神經(jīng)元特異性烯醇化酶在急性脊髓損傷中的研究進(jìn)展

吳曉穎 華瑋 浦清 居培紅 吳學(xué)杰 石斌

烯醇化酶在星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞（oligodendroglia，OLG）中表達(dá)，并對神經(jīng)膠質(zhì)、神經(jīng)元和小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生自分泌和旁分泌作用，與組織細(xì)胞缺氧和局部缺血相關(guān)[1]。根據(jù)不同的誘導(dǎo)信號表達(dá)，它可以差異性的聚集于細(xì)胞表面，引起損傷、感染、移植和自身免疫應(yīng)答等多種病理變化[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，腦脊液中的γ-烯醇化酶或神經(jīng)元特異性烯醇化酶（neuron specific enolase，NSE）水平高低可以作為預(yù)測脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[3]。NSE異常表達(dá)，能刺激促炎性細(xì)胞因子的釋放，誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，具有調(diào)節(jié)SCI后繼發(fā)性損傷中各種細(xì)胞事件的潛力。研究還發(fā)現(xiàn)，腦脊液和外周血中NSE水平的升高與腦損傷的嚴(yán)重程度相關(guān)[4]。

SCI患者通常具有不可逆的神經(jīng)功能缺失和肢體功能障礙，是一種目前尚無有效方法治愈的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）疾病，分為原發(fā)性和繼發(fā)性損傷。繼發(fā)性損傷是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞受到破壞，受損細(xì)胞在炎性信號的刺激下釋放促炎因子，誘導(dǎo)神經(jīng)元和OLG凋亡，加重?fù)p傷及功能喪失[5]，而這個(gè)過程可能是可逆的。因此，在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)抑制烯醇化酶表達(dá)可能會減輕SCI后的神經(jīng)損傷。筆者對目前有關(guān)多功能烯醇化酶在神經(jīng)損傷中的作用作一綜述，報(bào)道如下。

1 NSE在神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的作用

NSE是烯醇化酶的神經(jīng)元形式，主要存在于成熟的神經(jīng)元和神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞中[6]。它在體液中的生物學(xué)半衰期約為24 h，通過激活PI3K/AKt通路來調(diào)節(jié)神經(jīng)元的生長、分化、存活甚至再生。有研究表明，NSE表達(dá)在完全成熟的OLG中是被抑制的，但在培養(yǎng)的OLG中能檢測到NSE表達(dá)，并在OLG前體分化為成熟OLG的過程中升高[7]。NSE發(fā)生形態(tài)學(xué)變化時(shí)，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤和反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中能檢測到。其在星形膠質(zhì)細(xì)胞中也有表達(dá)，但水平低于神經(jīng)元和OLG[8]。NSE在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞表面過表達(dá)，與神經(jīng)細(xì)胞炎癥的發(fā)生相關(guān)。細(xì)胞表面烯醇化酶可以通過組織相容性復(fù)合物-Ⅰ（MHC-Ⅰ）和MHC-Ⅱ表達(dá)上調(diào)來誘導(dǎo)脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞活化[9]，刺激急性SCI后炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重?fù)p傷。有研究表明，烯醇化酶過表達(dá)會增強(qiáng)B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)MHC-Ⅱ類的抗原表達(dá)，還會激活CD4+T細(xì)胞[10]。也有研究發(fā)現(xiàn)，與神經(jīng)元損傷的相關(guān)性疾病中，患者腦脊液和血清中能檢測到NSE異常表達(dá)[11]。因此，NSE過表達(dá)被認(rèn)為是神經(jīng)元損傷的重要標(biāo)志物。

