神经纤维及其递质在骨髓微环境中的作用

游钰镡，罗文英

（广东医科大学附属医院检验科，广东 湛江 524000）

Schfield R 等[1]在1978 年首次提出骨髓微环境（bone marrow microenvironment，BM）这一假说。BM又称为造血干细胞龛，是造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）赖以生存的场所，它包含了血管系统、神经纤维、骨髓基质细胞及基质细胞分泌的细胞因子。BM 内的细胞与细胞、细胞与基质间相互作用，这种独特的结构和化学环境参与了HSCs 的维持，增殖和分化过程。几十年来，人们对BM 的研究越来越多，对BM 的了解也越来越深刻，渐渐从宏观转向微观的结构和分子水平理解造血干细胞龛[2，3]。BM 稳态与疾病的发生和发展密切相关，骨髓增生性肿瘤、多发性骨髓瘤、白血病等血液系统疾病的BM 都存在异常[4-6]。为此，本文就近年来神经信号如何调控BM 的研究进展进行综述。

1 BM 中的神经网络

人体存在庞大而复杂的神经纤维网络，它通过反射来维持机体的正常运转，包括内环境的动态平衡以及内外环境的统一。反射弧是神经系统进行基本活动的形态基础，它由感受器、传入神经、中枢、传出神经和效应器组成[7]。内脏神经支配着内脏、心血管、平滑肌和腺体。根据功能不同内脏神经可分为感觉神经和运动神经，感觉神经（传入神经）通常感知外界刺激，将刺激转化为神经冲动通过运动神经（传出神经）传导到效应器，引发相应的机体改变。目前大量的研究表明，BM 中也有神经分布，神经调节对其稳态的维持至关重要[8，9]。

2 传入神经/感觉神经

传入神经接受来自感受器的刺激信号并将其转变为神经冲动传到中枢，后者再通过传出神经或间接通过体液来调节机体活动。内脏感觉神经元可合成神经肽类物质[降钙素基因相关肽（CGRP）、P物质（SP）、神经激肽A（neurokininA，NKA）]并释放到周围组织，参与疾病的病理生理环节。骨膜和骨髓腔内的感觉神经几乎与血管伴行，血管附近有形态不同的游离神经末梢，大多数神经末梢结构比较简单，但也有区域复杂的神经末梢分布[10]，研究者一般可采用β3 微管蛋白、CGRP 及CGRP 抗体、抗酪氨酸羟化酶抗体等神经纤维蛋白标记神经纤维，而后可用共聚焦显微镜和三维重建技术观察其神经分布[11]。

2.1 SP SP 是由初级内脏感觉神经节细胞合成的神经肽类物质，其主要受体是NK1。NK 受体广泛表达于造血细胞、骨髓基质细胞和免疫细胞[12]。这预示着神经-免疫-血液三者可能相互联系。SP 通过骨髓壁龛参与造血调控，促进血管生成。具体来说，无论SP在体内还是体外都能直接作用于内皮细胞，促进其增殖。但对骨髓造血细胞的增殖是通过刺激血管生成因子的释放来间接刺激基质细胞发挥促血管生成作用。如：粒-单核细胞集落刺激因子（GM-CSF）、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）和干细胞因子（SCF）[13]。另外有文献报道，造血刺激因子与SP 共同调节骨髓间充质干细胞（mesenchymal stemcells，MSCs）和免疫细胞的表达，其中SP 片段可抑制造血祖细胞（hematopoietic stem-progenitor cells，HSPCs）的 增殖，而与造血刺激相关的母肽、SP 和细胞因子却导致正向造血[14，15]。已有研究证明，SP 可调节骨细胞代谢，缺乏SP 会损伤成骨细胞，致其死亡，并且SP 对各类细胞的增殖的调节具有浓度依赖性。缺乏SP或者NK1 受体会影响体外培养的成骨细胞活性，抑制其细胞增殖，不过这种抑制作用呈时间依赖性[16]。此外，SP 能激活碱性磷酸酶，通过经典的Wnt 途径促进成骨细胞分化；不过，该信号通路可被NK1 受体拮抗剂和Wnt 阻滞剂抑制。如上所述，SP 对造血的调节作用可能受多种因素影响，存在正负反馈机制，从而多重调控BM。

