bFGF 对PTSD 样大鼠海马组织ERK 表达的影响

唐佳文，李想，邢雪松

(1.沈阳医学院基础医学院临床医学专业2010 级11 班，辽宁 沈阳 110034;2.基础医学院临床医学专业2011 级8 班;3.基础医学院解剖学教研室)

近年来，我国遭遇的灾难给人们带来巨大财产损失的同时，也带来严重的后遗症——创伤后应激障碍(post trauma stress disorder，PTSD)。国内外学者研究发现，PTSD 患者有海马萎缩、海马功能活动下降以及N-乙酰天冬氨酸的减少。且中枢神经系统存在内源性神经干细胞(neural stem cell，NSCs)，尤其是室管膜下区和海马齿状回终生都存在不断增殖分裂的NSCs。通过对内源性NSCs 增殖与分化的精细调控，使减少神经元凋亡，促进NSCs 的增殖、分化来修复脑神经组织成为可能。NSCs 增殖分化受多种基因调控，其中碱性成纤维生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)上调诱导胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信号通路，促进NSCs 增殖、分化成为当前研究热点之一。本文针对bFGF 诱导ERK 在PTSD 样大鼠海马组织内源性NSCs 增殖分化影响做一综述。

1 bFGF 概述

bFGF 是神经元、胶质细胞和毛细血管内皮细胞的促有丝分裂原，是一种含155个氨基酸的多肽，对于中胚层和神经外胚层源细胞具有显著的促增殖作用，同时在神经系统的生长、发育、成熟过程中具有重要作用［1－2］。它与受体结合后，通过激活腺苷酸环化酶与鸟苷酸环化酶，进而导致蛋白激酶C 活化和Ca2+内流;或定位于细胞核，调节RNA 聚合酶I，加强核蛋白体基因的转录，以加速细胞周期间内的转换、刺激细胞DNA 合成、促进细胞的增殖分裂。并且调节细胞的分化，维持神经组织生长和神经再生中轴突的延伸和存活，对维护中枢神经系统的正常生理功能起着重要作用［3－6］。

近年有研究指出在脑外伤后脑室内注射bFGF能有效促进内源性NSCs 的增殖，并让这些新生的NSCs 存活至损伤后4 周［7］。且许多研究发现bFGF对胞外信号调节激酶具有显著诱导上调NSCs 增殖分化、减少神经元凋亡的作用［8］。bFGF 通过细胞表面的酪氨酸激酶受体，激活Ras 蛋白磷酸化，Ras-GTP 直接与Raf 相结合，形成一个短暂的膜锚定信号后，活化的Raf 磷酸化促分裂原激活的蛋白激酶的激酶(mitogenactivatedp rotein kinase kinase，MEK)环上的丝氨酸残基，进而将其激活。接着MEK 再将ERK 激活，磷酸化下游与胞质和胞膜相连着的底物［9］。从而ERK 被快速地转运入细胞核，调节转录因子活性，诱导反应基因的表达，使细胞外信号最终进入细胞核，影响细胞的状态和功能，参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化［10］。

2 PTSD

2.1 PTSD 样大鼠模型的建立 PTSD 是一种创伤后心理失衡状态，临床表现包括反复重现创伤性体验、情感麻木、回避、警觉过强所致持续性焦虑、惊恐逃避以及易激惹症状等症候群［11］。具有发病率高、患病率高、病程长、疗效差等特点，对临床治疗来说是一大难关。尤其是参与战争的士兵，有数据提示战争导致的PTSD 的发生率高，并且随着战争武器的进步有不断提高的趋势，如参加朝鲜战争的老兵PTSD 的发生率为32.1%，参加伊拉克、阿富汗战争老兵的发生率高达45%［12］。国内外学者研究指出，初期由于缺乏理想的模型，PTSD 的基础研究受到很大的限制，探究PTSD 的发生发展及其发病机制，从而为PTSD的治疗方法及药物选择方面也仍不理想，需要进一步深入研究［13］。近年来随着捕食应激、社会应激、电击、束缚+电击、单次延长应激等经典模型的建立，PTSD 模型有了长足的发展，通过边缘系统电刺激等方法，建立了良好的PTSD 的模型，加之逐步对构造模型方法的改良，现已有较成功理想的PTSD 模型。经循证数据研究显示，SPS 模型在PTSD 样模型中相对理想，基于此模型，PTSD发生发展中的相关机制及其他相关蛋白分子的研究已经成为当下的研究热点［14］。

2.2 PTSD 发病机制 PTSD 是一种严重且预后较差的应激障碍，其病因及机制较为复杂，涉及遗传、神经生物改变以及环境因素等，迄今尚未研究清楚。其中最主要的表现为中枢神经系统的病变，从而导致一系列的病理表现。研究发现，在PTSD 的发生发展中，中枢神经系统(central nervous system，CNS)主要有以下神经生物学机制的改变:(1)CNS 神经可塑性改变，海马内Ca2+超载，引起Ca2+-CaM 信号通路的调控异常，从而CNS 神经可塑性改变，最终导致学习、记忆及行为等认知功能障碍与情绪反应异常。(2)CNS 内神经递质的变化，如谷氨酸、去甲肾上腺素、儿茶酚胺等。(3)CNS 神经解剖学改变，如海马体积的缩小，丘脑、扣带回前部和中央前回的活动明显减弱等。(4)HPA (hypothalamic-pituitary-adrenal)轴功能的改变，且HPA 轴是调节哺乳动物应激行为所致内分泌和行为反应最重要的神经调质之一。PTSD 所表现的各种精神症状，是与CNS对应激信息的记忆密切相关的，其中的信号机制尚未清楚，仍需进一步深入探究［15］。近期研究提示从蛋白水平和mRNA 转录水平可检测到了PTSD大鼠前额皮质pERKI/2 的变化及其与反应基因cfos 的关系，指出ERK 信号转导通路对PTSD 起着重要作用，因此为PTSD 机制的研究提供神经生化水平上的理论依据［16］。