2 NSE在神經(jīng)炎癥中的作用

NSE是78kDaγ-同型二聚體，誘導(dǎo)促進(jìn)纖溶酶原聚集于細(xì)胞表面并活化，降解細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）及纖連蛋白，激活基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的增殖以及腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[12]。有研究表明，MMP有助于產(chǎn)生和維持促炎微環(huán)境，從而上調(diào)NSE并促進(jìn)ECM降解，加重神經(jīng)細(xì)胞缺血性病理性改變[13]。靶向NSE可以限制ECM和MMP介導(dǎo)的損傷。因此，可以從抑制NSE方面來設(shè)計(jì)針對ECM降解和抑制進(jìn)行性神經(jīng)炎癥的治療方法。NSE與CNS中許多不同細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)或膜分子的相互作用促進(jìn)了NSE與S100B之間協(xié)同作用，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，引起神經(jīng)元損傷。據(jù)報(bào)道，S100B主要由星形膠質(zhì)細(xì)胞在CNS中表達(dá)和分泌，常在各種病理損傷中檢測到，部分病理損傷中同時(shí)也檢測到NSE異常表達(dá)[14]。此外，SCI患者血清中也能檢測到NSE和S100B的過表達(dá)[3]。S100B過表達(dá)會誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化及神經(jīng)細(xì)胞凋亡，加重神經(jīng)炎癥并可能導(dǎo)致長期神經(jīng)功能障礙。因此，進(jìn)一步研究NSE調(diào)控是否影響S100B，對于保護(hù)神經(jīng)元抗凋亡可能會有臨床意義。

3 NSE在CNS其他急性損傷中的作用

NSE被認(rèn)為是神經(jīng)元損傷的特征性標(biāo)志物。在重型繼發(fā)性腦損傷的CNS疾病患者中，NSE異常表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦損傷患者的血清NSE過表達(dá)，可以作為衡量患者預(yù)后的一個(gè)重要參數(shù)[15]。因此，NSE作為缺血性腦損傷的已知標(biāo)志物，可用于評估創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）、腦卒中和心臟驟停后缺氧性腦病[15-16]。有研究發(fā)現(xiàn)，重度TBI患兒的腦脊液樣本中NSE水平明顯升高[17]。另外，通過對66例足月窒息新生兒的研究表明，在缺血性腦損傷開始時(shí)NSE水平相對較低，6 h內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)水平低，但在24～48 h后檢測NSE可能有意義[18]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，NSE水平升高可以更早被發(fā)現(xiàn)，該研究通過測定60例心肺復(fù)蘇患者在12～36 h之間的血清NSE水平，NSE水平越高，預(yù)后越差，可以作為預(yù)測心肺復(fù)蘇預(yù)后的一個(gè)重要指標(biāo)[19]。同樣，血清NSE水平在急性腦出血（intracerebral hemorrhage,ICH）患者中也很重要，因其與出血量和受傷情況密切相關(guān)。一項(xiàng)研究分析了80例ICH患者NSE水平，發(fā)現(xiàn)這些患者中NSE水平明顯升高，提示血清NSE異常表達(dá)可能導(dǎo)致ICH預(yù)后較差[20]。有研究通過測定60例蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）患者的NSE水平，發(fā)現(xiàn)NSE水平升高[21]，這表明NSE有望作為篩查SAH患者的一項(xiàng)指標(biāo)。

4 NSE在SCI中的作用

SCI是一種破壞性、進(jìn)行性、復(fù)雜性且不斷發(fā)展的分子級聯(lián)反應(yīng)，其神經(jīng)損傷引發(fā)功能障礙的機(jī)制尚未闡明。有研究發(fā)現(xiàn)，在膠質(zhì)細(xì)胞分化和增殖過程中NSE異常表達(dá)可能與細(xì)胞損傷相關(guān)[22]?；罨头只男∧z質(zhì)細(xì)胞可能釋放各種炎性因子，繼而調(diào)控SCI后繼發(fā)性神經(jīng)元損傷和再生。NSE介導(dǎo)的降解途徑活化以及后續(xù)的炎性細(xì)胞因子、趨化因子和其他炎性介質(zhì)的釋放可能引發(fā)軸突損傷[12，23-24]。在SCI中檢測到NSE水平異常可能與灰質(zhì)的神經(jīng)元細(xì)胞凋亡有關(guān)。NSE異常表達(dá)和活性的增加可能影響代謝變化，這種變化發(fā)生在遠(yuǎn)離受傷脊髓中心的區(qū)域。SCI的繼發(fā)性損傷特征是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的破壞，從而導(dǎo)致?lián)p傷擴(kuò)大和功能喪失[25]。因此，可以研究促進(jìn)或預(yù)防神經(jīng)元炎癥和細(xì)胞凋亡的機(jī)制，以尋找預(yù)防和治療SCI的新途徑。

