何月華 謝華 肖林

腦認知與教育科學教育部重點實驗室，華南師范大學腦科學與康復醫(yī)學研究院，廣東省心理健康與認知科學重點實驗室、心理應用研究中心（廣州 510631）

少突膠質細胞（oligodendrocyte，OL）是CNS中負責成髓鞘的細胞，少突膠質祖細胞（oligodendrocyte progenitor cell，OPC）只有經歷復雜而且精確定時的增殖、遷移、分化和髓鞘形成，才能最終產生包裹軸突的絕緣鞘［1-2］。但少突膠質細胞和髓鞘對包括缺血缺氧在內的多種損傷因素高度易感，當發(fā)生脫髓鞘改變時，少突膠質祖細胞會被招募到病變部位進行增殖和分化［3］，這個過程需要多種細胞信號和分子的參與。由于少突膠質細胞形成的復雜性和脆弱性，極易導致發(fā)育中髓鞘形成不良或成體脫髓鞘改變，如常見的多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS），腦白質發(fā)育不良等髓鞘損傷性疾?。?］，從而出現(xiàn)系列神經或精神功能障礙。因此，揭示OPC遷移、增殖和分化的調控機制對于促進少突膠質細胞成熟和髓鞘損傷修復具有重要的意義。ATP不僅是細胞內的能量來源，還是細胞外通信的一種重要的神經共遞質，在細胞增殖、分化、發(fā)育和再生及多種疾病中具有重要的作用。隨著人們對嘌呤能病理生理學研究的深入，發(fā)現(xiàn)發(fā)育和再生過程中細胞增殖、分化和死亡的長期（營養(yǎng)性）的嘌呤能信號可能在介導神經膠質病理學如缺血、神經炎癥、多發(fā)性硬化癥、神經病理性疼痛及創(chuàng)傷中發(fā)揮重要作用［5-6］。已有的研究發(fā)現(xiàn)，ATP可以來源于多種不同類型的細胞，特別在炎癥條件下和細胞死亡后，可能伴隨著細胞外ATP的升高，而ATP的釋放和水解似乎是一種與特定細胞功能活動密切相關的高度調控現(xiàn)象，如生理條件下與突觸和神經元回路的微調有關，或在腦功能障礙和損傷情況下作為危險或代謝失衡信號。近年來對于ATP和腺苷所激活的嘌呤能信號在控制大腦功能中的作用也得到了一定程度的認識［7-8］。然而總體上嘌呤能信號在神經元、神經膠質細胞之間通信的作用仍需要不斷探索。本文旨在綜述近年來嘌呤能受體在OL發(fā)育及髓鞘形成與修復中作用和機制研究的新進展，主要通過以下幾個方面進行闡述：（1）少突膠質細胞的概述；（2）嘌呤能受體的概述；（3）嘌呤能受體對少突膠質細胞發(fā)育髓鞘形成的作用；（4）嘌呤能受體在髓鞘修復中的作用。

1 少突膠質細胞概述

1.1 定義及功能少突膠質細胞廣泛分布于整個成人CNS，包括白質和灰質［9］，是主要的神經膠質細胞類型之一，占膠質細胞總數(shù)的45% ～75%［10］。在膠質細胞群中存在一種獨特的分化細胞，是具有高度的增殖和遷移能力的雙極細胞，被稱為少突膠質細胞祖細胞（OPC），占總膠質細胞的5% ～ 8%［2］。一般認為OPCs經過一系列復雜的中間分化發(fā)育階段最終形成成熟的少突膠質細胞，隨后包繞軸突并壓實形成髓鞘結構，髓鞘將動作電位限制在短的無髓鞘軸突段（Ranvier節(jié)），為跳躍動作電位的傳播提供了結構基礎；除了電絕緣軸突，少突膠質細胞還提供了營養(yǎng)軸突支持的作用［11］。但病理狀態(tài)下則可能會造成髓鞘的丟失，主要包括原發(fā)性的脫髓鞘（即少突膠質細胞受到攻擊造成脫髓鞘）以及繼發(fā)性脫髓鞘（沃勒氏變性，即原發(fā)性軸突丟失導致髓鞘退化），這種急性的髓鞘節(jié)間的喪失與傳導阻滯通常伴隨自身OPC的動員激活，向損傷處遷移募集，分化為成熟OL并包繞軸突，最終實現(xiàn)髓鞘再生［12］，其中涉及了復雜的細胞和分子信號。而OPC增殖遷移的路徑以及介導這種遷移的分子機制將決定發(fā)育中和脫髓鞘病變后髓鞘形成的程度，在此過程中少突膠質細胞前體細胞增殖和分化的調控將由局部環(huán)境信號主導［7］。

