膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在胃腸道疾病中的研究進(jìn)展*

張瀟丹 許 英 梁國(guó)剛

大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院腹部急癥外科/大連醫(yī)科大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合研究院(學(xué)院)(116011)

腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)是胃腸道功能和神經(jīng)反射通路的主要調(diào)節(jié)器，可獨(dú)立于中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制腸道運(yùn)動(dòng)，協(xié)調(diào)黏膜的液體交換[1]、局部血流和運(yùn)動(dòng)模式[2]以及內(nèi)分泌功能，并調(diào)控對(duì)感覺刺激作出反應(yīng)的上皮細(xì)胞活動(dòng)，參與腸-腦軸以及神經(jīng)-上皮的相互作用，在腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起有核心作用[3]。腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞(enteric glial cells, EGCs)是ENS重要的組成部分，在維持胃腸道功能方面發(fā)揮重要作用，積極參與腸道運(yùn)動(dòng)和上皮屏障功能的控制[4]，具有改變內(nèi)臟感覺的潛力[5]，在腸神經(jīng)、腸內(nèi)分泌細(xì)胞、免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞之間形成了細(xì)胞與分子的相互銜接橋梁。同時(shí)在腸神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)成熟中扮演關(guān)鍵的細(xì)胞因子[6]，在ENS和胃腸功能的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)中起非常重要的作用。膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)來源于EGCs，并發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)元、促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)、調(diào)節(jié)炎癥因子等作用，在腸神經(jīng)疾病、腹腔炎癥等胃腸道疾病中發(fā)揮重要作用。

近年研究主要集中于腸神經(jīng)元及其功能特性，對(duì)EGCs的探討較少，其與星形膠質(zhì)細(xì)胞具有相似性[7-8]。本文就近年EGCs中GDNF及其相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展與新思路作一總結(jié)，從而為今后EGCs中GDNF的研究提供綜合參考。

一、GDNF及其配體

GDNF來源于EGCs[9]，屬于GDNF家族配體(GFLs)[10]。最初由大鼠B49神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中分離而來，通過促進(jìn)多巴胺攝取來提高原代培養(yǎng)中多巴胺能神經(jīng)元的存活和差異[11]。在胚胎發(fā)育中可促進(jìn)ENS的發(fā)育以及肌間神經(jīng)元的存活和軸突生長(zhǎng)，起到營(yíng)養(yǎng)腸神經(jīng)元的作用。內(nèi)源性GDNF可促進(jìn)神經(jīng)元的作用[12]，也可在體內(nèi)外被腸道炎癥和炎性細(xì)胞因子所調(diào)節(jié)。GDNF通過膠質(zhì)因子受體α1(GFRα1)和Ret的協(xié)同受體系統(tǒng)來支持遷移的神經(jīng)嵴細(xì)胞，使其定植于胚胎腸道，至出生時(shí)形成ENS，并調(diào)節(jié)腸道功能與運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)胃腸分泌和吸收[13]。GDNF在膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元的發(fā)育和維持中起重要作用，對(duì)某些動(dòng)物神經(jīng)退行性疾病已顯示出積極的治療效果。有研究[14]表明中風(fēng)后抑郁癥狀的嚴(yán)重程度與GDNF呈負(fù)相關(guān)。且GDNF蛋白可逆轉(zhuǎn)慢性輕度應(yīng)激所致的抑郁樣行為，增加免疫反應(yīng)神經(jīng)元數(shù)量，為治療抑郁提供了一條有力途徑[15]。GDNF的合成和調(diào)控在許多疾病、衰老、運(yùn)動(dòng)和成癮中發(fā)生變化。其神經(jīng)保護(hù)作用可用于治療神經(jīng)退行性疾病。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和GDNF可協(xié)同促進(jìn)周圍神經(jīng)修復(fù)[16]，保護(hù)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞并增加其存活，并對(duì)受損細(xì)胞具有終生保護(hù)作用[17]。

GFLs能促進(jìn)體內(nèi)多個(gè)神經(jīng)元群體的存活，因此在神經(jīng)變性引起的疾病治療方面具有較好的應(yīng)用前景[18]。目前認(rèn)為GFLs治療帕金森癥、神經(jīng)性疼痛和視網(wǎng)膜變性引起的疾病，以及肌萎縮側(cè)索硬化癥和阿爾茨海默病具有一定的潛力。

