Ski在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用及机制研究进展

向高，刘开鑫，巩朝阳，杨亮，张海鸿

1.兰州大学第二医院骨科，甘肃兰州市730030；2.兰州大学甘肃省骨关节疾病研究重点实验室，甘肃兰州市730030

脊髓损伤是导致人类残疾、死亡的重要原因之一，常由高处坠落、交通事故、重物砸伤、运动损伤等原因造成，往往引起严重的感觉及运动功能障碍。脊髓损伤后，小胶质细胞的激活、星形胶质细胞的增殖以及胶质瘢痕的形成等多种因素共同影响脊髓轴突有效的再生。胶质瘢痕的形成是一个多种因素影响、多种细胞参与的过程，如活化的星形胶质细胞、成纤维细胞、胶质前体细胞、小胶质细胞、巨噬细胞和施万细胞等都发挥着相应的作用[1-2]。其中，星形胶质细胞的活化及反应性星形胶质细胞增生过程是影响脊髓损伤后胶质瘢痕形成、轴突再生及神经功能恢复的关键因素[3]。

Ski是一种参与并调节多种细胞增殖、分化及转化的进化保守蛋白[4-5]。相关研究表明，在正常脊髓组织中Ski呈低表达状态，而在脊髓损伤后Ski呈高表达状态，故推测Ski可能作为一种信号分子调控星形胶质细胞的活化、增殖及迁移等过程，从而影响胶质瘢痕的形成[6-10]。本文将对Ski在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用及机制的研究进展进行简要综述。

1 Ski

Ski在Sloan-Kettering病毒基因组中被首次发现，参与多种细胞的增殖、分化、转化以及肿瘤进展[5]。大量研究证实，在人类、非洲爪蟾、大鼠、小鼠、斑马鱼、果蝇等物种中，Ski及其家族成员广泛存在并发挥特异性功能。Ski不仅在肝脏再生、组织创伤愈合、肿瘤发生、血管增生、平滑肌增生及骨骼肌分化等领域发挥重要的调控作用，而且在神经系统、脊髓损伤等领域也发挥着重要的调控作用[4]。

1.1 Ski在神经系统中的作用

Ski在神经系统的发生、发展中发挥着十分重要的作用[4]。施万细胞是一种在周围神经系统中具有保护轴突、促进髓鞘再生等作用的神经胶质细胞。Atanasoski等[11]研究发现，在施万细胞的发育以及髓鞘形成的过程中，Ski可通过调节转化生长因子-β (transforming growth factor-beta,TGF-β)信号通路，对施万细胞发育和髓鞘形成发挥重要的调控作用。TGF-β信号通路在调控胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)的行为方面起着非常重要的作用，并且TGF-β水平升高与肿瘤高级别、肿瘤晚期、患者预后差存在显著相关性[12]。Jiang等[13]在敲除Ski基因后发现GBM细胞中的TGF-β信号通路得到激活。另外，Ski在胼胝体神经元中有着一定的调节作用[14]，在小脑浦肯野细胞的分化中也参与着重要的调节作用[15]。这些研究都证明Ski在神经系统中发挥着重要的调节作用。

1.2 Ski调控的信号通路

Ski已经被证实在TGF-β信号通路及其超家族成员之一的骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)信号通路、Sonic hedgehog(Shh)信号通路、核激素受体信号通路、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路等多个信号通路中发挥着广泛的作用[5]。有研究发现，Ski可能在脊髓损伤后通过调控TGF-β信号通路和MAPK信号通路，从而调节星形胶质细胞的相关作用，进而影响胶质瘢痕的形成。但具体作用机制尚未完全明确，仍需做进一步研究。

2 星形胶质细胞

在中枢神经系统(central nervous system,CNS)中，星形胶质细胞是最重要的细胞之一，广泛分布于CNS各个区域。星形胶质细胞在正常的脊髓中发挥着重要作用，如为神经元的代谢提供物质支持，在稳定细胞外液及离子平衡、清除和释放细胞外兴奋毒性的谷氨酸等方面也起着重要作用。脊髓损伤后，星形胶质细胞经活化、肥大、增殖等被激活为反应性星形胶质细胞，与脊髓中的其他细胞一起参与胶质瘢痕的形成[16]。

2.1 星形胶质细胞的形态和功能特点

在传统意义上可将星形胶质细胞分为两类，一类为原浆性星形胶质细胞(protoplasmic astrocyte)，多分布于CNS灰质，细胞突起短粗且分支多，胞质内胶质丝含量较少；另一类为纤维性星形胶质细胞(fibrous astrocyte)，多分布于CNS白质，细胞突起长细且分支少，胞质胶质丝含量多。组成胶质丝的蛋白被称为胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)，是星形胶质细胞的特征性标志物。原浆性星形胶质细胞和纤维性星形胶质细胞与血管之间均有着广泛的联系[17]。

