bFGF 對(duì)PTSD 樣大鼠海馬組織ERK 表達(dá)的影響

唐佳文，李想，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(zhuān)業(yè)2010 級(jí)11 班，遼寧 沈陽(yáng) 110034;2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)2011 級(jí)8 班;3.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室)

近年來(lái)，我國(guó)遭遇的災(zāi)難給人們帶來(lái)巨大財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)，也帶來(lái)嚴(yán)重的后遺癥——?jiǎng)?chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post trauma stress disorder，PTSD)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，PTSD 患者有海馬萎縮、海馬功能活動(dòng)下降以及N-乙酰天冬氨酸的減少。且中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell，NSCs)，尤其是室管膜下區(qū)和海馬齒狀回終生都存在不斷增殖分裂的NSCs。通過(guò)對(duì)內(nèi)源性NSCs 增殖與分化的精細(xì)調(diào)控，使減少神經(jīng)元凋亡，促進(jìn)NSCs 的增殖、分化來(lái)修復(fù)腦神經(jīng)組織成為可能。NSCs 增殖分化受多種基因調(diào)控，其中堿性成纖維生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)上調(diào)誘導(dǎo)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信號(hào)通路，促進(jìn)NSCs 增殖、分化成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。本文針對(duì)bFGF 誘導(dǎo)ERK 在PTSD 樣大鼠海馬組織內(nèi)源性NSCs 增殖分化影響做一綜述。

1 bFGF 概述

bFGF 是神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的促有絲分裂原，是一種含155個(gè)氨基酸的多肽，對(duì)于中胚層和神經(jīng)外胚層源細(xì)胞具有顯著的促增殖作用，同時(shí)在神經(jīng)系統(tǒng)的生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟過(guò)程中具有重要作用［1－2］。它與受體結(jié)合后，通過(guò)激活腺苷酸環(huán)化酶與鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白激酶C 活化和Ca2+內(nèi)流;或定位于細(xì)胞核，調(diào)節(jié)RNA 聚合酶I，加強(qiáng)核蛋白體基因的轉(zhuǎn)錄，以加速細(xì)胞周期間內(nèi)的轉(zhuǎn)換、刺激細(xì)胞DNA 合成、促進(jìn)細(xì)胞的增殖分裂。并且調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化，維持神經(jīng)組織生長(zhǎng)和神經(jīng)再生中軸突的延伸和存活，對(duì)維護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常生理功能起著重要作用［3－6］。

近年有研究指出在腦外傷后腦室內(nèi)注射bFGF能有效促進(jìn)內(nèi)源性NSCs 的增殖，并讓這些新生的NSCs 存活至損傷后4 周［7］。且許多研究發(fā)現(xiàn)bFGF對(duì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶具有顯著誘導(dǎo)上調(diào)NSCs 增殖分化、減少神經(jīng)元凋亡的作用［8］。bFGF 通過(guò)細(xì)胞表面的酪氨酸激酶受體，激活Ras 蛋白磷酸化，Ras-GTP 直接與Raf 相結(jié)合，形成一個(gè)短暫的膜錨定信號(hào)后，活化的Raf 磷酸化促分裂原激活的蛋白激酶的激酶(mitogenactivatedp rotein kinase kinase，MEK)環(huán)上的絲氨酸殘基，進(jìn)而將其激活。接著MEK 再將ERK 激活，磷酸化下游與胞質(zhì)和胞膜相連著的底物［9］。從而ERK 被快速地轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，誘導(dǎo)反應(yīng)基因的表達(dá)，使細(xì)胞外信號(hào)最終進(jìn)入細(xì)胞核，影響細(xì)胞的狀態(tài)和功能，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及促進(jìn)細(xì)胞增殖分化［10］。