針對不同損傷機(jī)制引起SCI繼發(fā)性損傷的神經(jīng)保護(hù)用藥，臨床驗(yàn)證效果不一[26]，且尚無FDA批準(zhǔn)的可用于治療SCI的藥物。有研究報(bào)道，雌激素是治療SCI和TBI的重要神經(jīng)保護(hù)劑[27]。因此，可以研究SCI的病理生理學(xué)機(jī)制發(fā)生，特別是針對新型神經(jīng)保護(hù)藥和神經(jīng)退行性藥的多模式療法。另有研究測定SCI大鼠模型中NSE表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)，SCI后NSE表達(dá)上調(diào)，可激活多種不同的炎癥通路，導(dǎo)致宿主長期繼發(fā)性損傷；通過測定SCI假手術(shù)和受損切片中神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的NSE水平，證實(shí)了SCI后NSE表達(dá)的變化[12]。研究還發(fā)現(xiàn)，與假手術(shù)脊髓相比，損傷后星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的NSE水平顯著增加，但神經(jīng)元中并未升高，這表明NSE水平的差異可能會導(dǎo)致?lián)p傷后的不同病理變化[12]。NSE是金屬酶，并且可以充當(dāng)纖溶酶原受體，因此神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中NSE表達(dá)可以通過裂解pro-MMP啟動MMP激活級聯(lián)反應(yīng)[28]。NSE對免疫細(xì)胞應(yīng)答以及神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的下調(diào)可能是抑制脊髓損傷繼發(fā)性神經(jīng)炎癥的新途徑。

5 SCI后NSE的調(diào)控

越來越多的證據(jù)表明免疫細(xì)胞在SCI病理和修復(fù)的過程中有重要作用。多核型白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞、B細(xì)胞和T細(xì)胞的浸潤會促進(jìn)SCI的預(yù)后不良[29]，其中NSE水平升高可能在炎癥過程中起關(guān)鍵作用[9]。神經(jīng)元細(xì)胞中的線粒體代謝缺陷可能產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS），從而誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷?？寡趸瘎┛梢詼p少ROS的破壞作用、氧化應(yīng)激以及腦膠質(zhì)細(xì)胞增殖的程度[12]。活化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分布以及NSE的表達(dá)和活性對于降低腦損傷和改善功能有重要作用。有研究顯示，抑制NSE表達(dá)可降低炎性趨化因子/細(xì)胞因子反應(yīng)，抑制MMP-9活化，減輕SCI后的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生[12，28]。另外NSE通過激活PI3K/Akt和MAPK/ERK信號通路來調(diào)控神經(jīng)元的存活、分化和神經(jīng)突再生[23]。而半胱氨酸蛋白酶組織蛋白酶X調(diào)控該通路活動，該酶裂解該分子的C末端并削弱其活性[24]。NSE激活PI3K路徑調(diào)控RhoA/Rho激酶通路，影響肌動蛋白的細(xì)胞骨架重組，神經(jīng)突增生的誘導(dǎo)以及神經(jīng)元細(xì)胞的生長停滯，從而促進(jìn)炎癥和神經(jīng)元凋亡[23]。在這種情況下，抑制RhoA可能導(dǎo)致NSE誘導(dǎo)的神經(jīng)突增生，因此通過抑制NSE表達(dá)及損傷組織的活性可能是有益的。