在正常的脊髓中，星形胶质细胞释放的多种神经营养因子，可作用于神经元的成熟、迁移、分化等过程中[18]，在突触的形成及突触传递过程也发挥着重要的调节作用[19]。星形胶质细胞还参与血脊柱屏障的形成及维护[20]；通过调节多种蛋白，维持CNS中离子的稳态。同时，星形胶质细胞中有大量水通道蛋白表达，在细胞外液的平衡中发挥着积极作用并控制水肿[21]。

2.2 脊髓损伤后星形胶质细胞的变化

脊髓损伤后星形胶质细胞的变化主要表现为细胞突起增多、肥大、增殖、迁移、分化等，星形胶质细胞的特征性标志物GFAP及波形蛋白(vimentin)的表达均增加，并且活化的星形胶质细胞还释放硫酸软骨素蛋白多糖、多种细胞因子及趋化因子等[22]。

传统的观点认为，神经元和少突胶质细胞才是对神经功能恢复有作用的细胞[23]，而星形胶质细胞以及反应性星形胶质的增生被认为是对神经功能恢复的不利因素。胶质瘢痕不仅作为一种致密的物理屏障使得轴突难以穿越，而且活化的星形胶质细胞还会分泌一些抑制性的细胞外基质分子，如硫酸软骨素蛋白多糖、腱糖蛋白等，作为化学屏障抑制轴突的生长和再生。近年来，随着研究的不断深入，星形胶质增生过程在脊髓损伤等多种CNS疾病中的有利作用逐渐被认识。星形胶质增生及瘢痕形成不但可以使得损伤的神经组织愈合，而且可以作为一道屏障，限制损伤部位炎症向损伤周围扩散，使损伤周围组织及细胞免受进一步损伤[24]。活化的星形胶质细胞可通过清除细胞外兴奋毒性的谷氨酸盐、稳定细胞外液和离子平衡、修复血脑屏障等发挥作用。脊髓损伤时，星形胶质细胞除了会表达一些有害分子以外，它还发挥着重要的内源性神经保护作用，并分泌促进生长的脑源性神经营养因子、睫状神经营养因子，神经生长因子、碱性成纤维生长因子等神经营养因子，以及层粘连蛋白和纤维连接蛋白等细胞外基质类蛋白[25]。

总之，越来越多的证据表明，星形胶质细胞不仅在形成胶质瘢痕中起到重要作用，而且在组织保护及神经功能的保护中也不可或缺[26-27]。

2.3 Ski对星形胶质细胞的影响

周开升等[6-7]研究发现，Ski在脊髓中主要表达于星形胶质细胞中，而且在肥大增生的星形胶质细胞中高表达。赵鑫等[8-9]研究发现，沉默Ski基因明显降低星形胶质细胞的增殖活性及迁移能力。这些都证明Ski可能调控星形胶质细胞的生物学功能，并且与星形胶质细胞的增殖和迁移功能紧密相关。王明等[28]研究发现，Ski可以调节星形胶质细胞的炎症反应过程，从而影响星形胶质细胞的增殖及迁移过程。我们推测Ski可能是一种新的调控脊髓损伤后星形胶质细胞增生、胶质瘢痕形成及调控其炎症反应等过程的重要分子，具体分子机制还有待研究。

3 TGF-β信号通路

TGF-β是一个分子质量为25 kDa的多肽分子，最初从小鼠的肉瘤细胞中由Roberts等[29]分离得到，后来TGF-β及其超家族成员逐渐被发现。TGF-β及其超家族成员在胚胎发育、细胞增殖分化、组织器官形态的发生发展以及免疫调控等方面都发挥着重要的作用。

3.1 TGF-β经典信号通路

TGF-β经典信号通路主要是通过激活Smad通路进行传导的。Smad是一类能够起到“第二信使”作用的胞浆蛋白分子，主要的作用是将TGF-β信号由细胞外传递至细胞核内，从而启动靶基因的转录。其传导过程如下。

