少突胶质细胞凋亡与脑白质脱髓鞘病变发病机制关系的研究进展

吕静波 陈强

少突胶质细胞凋亡与脑白质脱髓鞘病变发病机制关系的研究进展

吕静波 陈强

少突胶质细胞构成并维持绝缘的髓鞘，髓鞘加速神经冲动的传导并保护轴索。脱髓鞘损害可见于在诸如多发性硬化（MS）、急性播散性脑脊髓炎、中毒等多种急、慢性脑白质疾病。尽管脱髓鞘的病因和发病机制相当多样，少突胶质细胞凋亡在脱髓鞘病变中的作用受到越来越多的关注，笔者现就此方面的研究进展作一综述。

1 少突胶质细胞凋亡与MS

MS是一种中枢神经系统的慢性炎症性脱髓鞘疾病，病因和发病机制尚不十分明确，目前被广泛接受的是MS细胞死亡和组织损伤，免疫系统损害和随之而来的炎性反应导致发病的理论[1]。尽管急性MS病灶普遍的特点是活动性的脱髓鞘病变和炎性细胞浸润，其中包括T细胞、B细胞、巨噬细胞及活化的小胶质细胞，但在近1/3的MS病例，病理改变与早期的少突胶质细胞凋亡和髓磷脂相关糖蛋白的丢失有关[2]。少突胶质细胞凋亡后，由其构成的髓鞘失去了维持其正常结构所需的髓鞘磷脂糖蛋白等营养素，随即发生髓鞘板层崩解、髓鞘断裂等组织学改变，吞噬细胞吞噬破坏的细胞器——脱髓鞘斑形成[1]。Barnett等[3]发现在缺乏T细胞和活性巨噬细胞的急性新发病灶（3个月内）中也可以发现凋亡的少突胶质细胞。MS的神经退行性变与导致患者永久性功能损害的结构改变相关，其病理学组织特征包括髓鞘脱失、轴索丢失，同时也包括神经细胞凋亡。在MS的脱髓鞘发病机制中，少突胶质细胞死亡常见于MS原发进展型，发病率约为4%；而少突胶质细胞凋亡则多见于复发-缓解型[4]，发病率约为30%。

1.1 MS中少突胶质细胞凋亡的可能机制

1.1.1 细胞死亡受体95/载脂蛋白1-死亡配体系统（Fas-FasL系统） Fas-FasL系统是TNF超家族成员之一，Fas表达在细胞膜并负责传递细胞死亡信号，FasL与Fas结合导致caspase-8激活，后者激活并解聚Bcl-2家族成员Bid，去除了顶端的Bid随即转换到线粒体膜上，通过激活细胞色素C的释放，启动细胞凋亡[5]。免疫组化分析显示MS病灶区少突胶质细胞内Fas表达增高，FasL染色呈阳性表达。此外，在MS病变局灶处可见TUNEL阳性细胞与FasL共同表达，显示Fas-FasL系统参与了MS少突胶质细胞的凋亡[6]。Hovelmeyer等[7]在实验性自身免疫脑脊髓病（EAE）模型中，用插入转基因方法造成Fas失活及TNF-R1缺乏，显示几乎完全阻断了EAE的临床征象，说明Fas-FasL系统参与了少突胶质细胞凋亡的发生。组织学分析显示中枢神经系统的脱髓鞘被抑制，并且淋巴细胞的浸润显著减少，进一步证实Fas参与凋亡过程。

1.1.2 环氧合酶（COX） COX是一个72kDa的蛋白质，有COX-1和COX-2两种亚型，为精氨酸合成前列腺素的限速酶，在细胞内质网和核膜上表达。正常情况下，COX-2的表达受到严格限制，但在一定病理生理条件下，COX-2的表达被激活。如实验显示在谷氨酸盐受体介导的神经细胞兴奋性中毒死亡研究中，证实COX-2抑制剂在体内和体外实验中均能促进神经细胞的生存，间接说明了COX-2参与神经细胞兴奋性中毒死亡[8]。Carlson等[8]在小鼠脑脊髓炎病毒引起的脱髓鞘疾病（TMEV-IDD）模型中，发现COX-2表达上调首先引起少突胶质细胞凋亡信使caspase-3的激活，随后再发生由谷氨酸盐介导的少突胶质细胞兴奋性中毒死亡。Carlson等[9]发现在2例MS患者慢性活动性病灶中可见COX-2在少突胶质细胞表达，相似的病理改变出现在鼠脑脊髓炎病毒脱髓鞘病的脊髓病灶中，而且COX-2在少突胶质细胞的表达与脱髓鞘出现的时机相符。凋亡的标志活化的caspase-3在表达COX-2的少突胶质细胞出现，提示COX-2可能参与了脱髓鞘病变中的少突胶质细胞凋亡。此外，COX-2还参与线粒体凋亡途径。Kern等[10]发现COX-2激活导致了髓样细胞白血病-1抗体（Mcl-1），一种Bcl-2家族抗凋亡蛋白的快速下调，接着Bax易位到线粒体，线粒体释放细胞色素C，由此得出结论，COX-2激活后通过Mcl-1导致细胞凋亡。Palumbo等[11]在铜腙诱导的C57BL/6小鼠脱髓鞘、少突胶质细胞凋亡的模型中，发现COX-2基因表达上调和前列腺素2-前列腺素受体2（PGE2-EP2）感受器浓度的增加早于组织学的变化，而用COX-2抑制剂和EP2感受器拮抗剂AH6809可以显著减轻铜腙诱发的小鼠少突胶质细胞凋亡、脱髓鞘改变和运动障碍。

