经典Wnt信号通路对少突胶质前体细胞生长发育的调控*

张世益 李沛瑶 董继豪 王 茜 李 凡

少突胶质前体细胞(Oligodendrocyte Precursor Cells,OPCs)起源于胚胎期的腹侧端脑及发育后期的室管膜下区的神经干细胞(Neural Stem Cells,NSCs)，是一种广泛分布于中枢神经系统(Central nervous system，CNS)内的多潜能干细胞，具有较强的增殖迁移能力，在相关信号的调控下分化为具有成髓鞘能力的成熟少突胶质细胞(Oligodendrocyte,OLs)，Wnt信号通路根据是否依赖β-catenin，可分为经典Wnt/β-catenin信号通路和非经典Wnt信号通路两类，经典Wnt/β-catenin信号通路影响少突胶质前体细胞的增殖、迁移和分化，进而影响髓鞘的形成和修复。本文综述了近年来经典Wnt信号通路调控少突胶质前体细胞生长发育的相关研究，有助于全面了解生理及病理状态下经典Wnt信号通路对OPCs的影响。

1 少突胶质前体细胞的发育

OPCs是OL细胞系发育的关键细胞，具有典型的三极突起，常用Olig2、A2B5、NG2、PDGFR-α等抗体标记。生理状态下，OPCs起源于NSCs，NSCs在Olig1、Olig2、Nkx2.2和Sox10等转录因子的作用下沿着OL细胞系逐步分化为OPCs。成熟OLs是CNS内唯一的成髓鞘细胞，可用MOG、MBP、CNP等抗体标记，包绕轴突形成髓鞘，分泌神经营养因子，营养轴突，维持髓鞘[1]。

2 Wnt/β-catenin信号通路及其调控机制

Wnt信号通路分为非经典和经典两类。非经典Wnt通路主要包括Wnt/JNK通路和Wnt/Ca2+通路，参与细胞骨架的重排和对运动功能的调节。经典Wnt/β-catenin通路通过促进β-catenin的转录入核，调节核内靶基因的表达，在CNS中扮演着重要作用，表现为促进神经元的轴突导向，树突生长，突触分化和神经递质的释放。非经典和经典Wnt通路不同程度地参与了对OPCs增殖、迁移和分化的调控，但目前关于非经典Wnt通路影响OPCs的研究较少，本文主要对经典Wnt/β-catenin通路对OPCs生长发育的作用进行综述。

经典Wnt通路是由Wnt配体(Wnt2,Wnt2b,Wnt3,Wnt3a，Wnt7a, Wnt7b等)、胞膜受体(Fz1, Fz2，LRP5, LRP6)、胞内蛋白和转录因子共同组成。β-catenin是Wnt/β-catenin信号通路的关键分子,其氨基端具有蛋白激酶的磷酸化位点,调节其蛋白的稳定性；羧基端具有转录活性结构域，其中段介导与其它蛋白的相互作用[2]。正常情况下β-catenin与结肠腺癌息肉蛋白(Adenomatous Polyposis Coli, APC)、糖原合成酶激酶-3β(Glycogen Synthase Kinase-3β,GSK-3β)、 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子1(Cycclin-dependent Kinase Inhlbitor1,CKI1)和轴蛋白(Axin)共同形成降解复合物。GSK-3β是丝氨酸/苏氨酸激酶,其活性由不同的磷酸化位点调节，磷酸化的GSK-3β活性降低。GSK-3β可磷酸化β-catenin,使β-catenin因磷酸化后被泛素连接酶识别而被蛋白酶体降解，从而维持胞内β-catenin浓度处于较低水平。在一定生理和病理刺激下，Wnt配体与细胞膜受体结合，激活胞内蓬乱蛋白1(Scaffolding protein dishevelled 1, Dvl)并募集蛋白复合体到细胞膜表面使β-catenin解离出来，解离的β-catenin不断在胞内聚集并进入细胞核与转录因子TCF/LEF 结合，调控下游靶基因的转录表达，发挥相应的生物学效应[3]。

3 Wnt/β-catenin信号通路对少突胶质前体细胞生长发育的调控

Wnt/β-catenin信号通路在早期端脑发育过程中发挥着至关重要的作用。有研究发现[3]从E9.5到E14.5期间OPCs出现在小鼠端脑的内侧神经节隆起(The Medial Ganglionic Eminence, MGE)并向外迁移时，可检测到Wnt7a、Wnt7b、Wnt8b和Fzd3的表达几乎覆盖了整个脑室区，Fzd1和Fzd2在端脑背侧和腹侧也有所表达。E15.5时到达外侧神经节隆起(Lateral Ganglionic Eminence,LGE)的OPCs继续向着Wnt配体表达较高的背侧迁移，E21/P0时由背侧继续向皮层迁移。随着端脑发育的成熟，OPCs逐渐分化为成熟OLs，Wnt的表达也逐渐下调。出生10d后脑内OPCs近乎消失，在成年鼠脑内维持5%-8%具有增殖分化能力的OPCs，Wnt基因在成年鼠脑内也近乎沉默[3, 4]。端脑发育过程中Wnt的时空表达与OPCs运动的相互关联表明Wnt/β-catenin信号通路与OPCs的生长发育有着重要联系[1, 4]。