2 PTSD

2.1 PTSD 樣大鼠模型的建立 PTSD 是一種創(chuàng)傷后心理失衡狀態(tài)，臨床表現(xiàn)包括反復(fù)重現(xiàn)創(chuàng)傷性體驗(yàn)、情感麻木、回避、警覺(jué)過(guò)強(qiáng)所致持續(xù)性焦慮、驚恐逃避以及易激惹癥狀等癥候群［11］。具有發(fā)病率高、患病率高、病程長(zhǎng)、療效差等特點(diǎn)，對(duì)臨床治療來(lái)說(shuō)是一大難關(guān)。尤其是參與戰(zhàn)爭(zhēng)的士兵，有數(shù)據(jù)提示戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致的PTSD 的發(fā)生率高，并且隨著戰(zhàn)爭(zhēng)武器的進(jìn)步有不斷提高的趨勢(shì)，如參加朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)的老兵PTSD 的發(fā)生率為32.1%，參加伊拉克、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)老兵的發(fā)生率高達(dá)45%［12］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究指出，初期由于缺乏理想的模型，PTSD 的基礎(chǔ)研究受到很大的限制，探究PTSD 的發(fā)生發(fā)展及其發(fā)病機(jī)制，從而為PTSD的治療方法及藥物選擇方面也仍不理想，需要進(jìn)一步深入研究［13］。近年來(lái)隨著捕食應(yīng)激、社會(huì)應(yīng)激、電擊、束縛+電擊、單次延長(zhǎng)應(yīng)激等經(jīng)典模型的建立，PTSD 模型有了長(zhǎng)足的發(fā)展，通過(guò)邊緣系統(tǒng)電刺激等方法，建立了良好的PTSD 的模型，加之逐步對(duì)構(gòu)造模型方法的改良，現(xiàn)已有較成功理想的PTSD 模型。經(jīng)循證數(shù)據(jù)研究顯示，SPS 模型在PTSD 樣模型中相對(duì)理想，基于此模型，PTSD發(fā)生發(fā)展中的相關(guān)機(jī)制及其他相關(guān)蛋白分子的研究已經(jīng)成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)［14］。

2.2 PTSD 發(fā)病機(jī)制 PTSD 是一種嚴(yán)重且預(yù)后較差的應(yīng)激障礙，其病因及機(jī)制較為復(fù)雜，涉及遺傳、神經(jīng)生物改變以及環(huán)境因素等，迄今尚未研究清楚。其中最主要的表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病變，從而導(dǎo)致一系列的病理表現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在PTSD 的發(fā)生發(fā)展中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)主要有以下神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的改變:(1)CNS 神經(jīng)可塑性改變，海馬內(nèi)Ca2+超載，引起Ca2+-CaM 信號(hào)通路的調(diào)控異常，從而CNS 神經(jīng)可塑性改變，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)、記憶及行為等認(rèn)知功能障礙與情緒反應(yīng)異常。(2)CNS 內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的變化，如谷氨酸、去甲腎上腺素、兒茶酚胺等。(3)CNS 神經(jīng)解剖學(xué)改變，如海馬體積的縮小，丘腦、扣帶回前部和中央前回的活動(dòng)明顯減弱等。(4)HPA (hypothalamic-pituitary-adrenal)軸功能的改變，且HPA 軸是調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物應(yīng)激行為所致內(nèi)分泌和行為反應(yīng)最重要的神經(jīng)調(diào)質(zhì)之一。PTSD 所表現(xiàn)的各種精神癥狀，是與CNS對(duì)應(yīng)激信息的記憶密切相關(guān)的，其中的信號(hào)機(jī)制尚未清楚，仍需進(jìn)一步深入探究［15］。近期研究提示從蛋白水平和mRNA 轉(zhuǎn)錄水平可檢測(cè)到了PTSD大鼠前額皮質(zhì)pERKI/2 的變化及其與反應(yīng)基因cfos 的關(guān)系，指出ERK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)PTSD 起著重要作用，因此為PTSD 機(jī)制的研究提供神經(jīng)生化水平上的理論依據(jù)［16］。

3 ERK 表達(dá)對(duì)海馬組織中內(nèi)源性NSCs 增殖研究的理論

3.1 ERK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制 在信號(hào)傳導(dǎo)酶類(lèi)中，胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶ERK 與細(xì)胞增殖分化或凋亡調(diào)控密切相關(guān)。ERK 是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)家族中的重要成員之一。目前根據(jù)序列的同源性和功能的不同，哺乳類(lèi)生物細(xì)胞中已被研究發(fā)現(xiàn)5 條MAPK通路。ERK 就是APK 蛋白激酶體系中的一個(gè)亞族，是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路的重要媒介，起著調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的作用。ERK 通路主要通過(guò)以下4 條途徑激活:(1)受體酪氨酸激酶Ras 的激活［17］;(2)Ca2+對(duì)Ras 的激活［18］;(3)蛋白激酶C 對(duì)ERK 通路的活化［19］;(4)G 蛋白偶聯(lián)受體對(duì)ERK 通路的激活［20］。各種細(xì)胞外信號(hào)如bFGF等通過(guò)細(xì)胞表面的酪氨酸激酶受體，使GTP 結(jié)合蛋白R(shí)as 與Raf-1 結(jié)合并使后者激活，活化的MAPK將其下游底物MEK 的2個(gè)絲氨酸殘基磷酸化，而MEK 磷酸化后再將下游的ERK1 和ERK2 的酪氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化，使ERK1 和ERK2 活化，活化的ERK 從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，又促使下游底物Elk-1 以及cAMP 反應(yīng)素結(jié)合蛋白(CREB)的磷酸化活化，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，誘導(dǎo)c-fos、erg-1 和zif268等超早反應(yīng)基因和晚反應(yīng)基因的表達(dá)，使細(xì)胞外信號(hào)最終進(jìn)入細(xì)胞核，影響細(xì)胞的狀態(tài)和功能，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及促進(jìn)細(xì)胞增殖分化。