二、GDNF相關(guān)信號(hào)通路

1. GDNF與PI3K/Akt信號(hào)通路：有研究指出，GFRα受體復(fù)合物中的Ret激酶和PI3K/Akt通路對(duì)GDNF的神經(jīng)保護(hù)作用至關(guān)重要[19]。

持續(xù)的腹部按摩通過調(diào)節(jié)GDNF和PI3K/Akt信號(hào)通路可降低腸易激綜合征大鼠內(nèi)臟超敏反應(yīng)，進(jìn)而改善腸易激綜合征癥狀[20]。在糖尿病腎病模型[21]和脂肪干細(xì)胞[22]中，通過抑制NF-κB信號(hào)通路產(chǎn)生GDNF，促進(jìn)PI3K/Akt信號(hào)通路的激活，將小膠質(zhì)細(xì)胞破壞性M1表型轉(zhuǎn)化為再生M2表型來抑制神經(jīng)炎癥，從而減輕去傳入神經(jīng)痛。Xu等[23]發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg1誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞活化通過PI3K/Akt信號(hào)通路增加GDNF表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)脊髓損傷后功能的恢復(fù)。電針足三里穴位高頻長(zhǎng)時(shí)間刺激可誘導(dǎo)糖尿病大鼠丟失的腸神經(jīng)元再生，說明GDNF和PI3K/Akt信號(hào)通路在電針誘導(dǎo)受損腸神經(jīng)元的再生中起重要作用[24]。

2. GDNF與Akt/ERK通路：生理上，GDNF結(jié)合GFR1受體，激活跨膜Ret酪氨酸激酶，通過細(xì)胞內(nèi)Akt/ERK通路傳遞信號(hào)。Ret受體起激動(dòng)劑的作用，對(duì)表達(dá)Ret的細(xì)胞具有選擇性，在體內(nèi)可起保護(hù)神經(jīng)元免于死亡的作用[25]。結(jié)直腸癌中存在Ret融合，在動(dòng)物和細(xì)胞模型中可促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和遷移，并與結(jié)腸腺癌患者預(yù)后差、治療反應(yīng)差和總生存率降低相關(guān)[26]。DNA甲基化異常在結(jié)腸癌進(jìn)展中起有重要作用，結(jié)腸癌患者的預(yù)后與GDNF呈負(fù)相關(guān)且GFRA1通過激活A(yù)kt/ERK通路促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)[27]。Liang等[28]認(rèn)為與結(jié)腸癌患者總生存期相關(guān)的甲基化調(diào)節(jié)的差異表達(dá)基因可能成為腫瘤診斷和治療的潛在靶點(diǎn)。

3. GDNF/Ret信號(hào)通路：GDNF/Ret信號(hào)對(duì)ENS的發(fā)育至關(guān)重要，NEDL2是GDNF/Ret信號(hào)的正調(diào)控因子，也可通過GDNF/Akt信號(hào)通路正向調(diào)節(jié)腸神經(jīng)前體增殖。缺乏NEDL2的小鼠表現(xiàn)出腸神經(jīng)元數(shù)量減少，進(jìn)行性腸運(yùn)動(dòng)障礙和腸神經(jīng)節(jié)細(xì)胞減少癥，在出生后2周內(nèi)全部死亡[29]。NEDL2在無神經(jīng)節(jié)段人結(jié)腸中的表達(dá)減少，參與了先天性巨結(jié)腸的病理生理過程[30]。在腸道神經(jīng)元中，Kif26a蛋白編碼基因?yàn)镚DNF/Ret信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控因子，Kif26a缺陷型小鼠的ENS和腸功能具有遺傳背景依賴性異常[31]。

EGCs通過Ret受體產(chǎn)生GDNF以維持體外腸上皮屏障功能，并呈GDNF依賴性[32]。GDNF有利于表現(xiàn)為交感神經(jīng)系統(tǒng)缺陷Ret基因突變小鼠交感神經(jīng)元的存活和下游信號(hào)的傳遞[33]。GDNF具有神經(jīng)保護(hù)作用，可通過激活Ret和HIF-1α來抑制程序性細(xì)胞死亡，從而維持ENS的生存和功能[34]。

4. GDNF與LncRNA相關(guān)通路：Zhong等[35]的研究首次發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌中存在NEAT1/miR-196a-5p/GDNF調(diào)控通路，LncRNA NEAT1通過miR-196a-5p調(diào)節(jié)GDNF，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和遷移，且GDNF可作為癌基因生物學(xué)標(biāo)志物用于結(jié)直腸癌的診斷和預(yù)后。

