Sox基因对神经干细胞发育及神经损伤后修复的研究进展

郝震，李洋综述 李青松审校

综 述

Sox基因对神经干细胞发育及神经损伤后修复的研究进展

郝震，李洋综述 李青松审校

Sox基因；神经干细胞；发育；损伤后修复

Sox基因的研究开展于20世纪90年代，人们在研究哺乳动物性别决定基因的相关片段时;发现了决定性别的SRY基因[1]。研究者在研究SRY基因时发现了一些DNA片段，即HMG-box区(大约由80个核苷酸保守序列组成)，学术界将与其相关的一类相似基因统称为Sox基因[2]。随着科学技术水平的提高以及研究的深入，研究者发现Sox基因拥有很多亚族。至2015年已发现7个亚族，它们各司其职对生物体有着重要的影响，尤其在个体发育的过程中发挥极其重要的作用。它们影响着性别、胚胎发育、神经系统、循环系统的发育，以及一些器官的形成和发育、晶状体、软骨、骨骼肌等[3]。另外在干细胞领域，研究人员也取得了很大的突破。干细胞由于自身多分化的特性，近年一直引导研究人员的研究方向。目前学术界对神经干细胞的研究仍处于初级阶段，根据疾病的起因和转归，大多数中枢神经系统疾病都与神经干细胞功能的异常有关。相当数量的研究人员致力于神经干细胞移植的研究，希望找出治疗疾病的新途径。本文通过研究Sox基因对神经干细胞发育的影响，以及其对中枢神经系统损伤后修复的研究进行综述，报道如下。

1 Sox基因的生物学功能

Sox基因家族是对Sox基因及其表达产物的总称。它包含编码转录因子的DNA框架(HMG保守区域)，以及与其DNA框架高度相似的Sox蛋白，后者按照HMG基序与DNA相结合。

Sox基因的作用：首先用于鉴定Sry基因的DNA结合结构域[1，2]。Sox蛋白在哺乳动物中有20个不同的亚型，这些蛋白组成一个共同的Sox蛋白组。其次Sox基因在决定雄性哺乳动物性别和特异性分化时发挥了重要作用。Sox基因诱导中枢神经系统的发育也已被证明，例如爪蟾的SoxD基因在中枢神经系统发育过程中的广泛表达(集中表达于神经外胚层和神经管的发育期)[1，4]。

1.1 Sox基因影响神经干细胞的表达 在神经系统发育过程中，神经干细胞分化表达产生许多不同类型的神经元细胞和胶质细胞。Sox基因保障其终末分化的稳定性和神经元细胞内在环境的稳定。Sox家族的转录因子保证这一生物进程的顺利进行[5，6]。在中枢神经系统(CNS)干细胞的维护过程中，Sox1、Sox2和Sox3以高表达的方式维持这一生物过程的正常进行。另一方面，Sox基因提高神经干细胞分化的潜力，如少突胶质细胞分化的过程中，Sox10的表达均高于平时。周围神经系统(PNS)的Sox基因的表达方式与中枢神经系统不同。这揭示了在CNS和PNS的发育过程中，Sox基因的表达存在差异[7]。

1.2 Sox相关基因影响神经干细胞向神经外胚层分化 人们在研究非洲爪蟾时发现，其神经外胚层的形成依赖于Sox2的异位表达。当细胞在自我更新分化成神经外胚层的衍生物时，Sox1和Sox2发挥了相似的功能。这个理论依据可以延伸到Sox3，其与Sox1和Sox2组成SoxB1族[8]。SoxB1在神经外胚层早期发育的过程中重叠式表达，因为他们的生物化学功能相似。SoxB1具有删减和补偿缺失的作用，当有2种Sox亚等位基因缺失的情况下，余下的Sox亚等位基因仍可保障神经外胚层细胞的正常形成和分化[5]。神经系统在发育过程中反复出现Sox蛋白质的共表达。这一现象表明其他亚等位基因替代功能异常的Sox亚等位基因，从而保障生物过程的正常进行。这一实验研究的证明，为未来基因靶向治疗神经系统先天性发育异常带来曙光。

1.3 CNS干细胞的维护需要Sox相关蛋白的协调 整个中枢神经系统均有SoxB1蛋白的表达；其主要作用是维护神经上皮祖细胞的自我更新。根据目前的评估，SoxB1蛋白质在CNS维护方面的研究取得了长足的进展。SoxB1蛋白质也维护干细胞的稳定和积极地抑制神经干细胞某些方向的分化[8]。此生物过程的关键是SoxB1蛋白质在神经元分化过程中发挥反向效果，以此来抵消前体神经细胞蛋白质的共同表达。这可能是因为Sox蛋白隔绝了蛋白复合物，进而引发前体神经蛋白不能与DNA结合或失去反式激活的能力[9]。SoxB1的功能表达也体现在成熟神经干细胞上。例如Sox2，尤其在侧脑室的脑室下区有强表达，并在海马区的下层齿状回作用明显。小鼠的亚等位基因突变时，其Sox2的表达会有所降低。海马区发育异常导致的癫痫发作，是否与其相关值得探讨。

