Notch和Wnt通路对脑缺血后神经干细胞作用的研究进展

苏明珠，马跃文

中国医科大学附属第一医院康复医学科，辽宁沈阳市 110000

脑梗死是脑血管病最常见的类型，有较高的发病率、死亡率和致残率[1]。脑缺血后一些病理生理过程，如兴奋性氨基酸毒性、炎症和凋亡等，在引起脑缺血后组织损伤的同时，也会在一定范围内激活体内保护机制，促进神经干细胞(neural stem cells,NSCs)增殖。NSCs 主要通过两种途径修复神经系统：①重建损伤组织结构，如神经网络，恢复组织的完整性；②分泌各种营养因子、生长因子等，促进神经再生[2]。受局部环境的影响，NSCs存活数量有限，无法很好修复损伤脑组织。

Notch 是一类进化上高度保守的跨膜受体蛋白家族，主要调节细胞分化和组织发育。Notch 信号通路无论在胚胎发育阶段还是成体，均对NSCs 的维持和分化起到重要作用[3‐4]。Wnt信号通路根据β‐catenin是否参与信号传导，分为经典和非经典两类。非经典Wnt通路主要参与细胞骨架的重排和对运动功能的调节。经典Wnt/β‐catenin 通路被激活后，促使β‐catenin 入核，调节核内靶基因表达，调控机体的生长、发育和代谢平衡等过程。Wnt/β‐catenin 通路广泛分布于脑内，在中枢神经系统发育与成熟的过程中也起着重要作用[5]。Notch和Wnt信号通路在脑缺血后NSCs的增殖分化过程中也扮演重要角色。

1 Notch信号通路

Notch信号通路由Notch受体、Notch配体(统称DSL蛋白)、胞内效应分子(统称CSL‐DNA 结合蛋白)等组成。Notch 受体大多为单次跨膜蛋白，由胞外区(Notch extracellular domain,NECD)、跨膜区(transmembrane domain,TM)以及胞内区(notch intracellular domain,NICD)三个结构域组成。相邻细胞的Notch配体与受体结合，在γ 分泌酶复合体的催化下Notch 受体的跨膜区发生蛋白裂解，NICD 从细胞膜内侧释放。NICD 释放后，进入细胞核，与CSL家族转录因子复合体结合，募集核转录激活蛋白家族mastermind‐like 蛋白(MAML)，形成NICD‐CSL‐MAML 复合物，作用于碱性螺旋‐环‐螺旋(basic/helix‐loop‐he‐lix,bHLH)转录抑制因子家族的靶基因，如Hes1、Hes5、Hes7和Hey1、Hey2等，发挥生物学作用[6]。

Notch 信号通路调节通过一些因子影响NSCs 周期[7‐8]，增强NSCs 的增殖能力[9]，使NSCs 向神经细胞的分化维持于特定的平衡状态[10‐11]。Notch 信号通路在哺乳动物中有4 个同源受体，分别为Notch1～Notch4；Notch 配体有Dill、Jagged1 等；脑缺血后，Notch1 和其配体Jagged1 在NSCs 的增殖与分化过程中作用更为明显[12‐14]。Liu等[15]发现，激活Notch1信号通路能诱导NSCs 表现出更大的分化潜能，修复缺血后神经元损伤。Liu 等[9]发现，缺血性脑卒中小鼠MicroRNA(miRNA)‐137 通过Notch‐Jagged1‐Hey2 途径促进NSCs 的增殖分化，从而改善神经功能。NICD 是Notch 信号通路的胞内活化因子。大鼠脑缺血后，室管膜下区(subventricular zone,SVZ)NICD 水平明显升高，可促进NSCs 增殖和迁移[16]。Hes1 是Notch1 信号通路下游的一个关键基因，在维持NSCs 未分化状态中有重要作用[17]。脑缺血后，Hesl 受上游信号和细胞因子的共同调控，影响NSCs 增殖和分化，发挥修复作用。Zhao 等[13]发现，电针能上调Notch1和Hes1的表达，促进海马区NSCs的增殖和向神经元分化，改善脑卒中大鼠的神经功能。

2 Wnt信号通路

Wnt 信号网络包括Wnt 配体、跨膜受体卷曲蛋白(frizzled,Frz)和低密度脂蛋白受体相关蛋白(lowdensitylipoproteinrecep‐tor‐relatedprotein,LRP)，以及4 个途径：Wnt/β‐catenin、Wnt/Ca2+、Wnt/pcp 及调节纺锤体定向和不对称细胞分裂通路。Wnt/β‐catenin 是经典的Wnt 信号传导途径，β‐catenin 是Wnt 信号通路的核心分子，Wnt/β‐catenin 通路被激活后，阻断β‐catenin 被糖原合成酶激酶3β 磷酸化，使β‐catenin 在胞质内大量聚集并进入细胞核，破坏淋巴增强因子(1ymphoidenchancer factor,LEF)/T 细胞因子(T cell factor,TCF)家族与Groucho、环磷腺苷效应元件结合蛋白结合蛋白(cAMP‐response element binding protein‐binding protein,CBP)抑制蛋白形成的复合物，并与LEF/TCF家族的转录因子结合，激活转录因子，最终活化下游靶基因表达，从而调控细胞的增殖、分化、凋亡、迁徙等过程[18‐20]。

