牛凱旋，劉思楊，馮猛，呂威力，邢雪松

（1.沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2014級(jí)8班；2.2014級(jí)17班；3.病理解剖學(xué)教研室；4.解剖學(xué)教研室）

PI3K/Akt/GSK-3β/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生修復(fù)的研究進(jìn)展

牛凱旋1，劉思楊2，馮猛1，呂威力3，邢雪松4*

（1.沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2014級(jí)8班；2.2014級(jí)17班；3.病理解剖學(xué)教研室；4.解剖學(xué)教研室）

PI3K/Akt信號(hào)通路和Wnt/β-catenin信號(hào)通路通過(guò)活化多種效應(yīng)分子，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞分裂增殖，在細(xì)胞存活方面發(fā)揮著重要作用。實(shí)驗(yàn)研究表明這兩種信號(hào)通路在神經(jīng)細(xì)胞凋亡和再生方面也起到關(guān)鍵作用，為以兩種信號(hào)通路關(guān)鍵分子為靶點(diǎn)的研究提供有力參考和保證，特別是在目前廣泛研究的腦缺血損傷與修復(fù)方面。

PI3K/Akt信號(hào)通路；Wnt/β-catenin信號(hào)通路；腦缺血損傷；神經(jīng)干細(xì)胞

隨著神經(jīng)系統(tǒng)疾病的逐年增多，腦卒中已成為發(fā)病率較高的一類疾病。臨床上通過(guò)使用溶栓藥和動(dòng)脈介入進(jìn)行治療腦卒中。但是，溶栓治療在急性腦缺血損傷早期可能有效，若超過(guò)了治療的時(shí)間窗，則治療很難發(fā)揮明顯效果。目前在已經(jīng)了解神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells，NSCs）的再生修復(fù)能力的基礎(chǔ)上，運(yùn)用NSCs進(jìn)行腦缺血損傷的治療修復(fù)。諸多研究表明腦缺血損傷可以激活多條信號(hào)通路，包括PI3K/Akt信號(hào)通路和Wnt/ β-catenin信號(hào)通路，調(diào)控NSCs的增殖分化。盡管在這種刺激下產(chǎn)生的NSCs的數(shù)量并不多，遠(yuǎn)不能滿足臨床治療需要，但是這個(gè)事實(shí)及NSCs自我更新、多向分化的特性為腦缺血損傷的治療帶來(lái)了新的思考方向。對(duì)于NSCs的研究主要包括促進(jìn)內(nèi)源性NSCs的激活、增殖與分化和移植外源性NSCs。內(nèi)源性NSCs由于是使用自身有利資源，可以避免在獲取過(guò)程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)性和局限性以及移植過(guò)程中產(chǎn)生的免疫排斥、來(lái)源較短缺等問(wèn)題，因此，在治療神經(jīng)損傷疾病中越來(lái)越受關(guān)注［1］。本文就腦缺血損傷、NSCs的再生修復(fù)及PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信號(hào)通路參與情況作一綜述。

1 腦缺血損傷及修復(fù)

腦缺血損傷主要表現(xiàn)為急性腦梗死。大量研究主要從急性腦梗死后應(yīng)用溶栓治療和神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)方面進(jìn)行血液再通，同時(shí)恢復(fù)氧和葡萄糖的供給，進(jìn)而修復(fù)神經(jīng)元。但是不盡人意的是腦組織對(duì)于缺血缺氧的耐受有一定的時(shí)間窗，如果超過(guò)耐受時(shí)間窗，腦組織在缺血再灌注后會(huì)發(fā)生更嚴(yán)重的損傷。這種損傷常由腦能量代謝紊亂、Ca2+超載、氧自由基損傷、炎癥反應(yīng)、酸中毒、興奮性氨基酸毒性作用等化學(xué)變化引起，最終都可以導(dǎo)致神經(jīng)元損傷甚至細(xì)胞死亡［2］。細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡。在細(xì)胞凋亡過(guò)程中，相關(guān)基因被激活后，進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)錄、翻譯、編碼合成蛋白質(zhì)等主動(dòng)性的程序性死亡過(guò)程。高壓氧（HBO）、重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）均可以通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路和Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制炎癥和凋亡，減少梗死面積，增加腦血流量，促進(jìn)NSCs增殖分化，對(duì)缺血患者的神經(jīng)功能改善效果明顯［3］。目前Akt對(duì)β-catenin的調(diào)控作用的研究主要集中在抗腫瘤作用中，而這種調(diào)控作用是否在腦缺血損傷中發(fā)揮作用尚未見(jiàn)報(bào)道。

2 傳導(dǎo)通路參與神經(jīng)細(xì)胞的再生修復(fù)

在神經(jīng)細(xì)胞受到損傷時(shí)，內(nèi)源性NSCs可進(jìn)行自我更新及分裂增殖，從而修復(fù)損傷的神經(jīng)細(xì)胞，維持自身數(shù)目的穩(wěn)定。內(nèi)源性NSCs對(duì)受損部位和損傷細(xì)胞有強(qiáng)烈的感知能力，快速地遷移到受損部位，并且可以多向分化為神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞等進(jìn)行修復(fù)。內(nèi)源性NSCs分布在成年哺乳動(dòng)物的側(cè)腦室管膜下區(qū)、海馬齒狀回、大腦皮質(zhì)、紋狀體等區(qū)域，但以室管膜下區(qū)和海馬齒狀回顆粒下層為多。