5. GDNF與Hippo途徑：Hippo途徑已成為調(diào)節(jié)多種生物學(xué)功能的關(guān)鍵信號(hào)通路。Hippo途徑的失調(diào)與多種癌癥類型有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)受體酪氨酸激酶(RTK)能調(diào)節(jié)Hippo信號(hào)的活性，Hippo效應(yīng)子YAP/TAZ為通過PI3K或MAPK信號(hào)通路介導(dǎo)的RTK及其細(xì)胞外配體(Gas6、GDNF、FGF)誘導(dǎo)的致瘤表型(如細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化)的中心介質(zhì)，起有關(guān)鍵的信號(hào)作用[36]。但具體的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

三、GDNF與腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)

腸道微生物區(qū)系-天然免疫軸是保證ENS結(jié)構(gòu)和功能完整性的關(guān)鍵因素。腸道微生物區(qū)系組成的改變、Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)等先天免疫受體信號(hào)的紊亂，以及ENS神經(jīng)化學(xué)編碼的改變與多種胃腸道疾病有關(guān)。TLR可解碼腸道微生物信號(hào)，形成一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的混合物，調(diào)節(jié)GDNF的產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)神經(jīng)元發(fā)揮支持作用，控制腸道系統(tǒng)的完整性來調(diào)節(jié)腸道炎癥[37-38]。不同類型的免疫和上皮細(xì)胞具有釋放GFLs和表達(dá)其受體的能力，從而參與炎癥后上皮屏障損傷的修復(fù)。GDNF以cAMP/PKA依賴的方式促進(jìn)創(chuàng)傷愈合，通過p38MAPK信號(hào)失活促進(jìn)未成熟腸細(xì)胞屏障成熟[39]。Hagbom等[40]發(fā)現(xiàn)GDNF可在輪狀病毒攻擊期間維持小鼠腸道上皮屏障致密性，不改變其通透性，起到保護(hù)腸屏障維持腸道內(nèi)環(huán)境的作用。免疫細(xì)胞等釋放GFLs受體并表達(dá)其受體，參與炎癥后修復(fù)，其中部分機(jī)制涉及傳遞至ILC，產(chǎn)生細(xì)胞因子(如IL-22)，從而影響腸道微生物區(qū)系。此外，GFLs的失調(diào)可能會(huì)產(chǎn)生致癌效應(yīng)[10]。由此可見，GDNF可作為維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的治療靶點(diǎn)。

四、GDNF的臨床應(yīng)用

1. GDNF與胃腸動(dòng)力性疾?。篍GCs通過GDNF與神經(jīng)元聯(lián)系緊密，而腸平滑肌增殖通過GDNF表達(dá)支持ENS，從而決定腸神經(jīng)元的存活[41]。

在先天性巨結(jié)腸模型小鼠中，GDNF可延長(zhǎng)存活時(shí)間，并誘導(dǎo)腸神經(jīng)再生，改善結(jié)腸結(jié)構(gòu)和功能。在先天性巨結(jié)腸的研究中GDNF可誘導(dǎo)Schwann細(xì)胞增殖和新的神經(jīng)元形成[42]。定時(shí)GDNF基因治療可提高腹根撕脫傷大鼠運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元存活時(shí)間，并改善軸突生長(zhǎng)、電生理恢復(fù)和肌肉再神經(jīng)支配，同樣可促進(jìn)損傷神經(jīng)的遠(yuǎn)距離再生[43]。GDNF作用于支配肌肉的神經(jīng)元，在修復(fù)神經(jīng)和神經(jīng)移植方面可起重要作用。在憩室病中發(fā)現(xiàn)腸動(dòng)力障礙的潛在標(biāo)志物SNAP-25可被GDNF上調(diào)，而GDNF誘導(dǎo)的腸神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化與SNAP-25表達(dá)增加和突觸小泡形成呈正相關(guān)[44]。

GDNF與腸神經(jīng)元鏈接緊密，并參與腸神經(jīng)疾病發(fā)生、發(fā)展中的各個(gè)進(jìn)程，對(duì)腸神經(jīng)疾病的進(jìn)一步研究有助于提高對(duì)腸神經(jīng)疾病的認(rèn)知以及制定更多的治療方案。

