神经溃变与再生机制的研究进展章宇轩摘要 综述神经溃变和再生机制的研究进展㊂当神经纤维或神经元胞体受到损伤等刺激性伤害时,远侧断端会发生一系列组织学退行性改变,发生溃变;受损的神经元轴突生长,并与溃变前的组织或神经元重新形成突触结构,恢复正常生理功能,进行再生㊂神经溃变可分为顺行性溃变(又称为Wallerian 变性)㊁逆行性溃变㊁跨神经元性溃变,近年来对Wallerian 变性的研究较多㊂巨噬细胞㊁无菌α和Toll 白介素受体基序蛋白1(SARM1)蛋白参与Wallerian 变性㊂再生分为中枢神经系统的再生和周围神经系统的再生,其机制错综复杂,涉及多个分子机制和信号转导通路㊂中枢神经受损时,星形胶质细胞和神经递质对中枢神经再生起至关重要的作用㊂周围神经系统的再生修复过程涉及多个分子和细胞㊂近年来,3D 打印三维矫治器和神经导管等也开始应用于临床,现代医学技术可促进神经再生的进展㊂关键词 神经溃变;再生;Wallerian 变性;巨噬细胞;星形胶质细胞;神经递质;雪旺细胞;神经营养因子;综述d o i :10.12102/j.i s s n .1672-1349.2023.13.017 当神经纤维或神经元胞体受到牵拉伤㊁切割伤㊁火器伤㊁压迫性损伤等刺激性伤害时,远侧断端会发生一系列组织学退行性改变,表现为轴突和髓鞘碎裂和溶解,称为溃变㊂受损的神经元轴突生长,并与溃变前的组织或神经元重新形成突触结构,恢复正常生理功能,称为再生㊂现对神经溃变和再生机制的研究进展进行综述㊂1 神经溃变的分类及影响因素1.1 神经溃变的分类研究受损神经纤维不同部位,神经溃变可分为顺行性溃变㊁逆行性溃变㊁跨神经元性溃变[1]㊂顺行性溃变又称为Wallerian 变性,指在神经元受伤处的远端,轴索和髓鞘完全崩解,雪旺细胞变化,最终完全解体消失㊂由于此过程与轴索内冲动传递的方向相同,故得名㊂逆行性溃变指当神经元的轴突损伤或被切断后,在损伤近侧段神经元胞体膨胀,胞核移向边缘,胞质内尼氏体溶解㊂跨神经元性溃变分为顺行性跨神经元溃变和逆行性跨神经元溃变㊂顺行性跨神经元溃变表现为阻断神经元的传入纤维后,此神经元发生变性和溃变;逆行性跨神经元溃变则表现为某一神经元发出的纤维所到达的另一神经元死亡时,前者也发生萎缩或溃变[2]㊂1.2 神经溃变的影响因素由于近年来对Wallerian 变性的研究较多,现主要讲述不同因素对Wallerian 变性的影响㊂作者单位 中国医科大学(沈阳110122),E -mail :zhangwenjiecow @引用信息 章宇轩.神经溃变与再生机制的研究进展[J ].中西医结合心脑血管病杂志,2023,21(13):2431-2434. 1.2.1 中性粒细胞和巨噬细胞Wallerian 变性的本质是一个活跃的细胞过程[3],有雪旺细胞㊁巨噬细胞㊁中性粒细胞㊁神经细胞黏附分子等参与,这一发现源于对坐骨神经受损的小鼠生存期延长的观察㊂近年研究表明,巨噬细胞在Wallerian 变性时,不仅在清除髓鞘碎片和调节雪旺细胞活性方面起着关键作用,而且在局部受损微环境的浸润作用下,通过释放大量轴突再生相关因子,包括细胞外基质(ECM )蛋白㊁生长因子㊁细胞因子和趋化因子参与变性过程与轴突再生[4]㊂同时,中性粒细胞周围会形成大量的中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps ,NETs )阻碍巨噬细胞浸润实质,延缓神经再生㊂通过抑制中性粒细胞中的巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibitory factor ,MIF )或其受体CXC 趋化因子受体4(CXCR4)可减少NETs 的形成,导致巨噬细胞向实质的渗透增强,从而促进神经再生[5]㊂1.2.2 无菌α和Toll 白介素受体基序蛋白1(SARM1)蛋白SARM1蛋白是一种促退行性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD )酶,是近些年发现的沃勒变性中一个核心调控蛋白,其ARM1结构域缺失能有效地抑制轴突截断数周后的Wallerian 变性,表明SARM1在Wallerian 变性中有重要地位[6]㊂SARM1-丝裂原活化蛋白激酶(MAPK )信号通路是轴突损伤引发的沃勒氏退行性病变的核心调控机制,多项有关病理性轴突退变的研究显示,SARM1或其同源的dSARM 