1.1.3 TNF-α及TNF相关的诱导凋亡配体（TRAIL）TNF-α是Th1细胞免疫反应的重要调控因子。TNF-α可以诱导少突胶质细胞凋亡和死亡。Fang等[12]发现，由星形胶质细胞分泌的睫状神经生长因子（CNTF）除了能促进培养的少突胶质细胞存活和成熟，也能保护由TNF介导的少突胶质细胞凋亡。新近的研究显示TNF参与了MS的发展，Paintlia等[13]发现TNF通过激活线粒体膜上的Bid/Bax蛋白通路和caspase-8导致少突胶质细胞凋亡，从而参与了MS的发病机制。Kichev等[14]在研究炎症反应诱导的新生少突胶质祖细胞凋亡的过程中，证明TNF家族成员TRAIL参与调控少突胶质祖细胞的凋亡。Feng等[15]在MS的EAE动物模型研究中发现，乌司他丁能减少TNF-α/NF-κB的表达，从而减少少突胶质细胞凋亡和脱髓鞘的发展。以上的研究均说明TNF在一定病理条件下，参与了少突胶质细胞的凋亡。

1.1.4 内质网（ER）应激 ER主导了细胞内蛋白质折叠能力的调控，当各种原因导致未折叠蛋白蓄积超过ER处理能力时，将导致细胞内蛋白翻译异常，胰腺内质网激酶（PERK）是3种介导未折叠蛋白反应的ER跨膜受体之一。Lin等[16]用PLP/Fv2E-PERK转基因鼠在MS的EAE模型研究中，将Fv2E-PERK表达在成熟少突胶质细胞上，证实PERK信号通路活化能抑制ER应激，使增强子结合蛋白同源蛋白（CHOP）水平提高，拮抗因Bcl-2抑制所导致的少突胶质细胞凋亡。

1.2 少突胶质细胞凋亡与中毒性白质脑病 白质脑病是一种髓鞘罹患不同损害的脑白质结构改变。中毒性白质脑病可能是由于机体暴露于多种有害因子引起，包括射线照射、滥用药物和环境毒素等。中毒性白质脑病显著累及参与高级脑功能的白质传导束，导致的临床表现包括注意力不集中、健忘和人格改变到痴呆、昏迷和死亡。目前已知多种药物和化学制剂导致的中枢神经系统的中毒性脱髓鞘损害与少突胶质细胞凋亡有关。抗癌化学治疗和器官移植抗排异反应药物已被确定是中毒性白质脑病的原因之一，其发病率则依赖于药物类型、给药途径和剂量。例如中毒性白质脑病发病率在应用甲氨喋呤静脉注射的患者＜10%，但在接受鞘内注射的患者则可达到40%[17]。

1.2.1 铜腙与白质脑病 Arnett等[18]应用铜腙诱导的C57BL/6鼠实验性神经毒性脱髓鞘模型进行研究时发现，给予铜腙（质量比0.2%W/W）3周时，少突胶质细胞为600个/mm2，而到了4周时少突胶质细胞仅为100个/mm2，这一病理进程与成熟胶质细胞凋亡相关。Stidworthy等[19]发现铜腙诱导的脱髓鞘改变在脑内有明显的区域分布，胼胝体压部及后穹隆病灶明显，而胼胝体膝部及前小脑脚则没有明显的脱髓鞘改变，进一步研究发现少突胶质细胞凋亡与COX-2表达上调导致caspase-3的激活相关。此外，Liu等[20]用敲除趋化因子受体2（CXCR2）基因的小鼠成功地拮抗了铜腙诱导的少突胶质细胞凋亡所致的脱髓鞘改变，说明除神经元一氧化氮合酶、髓鞘碱性蛋白-γ-干扰素（MBP-IFN-γ）通路参与铜腙诱导的少突胶质细胞凋亡外，白细胞趋化因子（LCF）也在铜腙诱导少突胶质细胞凋亡的发生机制上起到了基础性的作用。