2.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路 在大鼠腦缺血損傷模型中，損傷后1～2周NSCs水平達(dá)高峰，2～3周開(kāi)始下降，3～6周回落至正常水平［4］。NSCs的增殖分化是多種因素的協(xié)同作用，其機(jī)制主要為微環(huán)境調(diào)控和自身基因調(diào)控。前者除了堿性成纖維生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor，EGF）、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）、胰島素樣生長(zhǎng)因子等，還包括損傷刺激、炎癥刺激及谷氨酸、5-羥色胺、腎上腺素、GABA、Ach等神經(jīng)遞質(zhì)。對(duì)于后者目前研究較多的有骨形成蛋白-2（BMP-2），bHLH、STATs轉(zhuǎn)錄因子及PI3K/Akt、Wnt/β-catenin等信號(hào)途徑。Wnt基因起初被稱為int基因，是在患有乳腺癌的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并克隆出的具有重要胚胎發(fā)育意義的原癌基因，隨后被研究證實(shí)其也為果蠅無(wú)翅基因（wingless，wg）的同源物，因此將二者共同稱為Wnt基因。胞漿中的β-catenin水平可以決定Wnt信號(hào)的傳遞，因此其為主要的效應(yīng)分子。糖原合酶激酶（GSK-3β）是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，在未受到刺激時(shí)或者在靜息的細(xì)胞中有活性，可以抑制細(xì)胞中β-catenin的表達(dá)，使其保持較低水平［5-6］。當(dāng)Wnt蛋白存在時(shí)，Wnt蛋白通過(guò)擴(kuò)散與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)竭_(dá)靶細(xì)胞時(shí)，先與靶細(xì)胞中β-catenin上游分子中的Frizzled蛋白發(fā)生特異性結(jié)合，二者結(jié)合后，激活上游分子中的Dishevelled蛋白，Dishevelled蛋白激活后可以抑制APC-Axin-GSK3β復(fù)合體的活性，防止細(xì)胞內(nèi)游離的β-catenin被降解并使其逐漸在胞質(zhì)內(nèi)積聚并被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核內(nèi)，之后與βcatenin下游分子中的TCF/LEF等典型轉(zhuǎn)錄因子共同形成復(fù)合物，激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)［7］。Israsena等［8］發(fā)現(xiàn)超表達(dá)β-catenin和FGF2共同作用于NSCs可以保持增殖的狀態(tài)，但當(dāng)FGF2去除后，超表達(dá)β-catenin明顯促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元分化，染色質(zhì)免疫沉淀分析證實(shí)β-catenin和Lef1均直接與neurogenin基因的啟動(dòng)子結(jié)合促進(jìn)神經(jīng)元的分化。研究證實(shí)在大鼠有腦缺血損傷表現(xiàn)時(shí)，其腦內(nèi)NSCs會(huì)大量增殖、遷移和分化，進(jìn)行大鼠腦組織的修復(fù)和神經(jīng)組織的再生，使神經(jīng)功能有所改善［9］。絲裂原信號(hào)在影響NSCs增殖的外在因素中起著重要的作用，其中bFGF與EGF是NSCs增殖所必須的。二者的作用并不相同，研究表明bFGF在胚胎發(fā)育中起著維持神經(jīng)前體細(xì)胞生存并擴(kuò)增的作用，EGF則在發(fā)育晚期的作用更重要，但是都是通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路和Wnt/β-catenin信號(hào)通路協(xié)同作用調(diào)控微環(huán)境和自身基因［10］。研究轉(zhuǎn)基因β-catenin小鼠發(fā)現(xiàn)，在β-catenin持續(xù)作用下NSCs的數(shù)量明顯增加，導(dǎo)致5 d胎鼠的大腦皮質(zhì)表面積明顯擴(kuò)大，本應(yīng)光滑的大腦皮層出現(xiàn)腦溝和腦回［11］。

2.2 糖原合酶激酶（GSK-3β） GSK-3β是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，氨基端由一閉合的β-桶狀的結(jié)構(gòu)組成，羧基端包含一個(gè)“激酶折疊”，兩者中間由一個(gè)小的超結(jié)構(gòu)域連接，可識(shí)別并磷酸化特定序列。由于GSK-3β是β-catenin的降解因子，可以磷酸化β-catenin的氨基末端3個(gè)保守的絲氨酸/蘇氨酸殘基，進(jìn)而促進(jìn)β-catenin被泛素化降解，因此GSK-3β是Wnt/β-catenin信號(hào)途徑的關(guān)鍵因子，可以直接調(diào)控胞漿中β-catenin蛋白的穩(wěn)定性。有文獻(xiàn)證實(shí)，在體外，GSK-3β不能直接作用于β-catenin，還需要Axin和APC促進(jìn)其與βcatenin的相互作用［12-13］。