基因缺失可以有效地抑制创伤模型中的轴突病理生理学进程㊂SARM1缺失对受损轴突具有保护作用,研究表明,各种神经退行性疾病下的病理性轴突退变,如帕金森病㊁肌萎缩性侧索硬化症㊁多发性硬化症㊁视网膜病变㊁糖尿病周围神经病变和化疗诱导的周围神经病变,SARM1的缺失可使轴突退变得到缓解[7-9]㊂许多研究证明,SARM1蛋白与NAD+代谢直接相关㊂有研究显示,SARM1缺失完全阻断了烟酰胺单核苷酸苷转移酶(nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase,NMNAT2)缺陷小鼠的轴突病理进程[10]㊂此外,SARM1的激活诱导轴突NAD+水平的急剧消耗[11]㊂SARM1蛋白持续存在于神经元和轴突中,但其介导轴突退变过程的作用仅对轴突损伤有反应㊂SARM1作为一种NAD+降解酶,同时又受NAD+的变构调节,这种独特的调控机制实现了对病理性轴突退变的精确控制,但具体调控机制尚未阐明,需要进行更深入的研究㊂2神经再生的机制及影响因素神经再生根据受损神经的类型可分为中枢神经系统的再生和周围神经系统的再生㊂2.1中枢神经系统的再生机制传统观点认为中枢神经损伤后不能再生㊂这主要是由于神经元自身的高度分化特性及其所处的中枢神经系统微环境不利于中枢神经再生[12],包括星形胶质细胞形成的瘢痕组织阻碍轴突的生长㊁神经元生长抑制因子的存在等㊂然而,研究表明,在一定条件下,中枢神经也能再生,主要包括星形胶质细胞在中枢神经系统修复中的积极作用[13]以及神经递质促进神经生长的功能㊂2.1.1星形胶质细胞在中枢神经再生中的作用研究表明,中枢神经受损时,星形胶质细胞活化为反应性星形胶质细胞,其对中枢神经再生起至关重要的作用[14]㊂Liddelow等[15]提出,除了已为人们所熟悉的促炎作用,不利于神经再生的A1型星形胶质细胞,发生缺血缺氧时,机体内的星形胶质细胞还会向A2型分化,而A2型起抑炎作用,促进神经再生㊂Stern 等[16]研究发现,机体内存在小GTP酶RhoA,分别通过激动肌球蛋白Ⅱ和激活YAP(yes-associated protein)信号传导通路作用于神经元和反应性星形胶质细胞,对轴突生长起双相作用㊂2.1.2神经递质在中枢神经再生中的作用神经递质是神经元之间或神经元与效应器细胞之间传递信息的化学物质,根据化学本质主要分为胆碱类㊁单胺类㊁氨基酸类㊁肽类,影响脊髓神经损伤修复过程㊂2.1.2.1胆碱类神经递质在中枢神经再生中的作用胆碱类神经递质主要包括乙酰胆碱(acetylcholine,Ach),是神经系统中最为重要的神经递质之一㊂Ach受体可以分为两类,一类为烟碱型胆碱能受体(N-AchR),与乙酰胆碱结合后,就产生兴奋性突触后电位和终板电位,导致节后神经元和骨骼肌的兴奋㊂另一类为毒蕈碱型胆碱能受体(M-AchR),分为M1㊁M2㊁M3㊁M4㊁M5五个亚型㊂M1㊁M3和M5亚型通过Gq/11优先激活磷脂酶C和钙动员,而M2和M4受体通过激活Gi/o家族的α-亚基抑制腺苷酸环化酶的活性[17]㊂Ach在神经元的发育和受损神经的再生起重要作用[18]㊂Chalon等[19]通过帕金森大鼠模型的建立,发现同时激活尼古丁乙酰胆碱受体α7亚型(α7-nAchR)和sigma-1受体(σ1-R)可以通过激活小胶质细胞从而促进黑纹状体多巴胺能神经元的恢复,起到神经保护的作用㊂2.1.2.2单胺类神经递质在中枢神经再生中的作用单胺类神经递质包括儿茶酚胺和吲哚胺两类,儿茶酚胺的代表递质为多巴胺,吲哚胺主要包括5-羟色胺(5-HT)㊂多巴胺是大脑中含量最丰富的儿茶酚胺类神经递质㊂Virel等[20]研究发现,在神经损伤早期大量小胶质细胞聚集的情况下,若注射6-羟基多巴胺,仍可发现多巴胺能神经纤维再生㊂5-HT又名血清素,广泛存在于哺乳动物组织中,特别在大脑皮层质及神经突触内含量很高,对神经兴奋起抑制作用㊂研究显示,成年啮齿类动物大脑中的5-HT能神经元轴突可以在受到包括控制皮质冲击(CCI)㊁新皮质刺伤或全身安非他明毒性的伤害后再生修复[21],但具体机制仍有待研究㊂2.1.2.3氨基酸类神经递质在中枢神经再生中的作用氨基酸类神经递质中,兴奋性神经递质的典型代表是谷氨酸和天冬氨酸,抑制性神经递质的典型代表是γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸[22]㊂星形胶质细胞是谷氨酸摄取㊁代谢和循环的主要场所㊂研究显示,生理状态下,抑制性氨基酸类神经递质对神经元有抑制作用;脊髓损伤后,兴奋性神经递质的兴奋毒性作用会加速神经元坏死,而抑制性神经递质的抑制作用失调,可由抑制作用转为兴奋作用,对兴奋毒性拮抗不足[23]㊂2.1.2.4肽类神经递质在中枢神经再生中的作用肽类神经递质又称神经肽,主要包括阿片样肽和P物质[24]㊂阿片样肽是免疫系统的重要调节分子㊂研究已证明,δ-阿片肽通过激活脑源性神经营养因子(BDNF)途径阻止由Bcl-2蛋白家族成员Bax诱导的细胞凋亡,而BDNF途径可调节突触的可塑性从而促进轴突再生[25]㊂值得一提的是,阿片肽对神经再生也有不利的一面,代表物质为强啡肽(dynorphin