3.1 Wnt/β-catenin信号通路与OPCs分化的内在联系

正常情况下Wnt/β-catenin信号通路对OPCs分化的调控大概可分为对 NSCs向OPCs分化和OPCs向OLs分化两个阶段的调控，并与Wnt激活程度相关。有人观察在激活β-catenin表达的小鼠脊髓内仅只有少部分的Olig1+/Olig2+细胞，且被局限在pMN区域，而β-catenin未被激活的对照组大鼠却存在大量增殖的Olig1+/Olig2+细胞，并分散到周围区域。转基因小鼠Axin2LacZ(敲除Wnt负调控因子Axin2从而激活β-catenin)的免疫组化结果显示小鼠脊髓内E13.5 Sox10+/Pdgfrα+OPCs数目减少，P0时恢复正常，这表明β-catenin的激活可能延迟了NSCs向OPCs的分化。此外P0时可检测到被Tcf7l2、Plp、MBP等抗体标记的未成熟OLs和OLs细胞数目减少，这表明β-catenin的激活还抑制了OPCs向OLs的成熟分化。然而当突变β-catenin阻断该通路时，E12.5仍然出现了增多的OPCs，但在E18.5时Plp蛋白减少，到P7和P15时OLs数目有所增多但与正常组相比仍然较少[5]，这表明阻断Wnt/β-catenin通路能促进早期OPCs的产生，但会抑制OPCs向OLs的分化，与此前结果矛盾，提示Wnt对OPCs的调控绝不是单纯的抑制或促进，还存在其它影响因素。有研究表明通过突变β-catenin磷酸化位点来构建三种Wnt激活程度(CatLow

病理状态下，例如在脑白质损伤(White Matter Injury,WMI)和缺氧损伤导致OLs丢失，诱导NSCs增殖分化为OPCs及募集周围OPCs分化形成补充OLs参与内源性髓鞘损伤修复的过程中，Wnt/β-catenin信号通路被激活[10]，发挥相应的调控作用。Lee等[11]发现WMI后新生胶质细胞中Daam2表达增高，Daam2被发现能协同PIP5K通过经典Wnt信号通路共同抑制白质损伤和缺氧损伤后的髓鞘修复。而Apcdd1似乎能通过抑制β-catenin和LRP6对Wnt3a引起的Wnt信号通路激活时的应答，从而促进缺氧和WMI后OPCs向OLs的分化,但对OPCs不产生影响[12]。这些结果表明在病理损伤后Wnt/β-catenin信号通路可能更多地充当了抑制OPCs向OLs分化，阻碍髓鞘修复的角色，但对NSCs增殖分化为OPCs的作用还尚不明了。

3.2 Wnt/β-catenin信号通路与OPCs增殖的内在联系

正常情况下，OPCs是一种多潜能干细胞，具有较强的增殖能力，其增殖水平受多种生长因子如:血小板源性生长因子( Platelet-Derived Growth Factor ,PDGF)、碱性成纤维细胞生长因子(basic Fibroblast Growth Factor,bFGF)、神经营养因子-3(Neurotrophin-3,NT-3)和胰岛素样生长因子(Insulin-like Growth Factor 1, IGF-1)等[13]的调控。有研究指出当添加了IGF-1培养的少突胶质细胞内β-catenin蛋白的量是对照组的5-8倍，并持续增长24h，同时产生了大量促进细胞增殖的cyclinD1mRNA和增多的Ki67增殖细胞。当磷酸化Akt的Ser473位点和磷酸化GSK3β的Ser9位点，再给予IGF-1刺激能诱导β-catenin和cyclinD1 mRNA的表达增加[14]，结果表明IGF-1可以介导β-catenin通过PI3-Akt和Wnt/β-catenin信号通路促进OLs的增殖，而IGF-1促进OPCs增殖，其机制很可能与OLs一致。另有研究发现CNS内广泛表达的趋化因子CXCL12促进OPCs的增殖，其机制还可能与上调的CXCR4、CXCLR7和基质金属蛋白酶9(MMP9)[15]相关，并有大量的研究显示CXCL12/CXCR4与Wnt/β-catenin信号通路之间关系密切，二者可影响骨肉瘤细胞[16]、胰腺癌细胞[17]和卵巢癌细胞[18]的增殖迁移，因此Wnt/β-catenin信号通路影响OPCs增殖的机制还可能与CXCL12/CXCR4有关。