雖然我們對少突膠質細胞功能及損傷修復的過程已有一定的了解，但發(fā)育及髓鞘再生過程中相關信號分子所發(fā)生的反應仍在很大程度上是未知的，特別是近年來嘌呤能受體參與CNS的調控對于疾病的治療具有巨大的潛能，因此系統(tǒng)認識并利用不同信號分子通路促使發(fā)揮積極有效作用并抑制損害作用有利于發(fā)掘更多潛在治療靶點。

1.2 目前研究的相關標記物少突膠質細胞是由OPC經過一系列中間分化發(fā)育階段而最終生成。這一分化過程中的所有階段細胞統(tǒng)稱為少突膠質譜系細胞，過去的研究確定了一系列特定階段的少突膠質細胞標記物，為研究健康和疾病中少突膠質細胞發(fā)育和軸突髓鞘形成的分子和遺傳控制提供了重要支持。SOX10［13］和OLIG2［14］是重要的少突膠質譜系細胞標志物，按照少突膠質譜系細胞的分化依次表達NG2［15］（在血管周細胞中也表達）和PDGFRα［16］，失去NG2和PDGFRα的表達后，開始表達未成熟的少突膠質細胞抗原O4［17］和同源域轉錄因子NKX2.2［18］，Enpp6［19］和Bmp4［20］等選擇性地標記新形成的少突膠質細胞并在更成熟的髓鞘化少突膠質細胞中表達下調，在此過程中CNP/MBP、PLP/MAG、MOG/CC1依次被激活可用于表征成熟的少突膠質細胞［21］，而TMEM10［22］和ASPA［23］則能標記更成熟的少突膠質細胞。當然，除了上述標記物外，還有其他標記物也經常用于以特定階段的方式識別少突膠質譜系細胞。靶向少突膠質譜系細胞標志物是揭示少突膠質細胞動態(tài)變化的重要物質，但其仍有待進一步的研究和探索，未來才能更好地深入探討對少突膠質細胞發(fā)育髓鞘形成和髓鞘損傷的具體細胞機制。

2 嘌呤能受體的概述

2.1 ATP的產生及作用三磷酸腺苷（Adenosine 5′-triphosphate，ATP），是單細胞和多細胞物種代謝和信號傳遞的普遍中介［24］，存在于所有動物器官系統(tǒng)中。1972年BURNSTOCK［25］最初提出ATP可以作為一種細胞外信號分子，ATP可以通過輕微的機械刺激從大多數(shù)細胞類型中釋放出來，同時也可以在死亡或垂死的細胞中釋放［26］。

關于核苷酸外排的途徑：（1）一方面，在興奮性/分泌性組織，如神經末梢，ATP和ADP與其他神經遞質和細胞外介質等儲存在突觸泡中，通過調節(jié)胞吐作用以Ca2+依賴的方式調節(jié)含核苷酸泡的釋放；（2）另一方面，在各種非興奮性組織中，如星形膠質細胞和其他膠質細胞，成纖維細胞等在各種機械和其他刺激下會短暫釋放ATP，如剪應力、低張腫脹、缺氧、拉伸、靜水壓力及對緩激肽、血清素和其他Ca2+動員藥物激動劑的反應等［27］，核苷酸釋放的其他機制可包括ATP結合盒轉運蛋白、連接蛋白、新型縫隙連接蛋白（pannexin）半通道和質膜電壓依賴性陰離子通道等［28］；（3）此外，細胞還會以一定的基礎速率釋放低納摩爾濃度的ATP［27］。

在功能方面，ATP通過細胞內和細胞外機制產生影響：（1）細胞內ATP主要用于驅動需要能量的過程，例如主動運輸、細胞運動及生物合成等；（2）細胞外ATP作為一種強大的信號分子［29］，能夠被外核苷酸酶降解為AMP、UTP、UDP、ADP、腺苷等各種嘌呤能受體的生理配體。有關嘌呤能信號轉導的作用逐漸被人們認知，BURNSTOCK等人已經研究報道在神經傳遞、神經調節(jié)和分泌中存在短期的嘌呤能信號［30］；在細胞增殖、分化、發(fā)育和再生中存在長期的（營養(yǎng)性）嘌呤能信號。ATP釋放的多種機制和嘌呤能受體在整個神經系統(tǒng)中的廣泛分布也表明ATP可能更普遍地介導神經元-膠質信號，并與多種功能有關［31-33］。