A, DynA)㊂脊髓损伤后,DynA促进兴奋性神经递质的释放,引发Ca2+在细胞内过量负荷,加强神经细胞毒作用,加速死亡[26]㊂P物质为一种十一肽,存在于脑和消化道,主要由免疫细胞和神经元产生,分布在神经组织的突触颗粒中㊂有研究表明,用于修复皮肤缺损的P物质偶联壳聚糖盐酸盐水凝胶(CSCl-SP)的机制之一,可能是其可以有效促进Neuro-2A细胞的轴突生长,显著增强血管化㊁细胞外基质沉积和重塑以及神经再生,从而促进全层皮肤缺损的有效修复[27]㊂2.2周围神经系统的再生机制周围神经的损伤与中枢神经相比,较少引起神经元的坏死,因此,周围神经损伤恢复较中枢神经损伤恢复效果更好[28]㊂其修复过程涉及多个分子和细胞,现主要从雪旺细胞㊁神经营养因子(neurotrophic factor, NTF)方面阐述㊂2.2.1雪旺细胞在周围神经再生中的作用雪旺细胞是周围神经系统中的神经胶质细胞,包裹在神经纤维上形成髓鞘,其在周围神经损伤后修复过程起决定性作用㊂当周围神经损伤(peripheral nerve injury,PNI)后,雪旺细胞与远端残端轴突失去连接并脱髓鞘,转分化为修复型的雪旺细胞,该过程称为去分化㊂修复型雪旺细胞通过一系列机体调控及转录机制参与轴突再生,其中最主要包括:c-Jun㊁有丝分裂原活化蛋白激酶途径㊁音猬因子(SHH)㊁染色体修饰等[29]㊂周围神经损伤后,轴突远端发生细胞骨架颗粒崩解㊁线粒体肿胀和轴突碎裂,称为Wallerian变性[30]㊂持续存在的轴突碎片抑制轴突再生,因此,雪旺细胞需要将其吞噬清除㊂而雪旺细胞清除轴突碎片的能力相较于中枢神经系统的少突胶质细胞更为有效,这也是周围神经损伤修复比中枢神经损伤修复难度更小的原因[31]㊂2.2.2NTF在周围神经再生中的作用NTF是能够滋养神经元并促进神经元存活和再生的生长因子[32],主要包括:神经生长因子(nerve growth factor,NGF)㊁BDNF㊁NTF-3㊁NTF-4[33]㊂这些蛋白质分子在神经末梢与受体结合,再沿轴突逆行,显著提高神经元的再生能力[6]㊂尤其是BDNF,可调节神经元发育和功能的几乎所有方面,包括诱导㊁增殖及分化[34],可与轴突上原肌球蛋白受体激酶B受体结合,通过促分裂原活化的蛋白激酶信号转导通路修复退化的神经元,同时还可刺激感觉纤维的曲折生长和细胞簇的形成,增强神经元活动,从而促进轴突生长[35-36]㊂3现代医学技术促进神经再生的进展受损中枢神经再生过程需要少突胶质细胞前体细胞(OPC)㊁少突胶质细胞(OL)及大量脂质㊁蛋白等分子参与重新生长分化成髓鞘,并部分恢复髓鞘的功能㊂因此,尽管临床尚未有专门针对中枢神经修复的药物,但已针对上述细胞或分子,开展大量药物研发工作并获得了一系列备选药物,如富马酸氯马斯汀(clemastine)㊁奥匹努单抗(opicinumab)㊁VX15㊁GNbAC1㊁依他唑酯(etazolate)等[37]㊂周围神经受损,除了传统的自体神经移植,干细胞移植㊁神经营养因子㊁新型纳米材料(纳米氧化铈)㊁生物电刺激均能从不同方面为周围神经再生创造良好条件[38]㊂当神经损伤较为严重时,可联合应用,寻找最佳治疗方案㊂近年来,3D打印三维矫治器和神经导管也开始应用于临床,可以有效恢复周围神经损伤病人的运动功能,在临床上有重要应用价值[39]㊂4总结与展望神经再生一直是科研界的热点问题㊂其机制错综复杂,涉及多个分子机制和信号转导通路㊂如今,越来越多的研究证明,中枢神经损伤后无法再生观点的局限性,如使用不同强度的电㊁电磁波㊁超声能量波均能促进中枢神经轴突再生[40]㊂周围神经再生的研究相对较多,对其的认识也更加透彻,不过也不断有新的调控机制被发现㊂相信未来随着科学技术的进步和对相关领域研究的深入,可以将更多的研究成果运用到临床,使更多病人获益㊂参考文献:[1]李之琨.神经溃变与再生[J].广东解剖通报,1980,2(1):11-20.[2]王轮,刘卫华,陈宁.外周神经的溃变与再生[J].石河子农学院学报,1991,9(3):57-61.