a〕突變的小鼠模型時，已有實驗很清楚的證實了Wnt信號通路對端腦、后腦和海馬的正常發(fā)育起到重要作用，在成熟的神經(jīng)組織中，同樣也發(fā)現(xiàn)持續(xù)的Wnt信號通路對調(diào)節(jié)NSCs的活性和穩(wěn)定性很重要。Wnt/-catenin經(jīng)典途徑中的一些組分，如Wnt配體，F(xiàn)zd受體，Wnt通路抑制素也已經(jīng)在成年鼠腦海馬齒狀回顆粒下層和側(cè)腦室室管膜下區(qū)中發(fā)現(xiàn)。

Wnt/-catenin信號途徑除了對NSCs產(chǎn)生增殖的作用之外還能調(diào)控NSCs的分化方向。2018年Munji等報道，大腦皮質(zhì)中過表示出的Wnt3a上調(diào)Wnt/-catenin途徑，導(dǎo)致皮質(zhì)發(fā)育異常，過早分化為大神經(jīng)元，相反地，在神經(jīng)發(fā)生的中期和后期用Wnt途徑抑制素DKK1下調(diào)Wnt/-catenin途徑能夠抑制神經(jīng)元的產(chǎn)生。之前在2005年Lie等也報道了Wnt信號的持續(xù)表示出能增加NSCs的數(shù)量。

在人體，已發(fā)現(xiàn)Wnt/-catenin途徑中的Wnt2，F(xiàn)ZD3，TCF7L2，DKK4和APC的基因多態(tài)性與精神疾病如精神分裂癥和孤單癥有關(guān)，表示清楚Wnt/-catenin信號途徑在成熟神經(jīng)元活性的維持上起重要作用。

除此之外，近期的研究表示清楚Wnt/-catenin途徑在突觸的維持和可塑性上發(fā)揮作用，也有研究表示清楚Wnt抑制素DKK1的表示出增加與阿爾茲海默病有關(guān)聯(lián)。

有學(xué)者以為Wnt/-catenin通路對NSCs在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中有很多不同作用，原因可能為細胞本身的特性決定了其對Wnt信號產(chǎn)生不同效應(yīng)，可以能是由于Wnt/-catenin途徑下游諸多的靶基因產(chǎn)生不盡一樣的作用，確切的原因尚不明確。

3其他信號通路

Hedgehog信號通路在NSCs的增殖、分化中也發(fā)揮重要作用。Hedgehog有3個同源基因：Shh，Ihh和Dhh。Shh能夠明顯增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)祖細胞的數(shù)量，調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和分化，是少突膠質(zhì)細胞發(fā)育的關(guān)鍵因子，在神經(jīng)損傷修復(fù)中發(fā)揮作用。有研究表示清楚，Shh還能夠誘導(dǎo)NSCs以外的其他干細胞分化為神經(jīng)元細胞，胡慧敏等的體外研究證明，用Shh誘導(dǎo)人骨髓基質(zhì)干細胞分化為神經(jīng)膠質(zhì)細胞的可行性。而Ihh和Dhh在神經(jīng)系統(tǒng)中的研究還有待進一步探尋求索。

NF-B是一種可激活的轉(zhuǎn)錄因子，NF-B家族有五個亞單位，在神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞、NSCs中都有廣泛的表示出。NF-B在NSCs中發(fā)揮作用的相關(guān)報道已很多，但是NF-B介入的完好信號通路報道較少，主要包括TNF-通路，IL-1通路，MAPK通路等。NF-B在NSCs的增殖和分化，神經(jīng)元的可塑性、神經(jīng)再生方面中起著非常重要的作用，NF-B抑制劑在一些神經(jīng)退行性疾病的研究中具有神經(jīng)保衛(wèi)作用。瞻望NSCs的增殖和分化遭到多種途徑的調(diào)節(jié)，遠不止于上述幾條通路，然而相關(guān)單一信號通路的研究相對較多，多種信號途徑之間的互相作用網(wǎng)絡(luò)研究尚少，尚不能全