2.2 嘌呤能受體的定義及分類嘌呤能神經傳遞提示連接后嘌呤能受體的存在，嘌呤能受體在1976年首次被定義［34］，其包括腺苷受體P1受體和ATP與ADP的受體P2 受體兩大類［35］。腺苷P1受體家族包含四種G蛋白偶聯(lián)受體亞型，分別為A1，A2A、A2B和A3［36］，腺苷是ATP的分解產物，由外切核苷酸酶降解后產生。ATP與ADP的受體P2受體包括兩大家族：配體門控離子通道受體P2X家族（包含7種P2X受體亞型，分別為P2X1-7）和G蛋白偶聯(lián)受體P2Y家族（包含8種P2Y受體亞型，分別為P2Y1、P2Y2、P2Y4、P2Y6、P2Y11、P2Y12、P2Y13和P2Y14）［37］。

2.3 嘌呤能受體在神經膠質細胞中的表達嘌呤能受體在整個神經系統(tǒng)中廣泛分布，存在于神經元和膠質細胞，包括周圍神經系統(tǒng)（peripheral nervous system，PNS）中的施旺細胞、CNS中的少突膠質細胞、星形膠質細胞和小膠質細胞等，受體亞型的表達因大腦區(qū)域和發(fā)育而異，具體分布可見圖1［38-46］，但嘌呤能受體的表達存在一些差異，體內和體外表達數(shù)據(jù)也具有一些矛盾的結果，這種廣泛存在的嘌呤能受體為細胞間信號系統(tǒng)提供了可能性，根據(jù)膠質細胞的功能狀態(tài)、選擇性受體亞型的表達以及同一細胞上存在多個受體，可能會誘導明顯不同的作用，例如小腦病變導致小腦前核中P2X1和P2X2受體的上調［47］。

圖1 嘌呤能受體在神經膠質細胞中的表達Fig.1 Expression of purinergic receptors in glial cells

3 嘌呤能受體對少突膠質細胞發(fā)育的作用

少突膠質祖細胞需要經過一系列復雜的中間分化發(fā)育階段才能最終形成成熟的少突膠質細胞，從而發(fā)揮其成髓鞘及營養(yǎng)神經的功能。那么，嘌呤能受體的激活在少突膠質細胞發(fā)育中扮演何種角色？是如何激活和調控細胞的信號和分子機制的，值得深入探索。

3.1 嘌呤能受體對OPC存活的作用當前，關于嘌呤能受體對OPC存活的作用研究較少，且以體外實驗研究較多。已知純化新生大鼠腦內可見OPC培養(yǎng)物表達多種P2X（P2X1，2，3，4，7）和P2Y（P2Y1，2，4）等受體，AGRESTI等［40，48］對細胞進行鈣記錄發(fā)現(xiàn)P2激動劑的等級效價順序：ADPbetaS =ADP = Benzoyl ATP ＞ ATP ＞ ATPgammaS ＞ UTP，a，b-meATP無效，表明細胞中存在功能性的嘌呤能受體，不同激動劑的激活效果不一可能提示內部復雜的信號轉導；同時，AGRESTI及BUTT等［40，49］研究發(fā)現(xiàn)核苷酸誘導的強大的Ca2+瞬放主要是由于P2X7離子性和ADP敏感的P2Y1代謝受體的激活，通過培養(yǎng)大鼠OPC進行細胞內Ca2+測量和全細胞記錄發(fā)現(xiàn)，給予高劑量的Benzoyl ATP刺激P2X7受體開放會產生毒性作用，但生理性P2X受體激活在OPC死亡中不起主要作用。這在一定程度上為嘌呤能受體過度激活影響OPC存活提供了證據(jù)。

3.2 嘌呤能受體對OPC遷移的作用在OPC遷移過程中，研究發(fā)現(xiàn)ATP以劑量依賴的方式促進培養(yǎng)的OPC遷移。在代謝P2激動劑中，ADP對OPC遷移有顯著影響，但離子型激動劑Benzoyl ATP對OPC遷移沒有效果；也有研究［50］發(fā)現(xiàn)P2Y1受體在大腦中廣泛表達，ADP和P2Y1特異性激動劑ADPbetaS能誘導OPC遷移；另外，由于ATP會被水解為腺苷，選擇性激動劑激活A1腺苷受體也可誘導OPC遷移［41，51］。這表明OPC在遷移過程中除了接受趨化刺激如PDGF和bFGF等生長因子分泌和相關趨化因子作用以外，ATP誘導的OPC遷移也具有重要意義。