[3]ZHANG K,JIANG M S,FANG Y S.The drama of walleriandegeneration:the cast,crew,and script[J].Annual Review ofGenetics,2021,55:93-113.[4]CHEN P W,PIAO X H,BONALDO P.Role of macrophages inWallerian degeneration and axonal regeneration after peripheralnerve injury[J].Acta Neuropathologica,2015,130(5):605-618. [5]YAMAMOTO Y,KADOYA K,TERKAWI M A,et al.Neutrophilsdelay repair process in Wallerian degeneration by releasingNETs outside the parenchyma[J].Life Science Alliance,2022,5(10):e202201399.[6]OSTERLOH J M,YANG J,ROONEY T M,et al.dSarm/Sarm1isrequired for activation of an injury-induced axon death pathway[J].Science,2012,337(6093):481-484.[7]PETERS O M,WEISS A,METTERVILLE J,et al.Genetic diversityof axon degenerative mechanisms in models of Parkinson'sdisease[J].Neurobiology of Disease,2021,155:105368. [8]WHITE M A,LIN Z Q,KIM E,et al.Sarm1deletion suppressesTDP-43-linked motor neuron degeneration and cortical spine loss[J].Acta Neuropathologica Communications,2019,7(1):166. [9]VIAR K,NJOKU D,SECOR MCVOY J,et al.Sarm1knockoutprotects against early but not late axonal degeneration inexperimental allergic encephalomyelitis[J].PLoS One,2020,15(6):e0235110.[10]STEFANO M D,NASCIMENTO-FERREIRA I,ORSOMANDO G,et al.A rise in NAD precursor nicotinamide mononucleotide(NMN)after injury promotes axon degeneration[J].Cell Death andDifferentiation,2015,22(5):731-742.[11]GERDTS J,BRACE E J,SASAKI Y,et al.SARM1activationtriggers axon degeneration locally via NAD+destruction[J].Science,2015,348(6233):453-457.[12]唐娟,吴亮生,黄瑾.中枢神经再生研究进展[J].解剖与临床,2006,11(3):210-212.[13]KIAIE N,GORABI A M,LOVELESS R,et al.The regenerativepotential of glial progenitor cells and reactive astrocytes in CNSinjuries[J].Neuroscience and Biobehavioral Reviews,2022,140:104794.[14]任斐,彭婉舒,贡时雨,等.神经再生机制的研究进展[J].中国药物与临床,2014,14(4):473-476.[15]LIDDELOW S A,GUTTENPLAN K A,CLARKE L E,et al.Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activatedmicroglia[J].Nature,2017,541(7638):481-487.