2.2 NKA NKA 是感觉神经元合成的另一神经肽类物质，是速激肽族的另一成员，其受体是NK2。NKA在影响造血功能方面与SP 成相反的作用，可负反馈调节SP 介导的高迁移率族蛋白1 基因（HMGB1）降低，以此在HMGB1 抑制HSPC 和保护更原始的造血细胞中发挥作用[15]。Rameshwar P 等[17]发现NKA能刺激红系祖细胞的增殖，但对集落形成单位-粒细胞巨噬细胞（CFU-GM）增殖表现为抑制作用，这与巨噬细胞炎性蛋白和转化生长因子β（TGF-β）两种负性造血生长因子有关。至今为止，关于神经肽对造血作用的研究并不是很多，就目前来看，SP 与NKA 对造血系统的调控与细胞因子的作用是密不可分的。

2.3 CGRP 与SP 和NKA 相同，CGRP 也是感觉神经元分泌的神经肽类物质。CGRP 与免疫造血系统之间有着密切的关系。研究发现，CGRP 能动员HSC，通过激活Gαs/AC/cAMP 途径作用于造血细胞并促进HSC 外排[11]。值得注意的是，CGRP 对骨髓归巢并无影响[18]。CGRP 也能调节骨代谢，它将感觉神经、免疫和骨骼三者联系起来，监测着骨环境[19]，而使用CGRP 拮抗剂或者去感觉神经支配会对骨重塑有负面影响。有研究者构建外周感觉神经功能降低小鼠模型后发现感觉神经与神经肽在骨骼对机械刺激的适应中可能起调节作用，增加负荷后，改变CGRP 的浓度能调节骨骼形成[20]。

3 中枢神经

神经系统的中枢部分就是脑和脊髓，它们控制和调节人体各个部分的生理活动。研究报道[21]，将人HSC 细胞植入发育中的脊髓病变中可观察到HSC抑制星形胶质细胞增殖，促进5-HT 能神经纤维再生，并促进功能改善，这表明中枢神经与BM 之间也存在着某种联系。如有研究者将BMSC 静脉输入到脊髓损伤模型中，发现其释放的小细胞外囊泡能促进功能修复[22]。而将BMSC 培养后的上清液作为条件培养基可以促进神经分化及生长，这可能与BMSC分泌各种营养因子发挥神经营养作用有关[23，24]。骨髓间充质干细胞衍生的外泌体也与脊髓密切相关，它能通过下调Ern1 和促进M2 巨噬细胞极化来减轻脊髓缺血再灌注损伤中的神经损伤，高表达的BMSC 衍生的外泌体microRNA-124-3p 能阻碍细胞凋亡且能减轻脊髓缺血再灌注损伤带来的神经和组织损伤[25]。同时，有研究者将BMSC 衍生的外泌体通过尾静脉输注给脊髓损伤的大鼠后，发现可以很大程度上减少大鼠的神经元细胞死亡和髓鞘丢失，并改善了大鼠的髓鞘排列，通过抑制周细胞焦亡来保护受损脊髓，最终改善脊髓损伤大鼠的运动功能[26]。

4 传出神经/内脏运动神经

根据功能、形态及药理学特点，内脏运动神经为交感神经和副交感神经，其末梢可分泌乙酰胆碱和去甲肾上腺素等神经递质，并与相应的受体作用，完成信息传递。不同的神经信号对HSC 的输出、增殖、分化、维持和归巢影响不同，交感神经信号可通过β受体调节CXCL12 的水平进而促进G-CSF 诱导的HSC 动员[27]。非髓鞘施万细胞包裹的交感神经可通过激活TGF-β 促进HSC 休眠[28]。有研究指出，神经信号对HSC 的影响与昼夜节律有关。在小鼠模型中，白天时神经信号触发HSPC 增殖分化和迁移，夜晚抑制性神经信号发挥主导作用，限制HSPC 自我更新以及骨髓归巢，而人体内的昼夜节律在夜晚时与小鼠表现相反[29，30]。因外周血的HSPC 和移植的HSPC 在昼夜的收获率不同，这给临床医生在提高HSC 产量上提供了一个新思路。尽管有这些发现，但昼夜节律与神经信号协同参与HSC 的调控的关键因素尚不清楚。