3.3 嘌呤能受體對OPC增殖及分化的作用關于嘌呤能受體影響細胞增殖及分化，已有的研究發(fā)現(xiàn)，嘌呤能受體激活能在不同類型的細胞中提供有絲分裂信號，如ATP信號可以刺激星形膠質細胞增殖和分化并有助于反應性星形膠質細胞增生［52］；在純化的OPC培養(yǎng)物中，通過給予ATP和腺苷及P2Y1受體拮抗劑觀察Brdu+和O1+細胞，發(fā)現(xiàn)ATP及腺苷都會抑制OPC的有絲分裂反應并促進其分化［53］；同樣的，通過小腦組織切片的培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)使用P2Y1受體激動劑ADPbetaS與純化OPC培養(yǎng)物中得到的結果一致［41］；STEVENS等［53］通過神經元鈣成像對小鼠背根神經節(jié)（DRG）研究發(fā)現(xiàn)OPC的嘌呤受體在動作電位激發(fā)時被激活，腺苷能刺激OPC的分化和髓鞘形成，然而ATP則會抑制施旺細胞（Schwann cell，SCs）的分化和髓鞘形成［54］；另外，ISHIBASHI等［55］將DRG與免疫純化的O1+期少突膠質細胞共培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)ATP以旁分泌方式作用于星形膠質細胞以釋放白血病抑制因子（LIF）并在發(fā)育的后期刺激髓鞘形成；SHEN等［56］發(fā)現(xiàn)可以通過A1激活來抑制OPC的增殖，但卻會促進OPC向有髓鞘OL分化，同時A2A也可促進分化但抑制髓鞘形成，A2B和A3都可以促進少突膠質細胞生命周期中的髓鞘形成。這些數(shù)據(jù)都表明了不同嘌呤能受體在細胞發(fā)育和髓鞘形成中發(fā)揮著獨特的作用，需要進一步研究闡明。

總之，目前核苷酸和核苷對少突膠質細胞影響的研究較少，但從已有的研究結果來看，細胞外ATP和ADP激活不同亞型的受體對OPC存活、遷移和發(fā)育都會產生影響，嘌呤能信號在調節(jié)CNS中的OLs發(fā)揮重要的作用。

4 嘌呤能受體在髓鞘損傷中的作用

少突膠質細胞死亡和脫髓鞘是神經退行性疾病等疾病的重要標志，隨著對嘌呤能信號的深入研究，如介導神經膠質病理，缺血、神經炎癥、多發(fā)性硬化等作用逐漸被揭曉［6］，但嘌呤能信號在多大程度上直接影響OLs及其作用原理仍不清楚。

4.1 P1受體在髓鞘損傷中的作用有研究［57］發(fā)現(xiàn)，出生后早期大腦中A1受體的持續(xù)激活會減少髓鞘堿性蛋白的表達，從而引發(fā)白質損傷和腦室擴大；同時，TSUTSUI等［58］發(fā)現(xiàn)A1腺苷受體的基因缺失也會導致嚴重的脫髓鞘，并可引發(fā)實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）的進行性復發(fā)形式；已有研究發(fā)現(xiàn)，腺苷A2A在EAE病變的Iba1陽性細胞上表達上調，A2A缺陷小鼠會出現(xiàn)加速和惡化的疾病表現(xiàn)，并伴隨著IFN-γ、IL-17和GM-CSF的CD4+T輔助細胞的頻率增加以及早期炎癥病變的數(shù)量增加，使用A2A特異性激動劑進行預防性EAE治療可抑制髓鞘特異性T細胞體外增殖并改善疾病，但在疾病后期則會加劇EAE不可緩解的進展并導致更嚴重的組織破壞［59］；在體外，A2A的激活抑制巨噬細胞和原代小膠質細胞對髓磷脂的吞噬作用以及CD4+T細胞、巨噬細胞和原代小膠質細胞的遷移，因此A2A激活在慢性自身免疫性神經變性中可能發(fā)揮著復雜的作用［60］；GONZáLEZ等［61］在純少突細胞培養(yǎng)物中選擇性激活A3受體導致濃度依賴性凋亡和壞死死亡，表明腺苷可能通過激活A3受體引發(fā)少突膠質細胞死亡。