[16]STERN S,HILTON B J,BURNSIDE E R,et al.RhoA drives actincompaction to restrict axon regeneration and astrocyte reactivityafter CNS injury[J].Neuron,2021,109(21):3436-3455.e9. [17]JAKUBIK J,EL-FAKAHANY E E.Current advances in allostericmodulation of muscarinic receptors[J].Biomolecules,2020,10(2):325.[18]ORR M B,GENSEL J C.Spinal cord injury scarring andinflammation:therapies targeting glial and inflammatoryresponses[J].Neurotherapeutics,2018,15(3):541-553. [19]CHALON S,VETEL S,FOUCAULT-FRUCHARD L,et al.Neuroprotective and anti-inflammatory effects of a therapycombining agonists of nicotinicα7andσ1receptors in a ratmodel of Parkinson's disease[J].Neural RegenerationResearch,2021,16(6):1099.[20]VIREL A,REHNMARK A,ORÄDD G,et al.Magnetic resonanceimaging as a tool to image neuroinflammation in a rat model ofParkinson's disease-phagocyte influx to the brain is promotedby bilberry-enriched diet[J].European Journal of Neuroscience,2015,42(10):2761-2771.[21]DOUGHERTY S E,KAJSTURA T J,JIN Y J,et al.Catecholaminergic axons in the neocortex of adult mice regrowfollowing brain injury[J].Experimental Neurology,2020,323:113089.[22]JIANG S H,HU L P,WANG X,et al.Neurotransmitters:emergingtargets in cancer[J].Oncogene,2020,39(3):503-515. [23]NISHIMARU H,KAKIZAKI M.The role of inhibitoryneurotransmission in locomotor circuits of the developingmammalian spinal cord[J].Acta Physiologica,2009,197(2):83-97.[24]刘忠玲,张义群,姚美英,等.神经递质在脊髓神经再生中作用机制的研究进展[J].吉林大学学报(医学版),2021,47(4):1050-1055.[25]NARITA M,KUZUMAKI N,MIYATAKE M,et al.Role of delta-opioidreceptor function in neurogenesis and neuroprotection[J].Journal of Neurochemistry,2006,97(5):1494-1505. [26]GOMES I,SIERRA S,LUEPTOW L,et al.Biased signaling byendogenous opioid peptides[J].Proceedings of the NationalAcademy of Sciences of the United States of America,2020,117(21):11820-11828.[27]LI H,LI M N,LIU P,et al.A multifunctional substance P-conjugated chitosan hydrochloride hydrogel accelerates full-thickness wound healing by enhancing synchronizedvascularization,extracellular matrix deposition,and nerveregeneration[J].Biomaterials Science,2021,9(11):4199-4210. [28]何新泽,王维,呼铁民,等.