2. GDNF與炎癥性胃腸道疾?。貉芯孔C實(shí)恢復(fù)EGCs功能是抑制炎癥的有效策略，而GDNF在其中發(fā)揮了重要作用。GDNF通過下調(diào)JNK1/Ret信號(hào)通路，減少細(xì)胞內(nèi)鈣內(nèi)流，進(jìn)而減少肥大細(xì)胞脫顆粒和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，對(duì)實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎有明顯改善作用[45]。在結(jié)腸炎分離的腸平滑肌細(xì)胞中，MMP-9活性是GDNF對(duì)肌間神經(jīng)元發(fā)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)所必需，而MMP-9協(xié)同上調(diào)GDNF表達(dá)可抑制ENS的炎性損傷[46]。有研究將GDNF作為蛋白質(zhì)標(biāo)志物預(yù)測(cè)靜止期疾病患者復(fù)發(fā)的能力，并證實(shí)其與炎癥性腸病間歇性復(fù)發(fā)相關(guān)[47]。

3. GDNF與胃腸腫瘤：GFLs是多種人類組織發(fā)育所需的可溶性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，但亦是癌癥的重要因素。GFLs介導(dǎo)的野生型Ret激活是一種促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和更廣泛癌癥組擴(kuò)散的機(jī)制。

Ret和GFLs表達(dá)與包括胰腺癌和前列腺癌在內(nèi)的多種人類癌癥的轉(zhuǎn)移或侵襲有關(guān)[40]。胰腺癌是最嚴(yán)重的胃腸道外分泌癌，其中40%～65%的胰腺導(dǎo)管腺癌中表達(dá)Ret和GFR，尤其是在進(jìn)展期和轉(zhuǎn)移性腫瘤以及淋巴和周圍神經(jīng)侵犯患者中。GDNF介導(dǎo)的Ret在胰腺腫瘤的發(fā)生過程中上調(diào)，Ret激活能誘導(dǎo)侵襲性胰腺癌的發(fā)生，可能是胰腺腫瘤發(fā)生的重要共同驅(qū)動(dòng)因素[39]。APE1異常表達(dá)與細(xì)胞生長(zhǎng)失控有關(guān)，其通過GDNF/GFRα1/Src/ERK軸級(jí)聯(lián)信號(hào)通路促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖，小干擾RNA下調(diào)APE1或GFRα1均可抑制癌細(xì)胞增殖，為未來治療胰腺癌的潛在治療藥物靶點(diǎn)提供了證據(jù)[48]。

GFLs-Ret信號(hào)還可促進(jìn)腫瘤微環(huán)境的改變，從而改變周圍間質(zhì)和細(xì)胞成分，增強(qiáng)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移，是限制腫瘤生長(zhǎng)、擴(kuò)散和改善疾病預(yù)后的新治療方法的重要靶點(diǎn)。

五、討論與展望

EGCs作為一個(gè)新的胃腸神經(jīng)學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)，有望在胃腸疾病以及動(dòng)力障礙性疾病以腸道膠質(zhì)中作為關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行探索，如研究調(diào)控Ca2+波、神經(jīng)膠質(zhì)、GDNF等在信號(hào)通路下游中發(fā)揮的具體作用等。GDNF作為EGCs中重要的功能性蛋白，在與胃腸道相關(guān)的各個(gè)方面中均發(fā)揮了中心介質(zhì)的作用。最近的研究已闡明了GDNF-GFRα1-Ret復(fù)合物的細(xì)胞外成分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)GDNF信號(hào)通路Ret等的研究也進(jìn)入了一個(gè)新的階段，重點(diǎn)是靶向Ret信號(hào)或利用其GFLs配體作為神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)藥物治療Ret表達(dá)或非表達(dá)細(xì)胞。大腦中小膠質(zhì)細(xì)胞表型是由環(huán)境依賴的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)所決定的，了解腸膠質(zhì)細(xì)胞的類似反應(yīng)以及GDNF的具體作用機(jī)制可能對(duì)腸易激綜合征、運(yùn)動(dòng)障礙和胃腸道疾病具有重要影響[49]。未來應(yīng)進(jìn)一步探索小鼠和人類共有的神經(jīng)膠質(zhì)和GDNF靶點(diǎn)，同時(shí)評(píng)估人類特有的神經(jīng)膠質(zhì)分子靶點(diǎn)。