1.2.2 三乙基锡、海洛因中毒与白质脑病 三乙基锡能够在脑部诱导神经毒性，从而导致髓鞘的肿胀和丢失，出生后暴露于三乙基锡导致的髓鞘损害呈永久性，并且能够导致已发育的成熟脑失去再修复能力。Stahnke等[21]通过三乙基锡处理培养的大鼠脑少突胶质细胞，发现三乙基锡对少突胶质细胞的神经毒性系引起DNA断裂，从而启动凋亡所致。少突胶质细胞胞膜严重损害并扩展，胞核浓缩碎裂，线粒体膜电位失衡并发生线粒体碎裂。导致少突胶质细胞凋亡的机制可能是热休克蛋白32（HSP32）和细胞外信号调节激酶1，2（ERK1,2）表达上调所致，但MBP和环核苷酸磷酸二脂酶（CNPase）未受累。

海洛因海绵状白质脑病是烫吸海洛因后发生的一种广泛脑白质空泡样改变的疾病，到目前为止其发病机制不详。Yin等[22]在对4例海洛因海绵状白质脑病患者的尸体解剖中发现，胼胝体、内囊后肢、脑干、小脑及皮质下有广泛MBP阳性的白质空泡样脱髓鞘改变，TUNEL染色等显示该病理变化与少突胶质细胞凋亡相关，而少突胶质细胞凋亡与海洛因中毒后导致Bcl-2/ Bax比值下降有关。

1.2.3 二氯苯、甲苯等有机溶剂与白质脑病 二氯苯是樟脑丸、除臭剂和杀虫剂的主要活性成分，广泛应用于日常生活中。二氯苯中毒除可以引起皮肤、肺脏、血液、肝脏、肾脏等器官毒性损害外，还可导致神经系统损害，引起精神运动性抑制、认知功能障碍、记忆力减退、视觉减退、共济失调、吞咽困难和周围神经病，尽管目前发病机制不明，但在MRI上脑白质表现为类似MS的脱髓鞘样改变，并与吸食海洛因导致的白质脑病改变相类似[23]，推测少突胶质细胞凋亡可能参与其发病机制。Mi等[24]报道在建筑材料中的有机溶剂，如甲苯等也可能导致中毒性白质脑病，其MRI影像也以广泛脑白质T2高信号改变为主，推测其发病机制也与少突胶质细胞凋亡相关。

2 结论

少突胶质细胞凋亡在白质脑病中的地位日益显著，随着新的检测凋亡技术手段的广泛应用，少突胶质细胞凋亡将在更多类型的白质脑病中被发现。近年来，针对少突胶质细胞凋亡相关的白质脑病，已经采用的治疗药物包括：抗氧化剂和辅酶Q10用于治疗海洛因白质脑病[25]；17β-雌二醇在外伤后的迟发性脊髓脱髓鞘损害的使用[26]；孕酮改善铜腙所致的脑白质脱髓鞘病变[27]。可以预见，在不久的将来抗少突胶质细胞凋亡的药物将更多应用于临床。

[1]Steinman L．Multiple sclerosis:a two-stage disease[J]．Nat Immunol,2001,2(9):762-764．

[2]Brück W,Stadelmann C．The spectrum of multiple sclerosis: newlessonsfrompathology[J]．CurrOpinNeurol,2005,18(3):221-224．

[3]Barnett M H,Prineas J W．Relapsing and remitting multiple sclerosis:pathology of the newly forming lesion[J]．Ann Neurol,2004, 55(4):458-468．

[4]Cudrici C,Niculescu T,Niculescu F,et al．Oligodendrocyte cell death in pathogenesis of multiple sclerosis:protection of oligodendrocytes from apoptosis by complement[J]．J Rehabil Res Dev,2006,43(1):123-132．

[5]Esposti M D．The roles of Bid[J]．Apoptosis,2002,7(5):433-440．

[6]D'souza S D,Bonetti B,Balasingam V,et al．Multiple sclerosis: Fas signaling in oligodendrocyte cell death[J]．J Exp Med,1996, 184(6):2361-2370．

[7]Ho velmeyer N,Hao Z,Kranidioti K,et al．Apoptosis of oligodendrocytes via Fas and TNF-R1 is a key event in the induction of experimental autoimmune encephalomyelitis[J]．J Immunol,2005, 175(9):5875-5884．