1.4 Sox相关因子对PNS发育的作用 周围神经系统即与中枢神经系统相连的脑神经和脊神经的总称。PNS由神经嵴干细胞发育形成。神经嵴干细胞是一类具有自我复制、自我更新，并有极强增殖能力和多向分化潜力的细胞。Sox基因对其影响与中枢神经系统不同，SoxE族发挥重要作用[10]。小鼠实验表明，Sox9与Sox10的缺失严重影响神经嵴干细胞的发育[11，12]，Sox10在影响肠迷走神经嵴细胞发育时效果明显。小鼠的Sox10等位基因的缺失,将导致结肠末端神经节细胞缺陷症，并伴有黑色素细胞的发育障碍。Sox10基因突变表达在人类身体时，将会使人患上Waardenburg综合征并且合并先天性巨结肠。由此可见，SoxE蛋白对周围神经系统的发育起着不可或缺的作用。Sox9在大多数神经嵴细胞的发育过程中短暂表达。Sox10在神经嵴干细胞分化迁移的过程中持续表达，其主要功能是保障干细胞的存活、维持干细胞分化多能性和抑制某些神经元分化。Sox10在PNS神经胶质细胞的分化过程中扮演重要角色[13]，它调节施旺氏细胞形成髓鞘，因此有一些患有Sox10突变的患者往往伴有周围神经系统疾病。究其原因，可能是由于髓鞘基因表达紊乱导致了施旺氏细胞发育异常。由此可见，Sox基因对周围神经干细胞的发育也发挥了重要作用。

2 Sox基因参与神经干细胞损伤后的表达

神经干细胞是一种具有多分化能力的细胞，但此种干细胞与人体其他类型的干细胞不同。中枢神经系统的神经干细胞有多种类型，各种类型的神经干细胞经过分化后形成不同的成体细胞。根据神经干细胞的这种特性，为中枢神经系统损伤后的治疗指明了方向。研究人员在中枢神经系统损伤治疗的过程中，也在寻找相关因子对干细胞的影响。在损伤修复的过程中多种因子参与其中。如Sox相关因子(Sox11等)[14]，以及脑衍生神经营养因子(BDNF)等，这些因子均影响神经干细胞的表达。

2.1 Sox11与BDNF进行损伤后调控 BDNF是一种多效性的生长因子，它影响神经元的存活；以及突触分化的可塑性和再生性[15]。Sox11参与背根神经节(DRG)损伤后的BDNF的转录监管[14，16]。在发育过程中，Sox11促进感觉性神经母细胞的增殖，以及影响神经元的存活和轴突生长。Sox11在发育成熟的DRG感觉神经元的表达通常较低。当周围神经发生损伤时，Sox11的表达会在24 h内迅速增强。Sox11损伤后的研究阐明它是一个参与神经元存活和生长的重要基因调节因子[17]。Sox11协同microRNA增加细胞凋亡同时增强神经细胞突触再生的能力。Sox11作为损伤后的诱导型转录因子，它的关键作用可能是诱导相关基因编码BDNF[18]。BDNF是神经生长因子家族中的一种营养蛋白。BDNF在感觉神经元的存活、分化以及最终形成特定类型的成熟细胞的过程中起到了至关重要的作用。BDNF在成熟细胞中具有自分泌和旁分泌的作用。它为外周和中枢神经元提供稳定的营养支持；并且调节突触的可塑性。这可能与一些生理进程相关，例如记忆、学习和疼痛信号的释放[19]。神经损伤后的再生，BDNF也发挥了重要作用。神经损伤后启动BDNF基因的转录，它的表达迅速升高(24 h内)，这与神经髓鞘、神经轴突生长和神经再生性基因的表达相关联[20]。

2.2 Sox11在神经系统修复过程中的高表达 Aid等[21]对36只小鼠成功实施脊髓半离断实验，在脊髓损伤模型建立后的第3周，发现受损脊髓的Sox11免疫组化染色明显增强，而健侧Sox11的表达非常微弱[14]。脊髓损伤后，Sox11的表达主要位于中央管的室管膜内层细胞和新生成的神经细胞中。Sox11表达阳性的细胞中，尤其是脊髓中央管的室管膜内层细胞[22];Sox11的免疫荧光信号出现共定位。此时表明Sox11表达在内源性NSCs(神经干细胞)中。Sox11在灰质细胞中的表达也为阳性，同时新分化的神经元前体和未成熟的神经元也有阳性表达。

3 展 望

在中枢神经系统发育的研究领域里，神经干细胞与其相关诱导基因的发现为该领域指明方向。本文对近年来此领域的实验研究进行了综述，发现Sox相关基因不仅影响神经干细胞的发育而且也影响神经损伤后的修复。在损伤修复的过程中，神经干细胞可以有效修复部分受损神经细胞以及重建部分传导路并且恢复其功能。由此可见，Sox相关基因协同神经干细胞治疗这类疾患不失为一种有效可行的手段。从长远的角度看，这种联合协同的疗法不仅可以应用于损伤后的修复；也可以应用于中枢神经系统肿瘤的遏制、神经病学科的一些功能性疾病的治疗与缓解(帕金森病、癫痫、运动神经元病等)。Sox相关因子与神经干细胞在实验过程中协同发挥作用，这些研究成果一方面为科学研究的方向作出引导；另一方面也为疾病的治疗提供了重要的理论基础和有效的治疗方案。

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教育部中国博士后科学基金(No.2014M561373);黑龙江省留学归国科学基金(No.LC2013C40)

150086 哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科

李青松，E-mail:liqingsongkuaile@163.com

10.3969 / j.issn.1671-6450.2015.11.033

2015-01-26)