周围神经损伤的修复:理论研究与技术应用[J].中国组织工程研究,2016,20(7):1044-1050.[29]NOCERA G,JACOB C.Mechanisms of Schwann cell plasticityinvolved in peripheral nerve repair after injury[J].Cellular andMolecular Life Sciences,2020,77(20):3977-3989.[30]COLEMAN M P,HÖKE A.Programmed axon degeneration:frommouse to mechanism to medicine[J].Nature ReviewsNeuroscience,2020,21(4):183-196.[31]杨溢铎,国海东,邵水金,等.雪旺细胞促进周围神经再生机制的研究进展[J].基础医学与临床,2022,42(1):145-148.[32]XIAO N,LE Q T.Neurotrophic factors and their potentialapplications in tissue regeneration[J].Archivum Immunologiae etTherapiae Experimentalis,2016,64(2):89-99.[33]薛小燕,郭小华,李敏,等.神经营养因子研究进展[J].中国老年学杂志,2015,35(12):3463-3466.[34]VON BOHLEN UND HALBACH O,VON BOHLEN UND HALBACH V.BDNF effects on dendritic spine morphology and hippocampalfunction[J].Cell and Tissue Research,2018,373(3):729-741. [35]YANG H,FENG G D,LIANG Z,et al.In vitro beneficial activationof microglial cells by mechanically-injured astrocytes enhancesthe synthesis and secretion of BDNF through p38MAPK[J].Neurochemistry International,2012,61(2):175-186. [36]关茗岩,刘建宇.BDNF转染干细胞治疗周围神经损伤的研究进展[J].医学综述,2021,27(23):4582-4587.[37]邓鑫,金宇晨,邢琨,等.中枢神经系统髓鞘再生的分子机制和脱髓鞘疾病的潜在治疗药物[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2021,49(3):21-35.[38]肖雨,翁秋燕,邵磊,等.周围神经损伤后再生与修复机制研究进展[J].生物化学与生物物理进展,2022,49(7):1243-1250. [39]CHAE D S,KIM D H,KANG K Y,et al.The functional effect of3D-printing individualized orthosis for patients with peripheral nerveinjuries:three case reports[J].Medicine,2020,99(16):e19791. [40]SHARIF N A.Electrical,electromagnetic,ultrasound wavetherapies,and electronic implants for neuronal rejuvenation,neuroprotection,axonal regeneration,and IOP reduction[J].Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics,2022.doi:10.1089/jop.2022.0046.Online ahead of print.(收稿日期:2022-11-15)(本文编辑郭怀印)。