TGF-β首先与细胞膜上的特异性TGF-β受体(TGF-β receptor,TβR)II结合成二聚体复合物，直接诱导TβR II胞内段的激酶区域发生构相改变，使TβR II发生活化，并且能够易化随后发生的TβR I磷酸化。之后，TGF-β与TβR II形成的二聚体复合物和二聚体形式的TβR I结合形成异四聚体，并同时磷酸化TβR I的GS区的丝氨酸/苏氨酸残基，从而激活TβR I[30]。活化的TβR I在蛋白SARA(Smad anchor for receptor activation)的协助下使Smad2和Smad3激活，并与Smad4结合形成Smad2/3-Smad4转录复合物。该复合物通过C端的MH2区域和胞内核孔蛋白(nucleoporins)接触，转至细胞核内[30]。Smad蛋白寡聚体与特异性DNA片段在细胞核内相结合，引起一系列功能基因的转录与表达。

这一过程中TβR I的GS区激活被认为是极其关键的一步。此外，TGF-β除了激活经典的Smad通路外，还能直接通过TβR I、TβR II，或者其他接口蛋白激活非Smad通路，例如MAPK通路等[31]。Smad通路和非Smad通路之间相互交联，从而形成TGF-β信号通路错综复杂的调节网络。

3.2 Ski与TGF-β信号通路

Ski主要通过TGF-β信号通路发挥重要作用，主要是对TGF-β的负调控作用[32]。TGF-β在慢性神经退行性疾病中能缓解其炎症反应[33]，从而在神经保护方面有重要的作用。TGF-β可促进施万细胞的增殖及抑制施万细胞的成髓鞘；而Ski可通过TGF-β信号通路发挥相关作用。Ski过表达后可以使TGF-β介导的细胞增殖得到相应的抑制[11]。推测Ski可能通过TGF-β信号通路在神经系统中发挥着重要作用。

TGF-β信号通路在肾、心肌等多种组织纤维化及胶质瘢痕形成中都有着重要作用。Tyor等[34]研究发现，TGF-β的表达量与星形胶质细胞的增殖呈正相关。Buss等[35]研究发现，TGF-β1参与胶质瘢痕的形成及其炎症反应过程，而TGF-β2在胶质瘢痕的维持过程中发挥着重要作用。这说明星形胶质细胞的增生及胶质瘢痕形成与TGF-β密不可分，而Ski在TGF-β通路中有着重要的调控作用，所以推测Ski可能通过TGF-β通路调控星形胶质细胞增生及胶质瘢痕形成。

4 MAPK信号通路

MAPK信号通路能够将细胞外的信号传递至细胞质或细胞核内，从而在调节众多细胞功能过程中起到极为重要的作用，如细胞的增殖、分化和凋亡等[36]。Ras-p-Raf1-p-细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2信号通路作为研究最多的MAPK信号通路之一，在各类疾病中起到重要作用，相关实验和研究正在逐步展开。

Ras蛋白是癌基因Ras的编码产物[37]。Ras活化后与效应蛋白Raf1结合，活化的Raf1最终激活ERK1/2，在细胞增殖和分化过程中具有重要作用[38]。Ryu等[39]研究发现，神经胶质细胞的增殖与胶质细胞中Ras蛋白表达量呈正相关。Ras-p-Raf1-p-ERK1/2信号通路在星形胶质细胞增生过程中起到重要的调控作用[40]。该信号通路在CNS损伤后被激活，进而活化星形胶质细胞，启动CNS自我保护机制。由此可见，Ras蛋白调控下的相关信号通路与星形胶质细胞增殖活化密切相关。Zhao等[41]研究发现，在脊髓损伤下星形细胞增殖中，Ras-p-Raf1-p-ERK1/2的表达上调，且随时间变化，与Ski一致；沉默Ski后该信号通路的表达受到抑制。这都证明Ski在Ras-p-Raf1-p-ERK1/2信号通路中发挥着重要作用。

5 小结

Ski作为一种原癌基因在脊髓损伤后胶质瘢痕形成过程中发挥着重要的作用，已经受到国内外研究者们的高度重视和深入研究。Ski可通过TGF-β信号通路、MAPK信号通路等调控星形胶质细胞的活化、增殖、迁移、分化等过程，进而影响胶质瘢痕的形成，为脊髓损伤的治疗提供新的方向。脊髓损伤早期，反应性星形胶质细胞对脊髓损伤修复产生积极作用，如限制损伤范围扩大，隔离损伤区域，维持血脑屏障的稳定等，而在晚期逐渐形成致密的胶质瘢痕，分泌大量神经抑制因子，促炎因子和细胞毒性因子，对神经元再生和功能恢复却造成严重的障碍。因此，以Ski调控星形胶质细胞活化、增殖以及影响胶质瘢痕形成等为靶点的治疗仍需进一步研究。Ski在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用机制依然不是完全清楚，有待进一步研究。