4.2 P2受體在髓鞘損傷中的作用VáZQUEZVILLOLDO等［62-63］發(fā)現(xiàn)在EAE模型或MS中，P2X4受體在小膠質細胞中上調，阻斷小膠質細胞中的P2X4受體會阻止體外少突膠質細胞分化和溶血磷脂誘導的脫髓鞘后的髓鞘再形成；當前，P2X7受體的功能性研究相對較多，P2X7受體與其他P2X受體相比，它會伴隨著興奮性毒性、缺血、外傷和變性而發(fā)生的持續(xù)和高水平的細胞外ATP而導致P2X7受體的長期激活，但P2X7受體不會因長時間激活而脫敏。JAMES等［65］研究發(fā)現(xiàn)特定的P2X7受體激動劑可以觸發(fā)Ca2+瞬變［64］以及促炎細胞因子的釋放，如可能調節(jié)白細胞介素-1β（神經退行性變、慢性炎癥和慢性疼痛的關鍵中介）的加工和釋放來影響神經元細胞死亡，同時P2X7受體的激活上調會觸發(fā)少突膠質細胞的興奮性毒性，持續(xù)激活則會引起脫髓鞘、少突膠質細胞死亡和軸突損傷，P2X7拮抗劑的應用可減少脫髓鞘和改善多發(fā)性硬化癥［44，66-67］；但FENG等［68］體外研究則發(fā)現(xiàn)P2X7受體可能介導病理條件下ATP誘導的OPC遷移。

AMADIO等［69］對MS患者的大腦皮層尸檢樣本分析確定了幾種嘌呤能P2X和P2Y受體的同時存在，包括P2X1，2，3，4，7和P2Y1，2，6，11，14亞型，并且深入研究發(fā)現(xiàn)繼發(fā)進展型多發(fā)性硬化癥（SPMS）患者白質和灰質中軸突-髓鞘界面處P2Y12蛋白的范圍與脫髓鞘和損傷形成反比，表明嘌呤能P2Y12受體的缺失可能損害組織的完整性；在脫髓鞘模型中，MOYON等［70］發(fā)現(xiàn)激活的OPC中P2Y2受體表達增加，并可能導致功能變化；P2Y樣受體GPR17被新鑒定出來，表達于NG2+的OPCs亞群表達而不表達于成熟的少突膠質細胞中，是OL成熟的重要調節(jié)因子；CHEN等［71-72］發(fā)現(xiàn)GPR17通過ID蛋白介導的負調控實現(xiàn)未成熟少突膠質細胞和成髓鞘少突膠質細胞之間的轉變，而GPR17的強制過表達則會抑制細胞的最終成熟；BODA等［73］在體內研究發(fā)現(xiàn)GPR17受體修飾NG2表達細胞，在損傷的早期不參與反應，但在損傷后急性期被誘導上調，參與急性創(chuàng)傷和慢性損傷；BONFANTI等［74］發(fā)現(xiàn)使用GPR17拮抗劑可以挽救OPCs的分化缺陷；CERUTI等［75］在體外的研究同樣發(fā)現(xiàn)，GPR17僅在特定的分化（如O4+期）由少突膠質細胞前體表達，并有助于OPCs的分化，在高細胞外ATP濃度時作為危險信號，GPR17的過度、慢性或非生理性激活都可能會阻止OPCs修復病變，因此，GPR17可能成為脫髓鞘疾?。ㄈ鏜S）新治療方法的潛在靶點。

以上可見，嘌呤能受體在髓鞘損傷修復中具有提示病理性改變，并起著調節(jié)CNS中的細胞信號傳導及細胞通訊的關鍵作用。

5 總結

近年來嘌呤能信號在諸多脫髓鞘性疾病以及髓鞘發(fā)育障礙性疾病中的作用逐漸成為研究的熱點，隨著對嘌呤能信號關注度的提升，不同亞型的嘌呤能受體在CNS中不同部位的表達及其在生理病理狀態(tài)下發(fā)揮的具體作用和機制也逐漸被揭示，但可能由于檢測手段或受體特異性的限制，嘌呤能信號在CNS中的具體分布及表達仍需不斷探索；從已有的研究來看，嘌呤能信號在OPC增殖、遷移和分化為成熟少突膠質細胞并形成髓鞘中發(fā)揮作用，還可能通過協(xié)調神經元或者借助星形膠質細胞、小膠質細胞等發(fā)揮特異性功能間接影響髓鞘形成和修復，因此，深入探索嘌呤能信號在少突膠質細胞發(fā)育和髓鞘損傷修復中所扮演的角色，發(fā)現(xiàn)更多關于嘌呤能信號受體的調控靶點和具體的信號通路可能會為神經退行性病，如多發(fā)性硬化癥等疾病的診斷和治療提供新的思路。