[8]Carlson N G,Rojas M A,Redd J W,et al．Cyclooxygenase-2 expression in oligodendrocytes increases sensitivity to excitotoxic death[J]．J Neuroinflammation,2010,13(7):25-36．

[9]Carlson N G,Hill K E,Tsunoda I,et al．The pathologic role for COX-2 in apoptotic oligodendrocytes in virus induced demyelinating diseases:implication for multiple sclerosis[J]．J Neuroimmunol,2006,174(1-2):21-31．

[10]Kern M A,Haugg A M,Koch A F,et al．Cyclooxygenase-2 inhibition induces apoptosis signaling via death receptors and mitochondria in hepatocellular carcinoma[J]．Cancer Res,2006,66 (14):7059-7066．

[11]Palumbo S,Toscano C D,Parente L,et al．The cyclooxygenase-2 pathway via the PGE2EP2 receptor contributes to oligodendrocytes apoptosis in cuprizone-induced demyelination[J]．J Neruochem,2012,121(3):418-427．

[12]Fang M,He D,Zhang F,et al．Antineruoinflammatory and neurotrophic effects of CNTF and C16 peptide in an acute experimental autoimmune encephalomyelitis model[J]．Front Neuroanat,2013,30(7):44-76．

[13]Paintlia M K,Paintlia A S,Singh A K,et al．Synergistic activity of inerleukin-17 and tumor necrosis factor-αenhances oxidative stress-mediated oligodendrocyte apoptosis[J]．J Neurochem, 2011,116(4):508-521．

[14]Kichev A,Rousset C I,Baburamani A A,et al．Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand(TRAIL)signaling and cell death in the immature central nervous system after hypoxia-ischemia and imflammation[J]．J Biol Chem,2014,289 (13):9430-9439．

[15]Feng M,Shu Y,Yang Y,et al．Ulinastatin attenuates experimental autoimmune encephalomyelitis by enhancing anti-inflammatory responses[J]．Neurochem lnt,2014,64(1):64-72．

[16]Lin W,Lin Y,Li J,et al．Oligodendrocyte specific activation of PERK signaling protects mice against experimental autoimmune encephalomyelitis[J]．JNeurosci,2013,33(14):5980-5991．

[17]Filley C M,Kleinschmidt-DeMasters B K．Toxic leukoencephalopathy[J]．N Engl J Med,2001,345(6):425-432．

[18]Arnett H A,Hellendall R P,Matsushima G K,et al．The protective role of nitric oxide in a neurotoxicant-induced demyelinating model[J]．J Immunol,2002,168(1):427-433．

[19]Stidworthy M F,Genoud S,Suter U,et al．Quantifying the early stages of remyelination following cuprizone-induced demyelination[J]．Brain Pathol,2003,13(3):329-339．

[20]Liu L,Belkadi A,Damall L,et al．CXCR2-positive neutrophils are essential for cuprizone-induced demyelination:relevance to multiple sclerosis[J]．Nat Neurosci,2010,13(3):319-326．

[21]Stahnke T,Richter-Landsberq C．Triethyltin-induced stress responses and apoptotic cell death in cultured oligodendrocytes[J]．Glia,2004,46(3):334-344．

[22]Yin R,Lu C,Chen Q,et al．Microvascular damage is involved in the pathogenesis of heroin induced spongiform leukoencephalopathy[J]．Int J Med Sci,2013,10(3):299-306．

[23]Dubey D,Sharma V D,Pass S E,et al．Para-dichlorobenzene toxicity-a review of potential neurotoxic manifestations[J]．Ther Adv Neurol Disord,2014,7(3):177-187．

[24]Mi T,Han C,Wang Y,et al．Acute toxic leukoencephalopathy in migrant workers exposed to organic solvents in constructionmaterials[J]．Occup Environ Med,2013,70(6):435-436．

[25]Bach A G,Jordan B,Wegner N A,et al．Heroin spongiform leukoencephalopathy(HSLE)[J]．Clin Neruoradiol,2012,22(4):345-349．

[26]Lee J Y,Choi S Y,Oh T H,et al．17β-estradiol inhibits apoptotic cell death of oligodendrocytes by inhibiting RhoA-JNK3 activation afterspinalcord injury[J]．Endcrinology,2012,153(8):3812-3827．

[27]Ye J N,Chen X S,Su L,et al．Progesterone alleviates neural behavioral deficits and demyelination with reduced degeneration of oligodendroglial cells in cuprizone-induced mice[J]．PLoS One,2013,8(1):e54590．

2014-06-16）

（本文编辑：胥昀）

315800 宁波市北仑区人民医院神经内科通信作者：吕静波，E-mail：ljb0618@126.com