★ 顏浪輝 鄢來軍 唐煥章（.福建中醫(yī)藥大學 福州 35022；2.聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院 福州 350025）

脊髓損傷（spine cord injury，SCI）作為一種高致殘率的損傷性疾病，是臨床上比較常見的創(chuàng)傷性疾病，致傷原因多見于跌倒、高處墜落和交通事故等［1］。研究顯示：美國的 SCI發(fā)病率為（27～83）/100萬，澳大利亞的SCI發(fā)病率為（21～32.3）/100萬。在我國，通過統(tǒng)計天津市2004年1月—2008年12月869例SCI患者，得出年發(fā)病率為23.7/100萬［2-4］。SCI患者不僅身體和心理都受到嚴重傷害，而且對于其家庭也會造成巨大的經(jīng)濟負擔。郝定均等［5］報道西安SCI的平均住院費用為37 850元。Krueger等［6］調(diào)查到加拿大花費在與脊髓損傷相關的財政支出巨大，每年高達26.7億加元。因此，如何有效的治療SCI是一個亟需解決的問題。近些年來有研究表明，Sonic Hedgehog（Shh）信號通路在神經(jīng)系統(tǒng)損傷后扮演重要的角色，可起到促進神經(jīng)再生、抗氧化、抗炎等作用［7-8］?，F(xiàn)將Shh信號通路及其在脊髓損傷后表達的研究進展綜述如下。

1 Shh信號通路介紹

1980年，Nusslein-Volhard和Wieschaus等在果蠅上發(fā)現(xiàn)了一種影響發(fā)育的基因，當這種基因缺失或突變時，將會使果蠅胚胎發(fā)育成毛團狀，形似刺猬（hedgehog），便命名為 Hedgehog基因［9］。果蠅等無脊椎低等動物目前都只發(fā)現(xiàn)有單個Hedgehog基因，而在高等動物中發(fā)現(xiàn)有多個Hedgehog基因，就比如哺乳動物中發(fā)現(xiàn)至少有三個Hedgehog同源基因，分別為Sonic HH（SHH），Desert HH（DHH）和Indian HH（IHH），分別編碼三種相對應的蛋白：SHH，DHH和IHH，稱為配體。在這三種配體中，研究的最多的是Shh配體，這也是研究的最為廣泛的，其在哺乳動物多器官的發(fā)育中扮演著重要的調(diào)節(jié)作用，就比如神經(jīng)干形成、干細胞分化增殖等［10］。

Shh信號通路主要是由Shh配體、Patched（Ptch）、Smoothened（Smo）、Gli及下游的一些靶基因等組成。Shh配體可由多器官的分泌細胞產(chǎn)生，是一種胞外配體。Shh在許多動物中都存在且高度保守，其中，人與鼠的同源性高達92%。Shh配體蛋白是由Shh基因編碼的一種高度保守的分泌性糖蛋白，其相對分子量約為45kDa，具有自身催化加工的能力，使自身催化分裂成為相對分子質(zhì)量19kDa的Shh-N和26kDa的Shh-C兩條分泌多肽［11］?，F(xiàn)在的研究檢測發(fā)現(xiàn)具有完整結構的Shh蛋白無活性，但是當Shh蛋白完整結構被破環(huán)，分解為Shh-N鏈時，研究發(fā)現(xiàn)其具有生物活性［12］。其中Shh-N負責通路信號傳遞，Shh-C通過自我剪切將膽固醇基團加入Shh-N 的C端，使得Shh-N的N端借助酰基轉移酶半胱氨酸棕櫚?；M而成為有活性的可在該信號通路中發(fā)揮作用的Shh蛋白，發(fā)揮其信號傳導的能力。由抑癌基因編碼的膜蛋白Ptch，是一種12次跨膜蛋白。研究發(fā)現(xiàn)其具有：一個是結合Shh配體，另一個是抑制Smo活性，對Shh信號通路起到負調(diào)控的作用。人類的Ptch基因具有Ptch1和Ptch2兩種同源基因，其中Ptch1基因編碼的Ptch1蛋白是Hh蛋白的主要受體。當Shh配體存在時，Ptch1將會與Shh配體結合，其將不會再發(fā)揮抑制Smo活性的作用。膜蛋白Smo是一種7次跨膜蛋白，橫跨于細胞膜的兩側，由原癌基因編碼，其分子量約為115kDa，是G蛋白偶聯(lián)受體家族中的一員，也是Shh信號通路中的關鍵因素。當膜蛋白Ptch與Shh配體結合后，Smo激活，進而激活細胞內(nèi)的轉錄因子Gli。有研究表明：當具有完整結構的Shh配體蛋白未被破環(huán)分解形成具有活性的Shh-N鏈時，膜蛋白Ptch將會發(fā)揮其抑制Smo活性的作用，與Smo結合并抑制Smo活性；而當被分解成為具有活性的Shh-N鏈后，膜蛋白Ptch將會發(fā)揮其結合Shh配體的作用，與具有活性的Shh-N鏈結合，使Smo脫離Ptch，不再被Ptch抑制活性，游離的被激活的Smo又可通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷水平來激活其下游的鋅指轉錄因子Gli，被激活的Gli進入核內(nèi)，將會發(fā)揮激活或者抑制作用，進而作用于不同的靶基因［13］。人類的下游轉錄因子Gli基因具有三種同源基因，分別為Gliomaass- ociated oncogene homolog（Gli1）、GLI－ Kruppel family member 2（Gli2）、GLIKruppel family member 3（Gli3），Gli1、Gli2主要起轉錄激活作用，Gli3起轉錄抑制作用［14］，以上三種轉錄因子的DNA結合區(qū)均發(fā)現(xiàn)高度保守。其中Gli1扮演了關鍵角色，它是一種轉錄活性很高的激活因子，當其活化后，就可激活Hh信號通路，所以其常常作為該信號通路激活的標志［15］。總之，當機體處在平常情況未受刺激時，Ptch發(fā)揮其功能，抑制Smo活性，Shh信號通路處于未激活狀態(tài)。但是當機體遭受相應刺激或某些突變時，Shh配體就會與膜蛋白Ptch結合，解除對另一種膜蛋白Smo活性的抑制，激活其下游信號通路中的Gli蛋白，進而激活細胞核中的靶基因的轉錄使細胞在刺激或突變后發(fā)生增殖、分化、遷移等現(xiàn)象［16-18］。