副交感神经信号对BM 的影响还有待研究，在目前有限的报道中，BM 中确有副交感神经神经存在，起源于骶髓节段的中间外侧柱和中央自主神经核，但并没有证据证明副交感神经信号直接参与HSC 和HSPC 动员。尽管如此，也不能忽视副交感神经的间接作用：一方面，目前普遍认为副交感神经和交感神经在大多数的器官中共同作用；另一方面，有研究者发现副交感神经参与骨重建，影响破骨细胞凋亡、成骨细胞增殖以及骨形成，破骨细胞在G-CSF的作用下能改变成骨细胞形态，并有数据表明破骨细胞能参与选择性祖细胞募集，将骨重塑与造血调节联系起来[31，32]。因而副交感神经在BM 的作用有待进一步探索。

总之，传出神经在BM 中发挥着重要作用，运用化学或者物理的方法干预神经支配或神经递质的再摄取，会影响HSC 的动员与休眠状态[33]。Afan AM等[34]研究发现，手术切除股神经会导致骨髓有核细胞数量减少，外周血中中性粒细胞水平升高，淋巴细胞降低。通过添加神经毒剂6-羟基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）选择性损毁交感神经末梢同样可观察到这一现象，而由于化学性交感神经切断术具有可逆性，HSC 的造血功能可在短时间内恢复。Lucas D 等[35]的研究也证实了化疗药物损伤交感神经后，小鼠的造血功能会受到损害，使用神经保护剂4-甲基儿茶酚（4-MC）能加速骨髓再生，很大程度上弥补了基因毒性损伤带来的影响，并且骨髓的肾上腺能神经退行性变会导致BM 老化。同时，Maryanovich M 等[36]采用去神经小鼠模型证明了这一现象，而使用β 受体激动剂能挽救去神经小鼠过早的衰老表型。此外，刺激神经营养因子受体（RET）可驱动HSC 生存、增殖和功能表达[37]。

5 神经纤维与血液系统疾病关系

神经纤维及其递质在BM 中的作用不可忽视，且血液系统疾病与BM 息息相关。研究发现，多发性骨髓瘤的病理生理受到神经信号的调节。β 受体阻滞剂可通过干扰β 受体的信号通路抑制细胞的增殖以及凋亡活性，服用β 受体阻断剂可改善多发性骨髓瘤患者的生存率，减少癌症进展和转移[38]，这可能与β 受体阻滞剂能抑制血管内皮生长因子与IL-6 的上调有关，而血管内皮生长因子是肿瘤生长和发展的关键因子之一。另外，有研究发现使用普萘洛尔可辅助多发性骨髓瘤患者的治疗[39]。类似地，在白血病患者中，阻断β 肾上腺素能信号能加速缺氧条件下的髓性白血病细胞的凋亡[40]。BM 中的神经病变对与骨髓增殖性肿瘤（MPN）也至关重要。骨髓交感神经纤维支配的MSC 调节正常的HSC，该机制异常会导致MPN。大多数MPN 患者在HSC 中具有Janus 激酶2（JAK2）基因的常见获得性突变，这使得该激酶具有组成型活性，导致不受控制的细胞扩增。在MPN 患者和JAK2（V617F）突变的小鼠骨髓中，支持施万细胞和巢蛋白+MSC 的交感神经纤维持续减少，这加速了MPN 的进展，而若给予神经保护药物或拟交感神经药物则可阻止MPN 进程[6]。

6 总结与展望

目前，越来越多的证据表明神经纤维及其递质可调节HSC 稳态，并参与血液系统疾病的发生和进展。但大多数的研究都指向交感神经对BM 的影响，而副交感神经的作用尚不明确，因此这是亟需探索的领域。此外，深入了解神经信号对血液系统疾病的作用可为临床医生诊治相关疾病提供更加开阔视野，有助于寻找新的诊治靶标或老药新用，探索合理的联合疗法提高患者生存率，并改善预后。