3 ERK 表达对海马组织中内源性NSCs 增殖研究的理论

3.1 ERK 信号转导机制 在信号传导酶类中，胞外信号调节激酶ERK 与细胞增殖分化或凋亡调控密切相关。ERK 是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)家族中的重要成员之一。目前根据序列的同源性和功能的不同，哺乳类生物细胞中已被研究发现5 条MAPK通路。ERK 就是APK 蛋白激酶体系中的一个亚族，是细胞内信号传导通路的重要媒介，起着调节细胞生长和分化的作用。ERK 通路主要通过以下4 条途径激活:(1)受体酪氨酸激酶Ras 的激活［17］;(2)Ca2+对Ras 的激活［18］;(3)蛋白激酶C 对ERK 通路的活化［19］;(4)G 蛋白偶联受体对ERK 通路的激活［20］。各种细胞外信号如bFGF等通过细胞表面的酪氨酸激酶受体，使GTP 结合蛋白Ras 与Raf-1 结合并使后者激活，活化的MAPK将其下游底物MEK 的2个丝氨酸残基磷酸化，而MEK 磷酸化后再将下游的ERK1 和ERK2 的酪氨酸和苏氨酸残基磷酸化，使ERK1 和ERK2 活化，活化的ERK 从细胞质进入细胞核，又促使下游底物Elk-1 以及cAMP 反应素结合蛋白(CREB)的磷酸化活化，调节转录因子活性，诱导c-fos、erg-1 和zif268等超早反应基因和晚反应基因的表达，使细胞外信号最终进入细胞核，影响细胞的状态和功能，参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化。

3.2 NSCs 增殖对受损海马的作用 有研究显示，哺乳类动物的中枢神经系统具有潜在的自我修复能力。成体脑内海马(包括人类)齿状回的亚颗粒层(subgranular zone，SGZ)和位于前脑侧脑室的室周带(subventricular zone，SVZ)可终生持续产生NSCs。这些内源性NSCs 能够自我更新，具有分化为神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞的潜能，它们为成体脑内的特定部位(海马和嗅球)不断提供新生细胞。NSCs 分化调控机制的研究对于其治疗神经系统退行性疾病及功能修复具有重大意义［21－23］。

近年来的研究提示，主要有以下八个相关因素调控影响着内源性NSCs 增殖与分化:(1)神经生长因子(nerve growth factor，NGF)、(2)内皮细胞生长因子(endothelium growth factor，EGF)、(3)bFGF、(4)干细胞因子(stem cell factor，SCF)、(5)促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)、(6)诱导性一氧化氮合酶(the inducible form of nitric oxide synthase，iNOS)、(7)Wnt 蛋白、(8)凋亡前因子Bax。他们在不同的神经组织受损情况下，具有刺激内源性NSCs 增殖，营养和保护神经作用。其中有研究证实，将bFGF 注入侧脑室能够促进神经前体细胞的增殖，且这些增殖的神经前体细胞有50%以上表达NeuN，能够存活6个月之久。更有研究指出bFGF 可以在神经组织受损后促进新生的NSCs 整合进入海马区局部神经环路。在受损神经组织的发生发展中，用微管相关蛋白Ⅱ(Microtubule associated protein Ⅱ，MAP2)和突触蛋白Ⅰ(Synaptic proteins Ⅰ)对海马的CA1 区进行染色，发现经过bFGF 处理后树突和突触的数量明显增多，其突触形成通过电子显微镜观察而得到了证实。进而通过逆行示踪剂注射到海马回下脚标记CA1 区的BrdU 阳性细胞，可发现新生的神经元在bFGF作用下整合进入了海马组织的适当部位［24］。

当前PTSD 临床治疗仍然不够理想，其中通过神经生物分子机制探究PTSD 发生发展机制也是现今的一大难点。但是前人通过实践总结出来的研究显示，通过内源性NSCs 的增殖、分化修复受损神经组织，减少神经元的凋亡在PTSD 发生机制、临床治疗、以及药物应用等方面能提供广阔的应用前景。通过bFGF 作为诱导基因，上调ERK，刺激经典Ras/Raf-1 磷酸化级联放大反应，增强胞外进入胞内信号转导通路及信号表达，从而促进NSCs 增殖分化，即这一过程的具体途径可能为:bFGF→受体→小G 蛋白→启动MAPK 途径→MAPK (ERK1/2)→转录因子→生物效应［25－26］。若将其应用于PTSD 样模型大鼠海马组织具有可行性和深入研究的意义。

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