2 Shh信號通路與脊髓損傷

Shh信號通路目前在胚胎發(fā)育、腫瘤以及腦損傷中的研究相對來說比較多，但是在脊髓及其損傷性疾病中研究較少。研究表明［19-21］：當腦組織發(fā)生損傷后，通過上調(diào)或者促進Shh信號通路的表達，可對腦組織具有修復和保護作用。而脊髓作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一部分，Shh信號通路是否具有同樣的作用？是否通過促進Shh信號通路的表達可使脊髓功能得到修復和保護？

2.1 Shh信號通路與脊髓發(fā)育 研究表明［22-23］：Shh作為一種形成素，在脊髓形態(tài)發(fā)育過程中發(fā)揮著極其重要的作用，在早期脊椎動物胚胎發(fā)育過程中檢測到Shh在中線組織中表達，比如脊髓結節(jié)、脊索和底板等，控制著胚胎發(fā)育過程中脊髓左右以及背腹軸的建立。在神經(jīng)管發(fā)育過程中，脊索處的Shh誘導了腹側底板處Shh的表達，并緩慢的向脊髓背側擴散，使腹側的Shh濃度高于背側濃度，不同的Shh濃度將會發(fā)揮不同的作用，這種不同濃度的Shh將會使神經(jīng)元前體細胞和神經(jīng)膠質(zhì)前體細胞誘導分化為神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細胞［24-25］。脊髓作為一種傳遞信息的途徑，可傳遞大腦與周圍組織之間的信息，其發(fā)揮功能主要是依靠中上行纖維束傳遞外周組織收集到的信息至大腦，依靠下行纖維束傳遞大腦發(fā)出的運動信息至外周。而這些纖維束要想能發(fā)揮其正常功能，必然要具有極其精確的空間位置，這肯定需要眾多分子調(diào)控才能確保這些纖維束形成以及前行的方向在其正常位置，以確保其傳遞的信息準確無誤［26］。在這之中，Shh扮演了極其重要的作用。研究顯示Shh是一種重要的軸突導向分子的化學引誘物，可以使位于脊髓翼板背部發(fā)育中的聯(lián)合神經(jīng)元軸突受底板高濃度Shh誘導投射到達底板［27］。當軸突到達底板后，軸突表面將會產(chǎn)生一種受體Hip，其會與Shh信號分子產(chǎn)生排斥作用，進而使聯(lián)合神經(jīng)元軸突離開底板，然后通過Shh的排斥作用和Wnt的吸引作用使聯(lián)合神經(jīng)元軸突形成正確的軸突投射，最終被分選到脊髓內(nèi)不同的纖維束，精確投射到后腦、小腦和中腦等部位［28］。且當利用特異性抗體使Shh不能發(fā)揮正常功能時，將會使神經(jīng)元軸突導向紊亂，進而出現(xiàn)一系列異常情況，就比如底板滯留、隨機向前-后方向投射以及過度投射等［29］?？傊?，Shh是脊髓發(fā)育過程中的一種非常重要的誘導分子，其不僅可以調(diào)控神經(jīng)前體細胞的分化，控制脊髓背腹軸的形成，而且作為一種具有雙重功能的軸突導向分子，可以使脊髓中正在發(fā)育中的聯(lián)合神經(jīng)元軸突向正確的方向投射，使不同部位的神經(jīng)元間建立正確的連接。此外，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中，Shh信號通路可以誘導整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)形成正確的背腹兩側分區(qū)，當這一信號通路受到異常破壞時，將導致整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)背腹側表型神經(jīng)元功能與方位的完全喪失［30］。