3.2 NSCs 增殖對(duì)受損海馬的作用 有研究顯示，哺乳類(lèi)動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有潛在的自我修復(fù)能力。成體腦內(nèi)海馬(包括人類(lèi))齒狀回的亞顆粒層(subgranular zone，SGZ)和位于前腦側(cè)腦室的室周帶(subventricular zone，SVZ)可終生持續(xù)產(chǎn)生NSCs。這些內(nèi)源性NSCs 能夠自我更新，具有分化為神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的潛能，它們?yōu)槌审w腦內(nèi)的特定部位(海馬和嗅球)不斷提供新生細(xì)胞。NSCs 分化調(diào)控機(jī)制的研究對(duì)于其治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病及功能修復(fù)具有重大意義［21－23］。

近年來(lái)的研究提示，主要有以下八個(gè)相關(guān)因素調(diào)控影響著內(nèi)源性NSCs 增殖與分化:(1)神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerve growth factor，NGF)、(2)內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(endothelium growth factor，EGF)、(3)bFGF、(4)干細(xì)胞因子(stem cell factor，SCF)、(5)促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)、(6)誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(the inducible form of nitric oxide synthase，iNOS)、(7)Wnt 蛋白、(8)凋亡前因子Bax。他們?cè)诓煌纳窠?jīng)組織受損情況下，具有刺激內(nèi)源性NSCs 增殖，營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)神經(jīng)作用。其中有研究證實(shí)，將bFGF 注入側(cè)腦室能夠促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖，且這些增殖的神經(jīng)前體細(xì)胞有50%以上表達(dá)NeuN，能夠存活6個(gè)月之久。更有研究指出bFGF 可以在神經(jīng)組織受損后促進(jìn)新生的NSCs 整合進(jìn)入海馬區(qū)局部神經(jīng)環(huán)路。在受損神經(jīng)組織的發(fā)生發(fā)展中，用微管相關(guān)蛋白Ⅱ(Microtubule associated protein Ⅱ，MAP2)和突觸蛋白Ⅰ(Synaptic proteins Ⅰ)對(duì)海馬的CA1 區(qū)進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)bFGF 處理后樹(shù)突和突觸的數(shù)量明顯增多，其突觸形成通過(guò)電子顯微鏡觀察而得到了證實(shí)。進(jìn)而通過(guò)逆行示蹤劑注射到海馬回下腳標(biāo)記CA1 區(qū)的BrdU 陽(yáng)性細(xì)胞，可發(fā)現(xiàn)新生的神經(jīng)元在bFGF作用下整合進(jìn)入了海馬組織的適當(dāng)部位［24］。

當(dāng)前PTSD 臨床治療仍然不夠理想，其中通過(guò)神經(jīng)生物分子機(jī)制探究PTSD 發(fā)生發(fā)展機(jī)制也是現(xiàn)今的一大難點(diǎn)。但是前人通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的研究顯示，通過(guò)內(nèi)源性NSCs 的增殖、分化修復(fù)受損神經(jīng)組織，減少神經(jīng)元的凋亡在PTSD 發(fā)生機(jī)制、臨床治療、以及藥物應(yīng)用等方面能提供廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)bFGF 作為誘導(dǎo)基因，上調(diào)ERK，刺激經(jīng)典Ras/Raf-1 磷酸化級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，增強(qiáng)胞外進(jìn)入胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及信號(hào)表達(dá)，從而促進(jìn)NSCs 增殖分化，即這一過(guò)程的具體途徑可能為:bFGF→受體→小G 蛋白→啟動(dòng)MAPK 途徑→MAPK (ERK1/2)→轉(zhuǎn)錄因子→生物效應(yīng)［25－26］。若將其應(yīng)用于PTSD 樣模型大鼠海馬組織具有可行性和深入研究的意義。

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