Wnt 信号通路在胚胎期神经发育过程中对NSCs 的调控起着关键作用。Lee 等[21]从胚胎期小鼠大脑半球检出Wnt1、Wnt3a 等，发现这些蛋白在神经发生中起重要作用。其机制与增加S期细胞数量、缩短G1和/或G2期时间，以及抑制细胞由G1 期过渡到G0 期有关[22]。在成体和脑缺血大鼠海马齿状回颗粒下层(subgranular zone,SGZ)和SVZ 也发现Wnt配体和Wnt受体参与NSCs的增殖和分化[23‐24]。

Wnt1 和Wnt3a 是Wnt 信号通路中的两个配体，也是Wnt信号通路重要的激活剂。Wnt3a 在胚胎发育期不仅激活Wnt 信号通路，还促进NSCs 增殖[25]。Wnt3a/β‐catenin 对脑缺血后NSCs 也有积极影响。Kang 等[26]发现，冲击波治疗通过Wnt3a/β‐catenin信号通路，使脑缺血大鼠神经元特异性烯醇化酶(neu‐ron‐specific enolase,NSE)和nestin 表达升高，促进脑缺血后NSCs 的增殖与分化。Wei 等[27]发现，小鼠局限性脑缺血后1 h起每天经鼻吸入Wnt3a，7 d后，脑源性神经营养因子(brain‐de‐rived neurotrophic factor,BDNF)表达明显上升，促进SVZ 中NSCs的增殖和迁徙。

Wnt1 是调控细胞生长和增殖的关键分泌信号分子。邢雪松等[28]发现，大鼠脑缺血再灌注后，Wntl 时间依赖性表达与NSCs 的增殖过程一致。Wang 等[29]发现，miRNA‐148/152 家族中的miRNA‐148b 能通过Wnt1/β‐catenin 通路调节脑缺血大鼠NSCs 的增殖与分化。Chen 等[30]发现，电针通过上调Wnt1/β‐catenin 的表达，抑制糖原合成酶激酶‐3 (glycogen synthase ki‐nase‐3,GSK3)的表达，增强脑缺血大鼠皮质NSCs增殖。

3 Notch信号通路和Wnt信号通路的串并

Notch 信号通路和Wnt 信号通路的交互作用最初在共同调节果蝇羽翼发育中被发现。随着胚胎、个体发育、干细胞增殖分化的深入研究，人们认识到Wnt 信号通路和Notch 信号通路并不是孤立存在的，而是处于一个精密复杂的信号网络中[31‐32]。

Wnt和Notch信号通路的串并(crosstalk)主要通过3个途径。①转录靶点的协同作用。Notch 的胞内结构域与β‐catenin 的蛋白复合物存在于动脉基因RBP‐J结合位点上，协同增强成人体内血管生成过程中靶基因的启动子活性和动脉基因表达[33]。Jin等[34]发现，β‐catenin 能够调节Notch1 和NICD 的表达水平和转录活性。②一条通路影响另一条通路配体的表达，产生有序的信号。在小鼠耳听板发育过程中，Wnt 信号通路能调节Notch配体Jagged1[35]。在脊椎动物体节发育过程中，Wnt通路核内转录因子LEF1能调节Notch配体Dll1[36]。③通路中分子的直接作用。如非洲爪蟾腹侧‐后部发育过程中，DSL(Wnt 受体复合物的成分)与成熟Notch 受体的结合触发一系列蛋白裂解，导致Notch 细胞内结构域释放[37]。作为两条通路的桥梁分子还有Hes‐1、GSK3β等[38‐40]。

Notch 信号通路和Wnt 信号通路在干细胞调节中也相互作用，彼此影响。在不同组织中，它们之间相互影响的方式不同。在心脏干细胞，Notch1 拮抗Wnt/β‐catenin 信号通路的作用[41]；在牙髓干细胞，Notch1 与Wnt3a 间存在协同作用[42]。在神经系统发育过程中，Wnt 和Notch 信号通路也存在一定的联系[43]。Song等[44]发现，Notch信号通路能增强Lgr5(Wnt信号通路激动受体)的表达，提高脊髓运动神经元细胞含量。Mußmann 等[45]发现，Wnt3a 能诱导Hes1 转录因子上调。Bizen等[12]发现，β‐catenin 可通过上调Notch 信号通路的表达，抑制NSCs 分化。Singh 等[46]发现，连接Notch 信号通路和Wnt 信号通路的桥梁分子GSK‐3β 影响SVZ 中NSCs 的增殖、迁徙和分化。

4 展望

自NSCs被发现以来，NSCs作为脑缺血后神经功能障碍的治疗方法，成为研究的重点和热点。如何有效促进NSCs 增殖并向神经元定向分化，却一直没能很好解决。Notch 和Wnt 信号通路在缺血性脑卒中后NSCs 的增殖、迁移和分化过程发挥着重要作用。恰当调控两条信号通路以及它们之间的串联，促进脑缺血后NSCs 的增殖和分化，对脑梗死后神经系统的修复和重建有重要意义。