2.2 Shh信號通路與脊髓損傷 近些年來，有大量研究表明Shh信號通路與脊髓損傷密切相關，Shh信號通路也得到了越來越多的重視。Reimer等［31］在成年斑馬魚的脊髓實驗中發(fā)現(xiàn)損傷后的成年斑馬魚脊髓中Shh表達相對于未損傷的成年斑馬魚高，且在使用Shh信號通路的特異性抑制劑環(huán)巴胺（cyclopamine，Cyc）后，可顯著降低脊髓增生以及神經(jīng)元再生，這表明成年斑馬魚具有在病變后重新發(fā)生運動神經(jīng)元產(chǎn)生的能力，而這種能力與脊柱損傷后shh信號表達有關，可促使運動神經(jīng)元再生。崔兆輝［32］在進行大鼠急性損傷實驗中發(fā)現(xiàn)正常組的大鼠脊髓組織中檢測到SHH信號通路成分表達較低，而在大鼠脊髓損傷組中，檢測到該信號通路中的Shh和Gli-1蛋白表達量明顯增多，提示Shh信號通路可能參與到脊髓損傷后神經(jīng)的修復。樊洪等［33］在采用Shh/Gli1信號報告基因及Gli1基因敲除小鼠進行脊髓夾傷實驗時發(fā)現(xiàn)其之后運動功能顯著差于野生型小鼠，表明Shh/Gli1信號在進行小鼠脊髓夾傷實驗后被激活表達，可能使脊髓損傷后血-脊髓屏障滲透性發(fā)生了改變，并最終影響了小鼠脊髓損傷后肢體運動功能的恢復。Zhang等［34］在急性脊髓損傷實驗中通過沉默PTC1和PTC2基因后發(fā)現(xiàn)可以激活Hh信號傳導途徑，且Hh信號通路中Shh、Smo、Gli1等蛋白表達越高，炎癥越少，脊髓空腔也不明顯，甚至在某些區(qū)域可見明顯的神經(jīng)再生。崔學文等［35］在進行脊髓完全橫斷型大鼠實驗時發(fā)現(xiàn)，使用了載有SHH的纖維蛋白膠的大鼠相對于未使用的橫斷端有一些神經(jīng)元存活且排列規(guī)則，許多神經(jīng)纖維未完全潰變，表明SHH作為一種信號分子在大鼠脊髓完全橫斷損傷修復中起著極其重要的作用，可加速使脊髓損傷得到修復。有研究發(fā)現(xiàn)在脊髓損傷后，Shh還可與Notch-1一起發(fā)揮作用，共同調(diào)控突觸蛋白-Ⅰ（synapsin-Ⅰ），使得脊髓損傷后的突觸重塑和神經(jīng)再生速度加快，進而改善受損脊髓的功能［36］。由此可見，在脊髓損傷后，促進Shh信號通路的高表達將會使脊髓功能的到修復，也是今后治療脊髓損傷的一個新靶標。

3 中醫(yī)藥與Shh信號通路

目前尚未檢索到相關文獻闡釋祖國醫(yī)學與Shh信號通路在脊髓損傷的作用，但已有大量研究表明中醫(yī)藥可通過Shh信號通路改善腦組織損傷性疾病。李亞翔［37］在使用龜羚帕安丸聯(lián)合神經(jīng)干細胞移植治療帕金森?。≒D）模型大鼠時，可使Shh表達增高，有效減輕PD大鼠模型的癥狀。范婭丹［38］在實驗中發(fā)現(xiàn)燈盞乙素與芍藥苷配伍可激活Shh信號通路，使大鼠局灶性腦缺血損傷得到治療，保護腦缺血損傷。此外，研究表明：中醫(yī)藥在脊髓損傷中起著重要的作用，能夠有效改善脊髓損傷后的微循環(huán)，加快受損區(qū)域的神經(jīng)元及神經(jīng)纖維修復，保護損傷后的受損細胞等，進而加快了SCI的恢復，且相應的并發(fā)癥也比較少［39］。由此可見，中醫(yī)藥與Shh信號通路關系密切，但其具體在脊髓損傷中所起到的作用有待進一步研究。

4 問題與展望

目前，已有研究表明Shh作為一種信息素在脊髓發(fā)育過程中扮演著重要的角色，但是關于Shh信號通路與脊髓損傷的相關性的研究相對來說比較少，是一個比較新穎的實驗課題，也存在著不少的問題。例如，現(xiàn)在對于脊髓損傷的機制闡述的也比較多，目前比較認可的參與機制有血管機制、自由基學說、電解質(zhì)失衡、炎癥以及細胞凋亡等。但是現(xiàn)有的關于Shh信號通路與脊髓損傷的研究大多是停留在促進Shh信號通路表達會使脊髓損傷的到修復或保護的層面，很少深入到其具體是通過何種機制使脊髓損傷后的脊髓得到修復或保護，這需要今后的大量實驗來闡明，這也是本課題組將要研究的方向。不過，值得慶幸的是，現(xiàn)在對于這方面的研究在逐漸增多。未來，我相信隨著對Shh信號通路與脊髓損傷的具體機制的闡明，將會為臨床上治療脊髓損傷提供一條新的思路，一條開發(fā)新藥的可行途徑，這對于脊髓損傷的患者和社會來說都將是是不小的福音。