SCI后星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中NSE過度表達(dá)[12]，激活炎性細(xì)胞因子和趨化因子，誘導(dǎo)軸突損傷和神經(jīng)元凋亡。有研究通過測定并比較48例SCI患者入院后48 h和7 d內(nèi)血清NSE水平，發(fā)現(xiàn)SCI患者受傷后24、48 h的NSE水平明顯高于對照組，NSE可能與創(chuàng)傷性SCI的嚴(yán)重程度相關(guān)[30]。因此，NSE也被認(rèn)為是SCI的潛在生物標(biāo)志物和（或）治療靶標(biāo)[2]。有研究在大鼠模型中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞損傷與泛素蛋白酶體（Ubiquitin protease pathway,UPP）通路的抑制和胱天蛋白酶3（caspase-3）的刺激相關(guān)。15-脫氧-前列腺素J2（15d-PGJ2）通過UPP和PI3K-Akt途徑的失活以及caspase級聯(lián)的活化來誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡。近年來，NSE已被確定為15d-PGJ2的膜靶之一。15d-PGJ2通過激活caspase-3和使UPP失活誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，而抗NSE抗體使caspase-3失活，激活UPP，并導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡[31]。NSE在SCI的動物模型中也會異常表達(dá)，LI等[32]通過大鼠模型研究表明，與對照組相比，SCI后6 h的血清NSE水平顯著增加，且在受傷后24 h達(dá)到最高值。通過烯醇化酶抑制劑ENOblock在雄性SD大鼠SCI模型中的作用研究發(fā)現(xiàn)[12]，在受傷組織中NSE和MMP-9水平明顯升高，而ENOblock治療顯著降低了SCI組織中NSE和MMP-9蛋白表達(dá)。這些研究結(jié)果支持該假說，即SCI后神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活可能促進(jìn)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，該反應(yīng)可通過調(diào)控烯醇化酶和（或）NSE表達(dá)來調(diào)節(jié)。

來自經(jīng)ENOblock治療的動物脊髓組織的免疫組織化學(xué)分析表明，烯醇化酶抑制可減輕急性SCI后的炎癥事件，有利于神經(jīng)保護(hù)[33]。但ENOblock只在臨床前異種移植模型中進(jìn)行了測試。迄今，尚未對該藥物進(jìn)行臨床試驗(yàn)。有研究通過干細(xì)胞移植改善SCI后損傷，作為SCI后出現(xiàn)的一種病理，脊髓的缺血環(huán)境是由血管的破壞引起的。這種缺血性疾病持續(xù)數(shù)天至數(shù)周。移植到缺血環(huán)境中的干細(xì)胞存活率通常會迅速下降。為了保護(hù)移植的干細(xì)胞和降低SCI，有研究通過小鼠模型設(shè)計(jì)了一種基于神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cell，NSC）的聯(lián)合治療策略，該NSC是通過NSE啟動子控制的神經(jīng)元細(xì)胞類型誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)基因表達(dá)系統(tǒng)引入的，最大化治療SCI損傷[34]。有研究證明了神經(jīng)元細(xì)胞類型可誘導(dǎo)的基因表達(dá)系統(tǒng)適合將NSC引入聯(lián)合治療策略。該策略可能是治療包括SCI在內(nèi)的神經(jīng)損傷性疾病的有效方法[35]。此外通過研究miRNA-153（miR-153）對HT-22細(xì)胞神經(jīng)分化的影響中發(fā)現(xiàn)，miR-153調(diào)控了神經(jīng)元特異性基因的表達(dá)，在轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)水平上增加了NSE的表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)分化并保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞[35]。因此，miR-153可能是治療某些神經(jīng)損傷性疾病如SCI的潛在靶標(biāo)。

6 小結(jié)

NSE可能成為不同CNS疾病的重要標(biāo)志物，在評價(jià)CNS損傷程度及預(yù)后評估方面有較好的臨床應(yīng)用前景。因此，使用烯醇化酶抑制劑可能是降低SCI后神經(jīng)損傷程度及改善預(yù)后的重要治療策略。