病理状态下，如缺血缺氧脑损伤3-7天后室管膜下区和白质区内OPCs呈现反应性增多，但只有少部分OPCs可以分化为成熟OLs[19]。有研究表明缺血缺氧后大量兴奋性毒性物质会刺激神经营养因子mRNA表达，但缺血3-5天后在胼胝体和脑室周围白质，IGF-1和IGF-1受体免疫组化阳性细胞明显减少，7-14天后逐渐恢复[20]，而在体外OPCs培养实验表明IGF-1与NT-3作用能帮助OPCs通过G1期，促进增殖[13]，这与缺血后脑内OPCs反应性增多的现象并不一致，这可能与脑缺血3-5天后神经细胞大量变性坏死，脑组织损伤过重反而抑制了神经营养因子的mRNA表达水平有关[20]，但也不排除存在其他因素的调控。缺氧损伤后Wnt信号被激活，延迟了OPCs的分化，但并不影响OPCs的增殖和补充，从而表现为增殖的OPCs难以向OLs分化,导致OPCs逐渐聚集，与缺氧损伤后OPCs反应性增多的现象一致，由此提示缺氧损伤后OPCs的增殖可能与Wnt/β-catenin信号通路相关，但具体机制目前尚不清楚。

3.3 Wnt/β-catenin信号通路与OPCs迁移的内在联系

近年来人们利用Boyden-Chamber Transwell体外迁移模型[21]、OPCs水凝胶支架纳米纤维平台培养[22]、免疫组化及定量测定迁移距离[23]等方法来研究OPCs的迁移，发现细胞内在机制[24]，细胞极性[25]、细胞外信号[26]和神经活动[27]等因素影响着OPCs的迁移运动。有研究表明谷氨酸可通过NMDA受体刺激神经细胞粘附分子表达从而促进OPCs的迁移[28]，而NMDA受体的活化能使GSK-3β的Ser9位磷酸化水平增加,抑制其活性,减少β-catenin蛋白降解[29]。此外Tsai等[30]研究还发现脑血管可以作为端脑正常发育过程中OPCs迁移的物理支架，OPCs可沿血管以爬行和跳跃的方式向皮层扩展，具体机制与Wnt/β-catenin信号通路的激活有关。迁移过程中Wnt7a/Wnt7b的分泌促进OPCs胞内CXCR4的转录和翻译，CXCR4与血管内皮细胞上SDF1配体结合，使OPCs黏着于血管表面，促使OPCs沿血管支架向前迁移。由此可见，Wnt/β-catenin信号通路对OPCs迁移的调控可能与NMDA受体和血管有关。

病理状态下，如脑白质病变后SVZ区激活的OPCs和损伤区周围的OPCs因白介素-1β的高度表达，阻碍了其向胼胝体区迁移，进而影响了脑缺血后的髓鞘修复[31]。MACO模型中可观察到Wnt/β-catenin的激活，该通路的激活不仅能促进缺血周围脑组织的血管新生，高度激活还能增加OPCs 内CXCR4的表达，使OPCs与血管紧密结合无法分散到中枢的其它区域[30]。缺血缺氧后OPCs迁移能力受到影响可能也与缺血后Wnt/β-catenin的激活有关[32]。此外，细胞周期素依赖蛋白激酶5(Cyclin-dependentKinase5,CDK5)在脱髓鞘损伤后可通过介导其下游的GSK-3β和AKT影响髓鞘的再生修复[33]。新生大鼠(p7)缺血缺氧后CDK5表达量基本不变但活性增强，下游信号蛋白p-tau表达升高[34]，Wnt的负调控因子GSK-3β可以调控tau的磷酸化位点，因此病理状态下Wnt/β-catenin对OPCs迁移的调控还可能与CDK5介导GSK-3β磷酸化tau蛋白，减少tau与微管的相互作用有关[35]。

综上所述，正常端脑发育时，Wnt配体和受体蛋白在E9.5 OPCs产生前就已经广泛表达，这可能是因为Wnt/β-catenin信号通路在早期以促进神经元发生为主，抑制NCSs向OPCs分化，延迟OPCs的产生。E12.5OPCs出现时，血脑屏障已经建立[36]，使得OPCs在Wnt/β-catenin信号通路的调控下沿血管向外迁移并逐渐分化为OLs。随着大脑发育成熟，Wnt逐渐下调，OPCs数目也越来越少。病理刺激时，Wnt/β-catenin信号通路被激活，损伤区周围反应性增殖的OPCs难以迁移至损伤区域分化为OLs可能与Wnt介导的OPCs和血管粘附作用增强和NMDA受体激活相关。随着机体恢复，新生血管增多，缺氧环境改善[37]，Wnt表达下降，高浓度抑制OPCs分化作用减弱，同时新生血管供给O2增多，满足OPCs分化所需能量，少部分OPCs分化为成熟OLs,修复髓鞘。由此可见，Wnt信号通路对OPCs的生长发育具有重要作用[3、11、14、30]。

4 小结与展望

OPCs在脱髓鞘及髓鞘化障碍的髓鞘修复和再生中具有重要作用，研究Wnt/β-catenin信号通路对OPCs生长发育过程的调控机制可能为相关疾病提供新的治疗思路。但该通路在分子或基因水平上对OPCs生长发育的具体调控机制以及非经典Wnt信号通路对OPCs的生长发育又有怎样的影响，目前尚不清楚。随着人们对OPCs及Wnt/β-catenin信号通路的不断深入研究，这些问题终将得到解决，人们对脱髓鞘疾病的治疗也会有新的认识。

致谢：本文在撰写过程中，李天给予了大力支持帮助，在此表达诚挚的谢意。