2.3 PI3K/Akt信號(hào)通路 對(duì)于多種細(xì)胞因子介導(dǎo)的細(xì)胞，PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)其生存發(fā)揮重要作用，是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路［14］。PI3K激活后，可以使磷肌醇類發(fā)生磷酸化，從而發(fā)揮生物活性，使Akt活化。Akt為一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，又稱蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）。當(dāng)PI3K被激活時(shí)，位于其D3位點(diǎn)的磷脂酰肌醇-3，4-二磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱字＜〈?3，4，5-三磷酸鹽，發(fā)生轉(zhuǎn)變后，磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸鹽可以與信號(hào)蛋白Akt和磷脂酰肌醇依賴性激酶-1（phosphoinositide-dependent protein kinase，PDK-1）結(jié)合，促使PDK1磷酸化AKT蛋白，從而活化Akt，使細(xì)胞發(fā)生多種生理變化。Barnabé-Heider等［15］研究認(rèn)為，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子通過(guò)自分泌或旁分泌調(diào)節(jié)PI3K/AKT途徑，維持神經(jīng)前體細(xì)胞的存活，通過(guò)LY294002等阻斷PI3K活化后，對(duì)于NSCs誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞并沒(méi)有顯著影響。用電針刺激新生大鼠曲池、外關(guān)、環(huán)跳、足三里穴位，電針組PI3K/Akt信號(hào)通路和Wnt/β-catenin信號(hào)通路分子表達(dá)明顯增加，BrdU指示數(shù)量顯著高于對(duì)照組，提示電針對(duì)NSCs增殖有益。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練也能通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路和Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)梗死邊緣區(qū)NSCs增殖、促進(jìn)抗凋亡蛋白表達(dá)，降低促凋亡蛋白表達(dá)來(lái)促進(jìn)卒中后神經(jīng)功能恢復(fù)［16］。Shioda等［17］研究發(fā)現(xiàn)，磷酸肌醇三磷酸激酶-絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白可以促進(jìn)腦缺血后NSCs增殖，表明通過(guò)加強(qiáng)PI3K-AKT-mTOR基因表達(dá)水平促進(jìn)NSCs的增殖。

3 小結(jié)

目前，促進(jìn)神經(jīng)發(fā)展已成為多種神經(jīng)疾病的治療方向，而作為具有自我更新和多方向分化潛能的原始細(xì)胞，即內(nèi)源性NSCs，成為神經(jīng)系統(tǒng)治療的熱點(diǎn)。在細(xì)胞分子水平對(duì)內(nèi)源性NSCs詳細(xì)了解的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)NSCs內(nèi)分子靶點(diǎn)來(lái)促進(jìn)神經(jīng)再生，對(duì)于神經(jīng)治療有重要意義。PI3K/Akt信號(hào)通路可調(diào)控胚胎干細(xì)胞的增殖分化，參與血管性癡呆及增殖分化過(guò)程。Akt作為下游分子，可以被bFGF磷酸化，在磷酸化的GSK-3β的Ser-9殘基作用下，磷酸化的Akt也可失活。同時(shí)，GSK復(fù)合物的活性受到抑制，阻礙β-catenin的降解，使其含量增加，大量累積進(jìn)入細(xì)胞核中，與Tcf-4結(jié)合，調(diào)控下游分子CyclinD1轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)控NSCs的增殖分化。由此看出PI3K/Akt信號(hào)通路不僅關(guān)系細(xì)胞存活，同時(shí)影響β-catenin及下游分子，促進(jìn)NSCs增殖分化為成熟神經(jīng)元和發(fā)揮缺血乏氧的修復(fù)作用。所以，可以推斷，Akt和β-catenin在信號(hào)通路上發(fā)揮重要作用，極有可能是治療腦血管疾病的重要靶分子。

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（文敏編輯）

Research Progress of PI3K/Akt/GSK-3β/β-catenin Signaling Pathway in Promoting Nerve Cell Regeneration and Restoration

NIU Kaixuang1，LIU Siyang2，F(xiàn)ENG Meng1，LYU Weili3，XING Xuesong4*

（1.Grade 2014，Class 8，Shenyang Medical College，Shenyang 110034，China；2.Grade 2014，Class 17；3.Department of Pathology；4. Department of Anatomy）

PI3K/Akt and Wnt/β-catenin signaling pathways can promote cell proliferation mainly through the activation of a variety of molecules，and play an important role in cell survival，nerve cell regeneration and apoptosis inhibition.The critical moleculars of the two signaling pathways could be targets to treat cerebral ischemia injury and repair.

PI3K/Akt signaling pathway；Wnt/β-catenin signaling pathway；cerebral ischemic injury；neural stem cells

R338.1

A

1008-2344（2017）01-0069-03

10.16753/j.cnki.1008-2344.2017.01.022

2016-08-30

遼寧省科技廳科學(xué)技術(shù)計(jì)劃資助項(xiàng)目（No.201602729）

邢雪松（1973—），男（漢），博士，副教授，研究方向：神經(jīng)生物學(xué).E-mail：syyxyx@sina.com