白介素-6在中枢神经形成和再生中的作用

钟 忆，田茂强，束晓梅

(遵义医科大学附属医院 儿内一科，贵州 遵义 563099)

白介素-6(intrleakin-6,IL-6)是一种重要的炎性因子，可在病原体入侵或组织损伤部位传递防御信号，刺激急性期免疫反应，为宿主防御做好准备；IL-6的过量持续产生则作为一种促炎因子，与神经系统炎性疾病、类风湿关节炎、炎症性肠病、castleman病、抑郁症和多种癌症在内的多种疾病相关[1-5]。近年来发现IL-6在中枢神经系统中也发挥重要的正向作用，包括神经细胞的形成和分化、神经保护、神经轴突再生等[6-9]。本文就IL-6在中枢神经形成和再生中的作用进行总结和展望，为IL-6在中枢神经系统疾病中发挥有益作用提供理论依据。

1 IL-6信号通路

IL-6与细胞膜上IL-6受体(Membrane interleukin-6 receptor,mIL-6R)结合而对靶细胞发挥生物学作用。IL-6和mIL-6R复合物与信号转导膜蛋白gp130结合，促进其二聚化并激活细胞内信号转导通路，包括janus激活的激酶/信号转导激活因子(JAK/STAT)、丝裂原激活的蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B (PI3K/Akt)信号通路。这种方式的IL-6信号通常被称为经典的IL-6信号。体内几乎所有细胞中均表达gp130，而mIL-6R主要表达在肝细胞和某些白细胞(如中性粒细胞、单核/巨噬细胞)[10]，在神经系统中IL-6和IL-6R表达位置相同，主要表达在小胶质细胞、海马和小脑颗粒层[11]。只有表达mIL-6R的细胞才能结合并对IL-6产生反应。但是之后的研究发现多种体液中含有可溶性白介素-6受体(Soluble interleukin-6 receptor,sIL-6R)，IL-6和sIL-6R组成的复合物也能与gp130结合并启动细胞内信号转导，这种称为反式信号转导。sIL-6R由两种机制产生： mIL-6R蛋白质水解和mIL-6R mRNA选择性剪切后翻译。sIL-6R的存在使IL-6刺激缺乏内源性mIL-6R的细胞[12-13]。有研究认为经典信号通路的激活主要发挥抗炎作用以及促进神经再生发挥保护作用，而反式信号转导激活主要是促炎作用，最终造成神经系统损伤，与神经退行性变以及神经炎症相关[14]。这种观点似乎可以解释关于IL-6在中枢神经系统研究中的多种对立的研究结果，但是近年来关于IL-6和sIL-6R组成的复合物激活的反式信号转导研究中发现，该通路的激活也可以促进视神经的再生和神经干细胞(neural stem cell，NSC)的分化[15-17]。因此关于IL-6在中枢神经系统研究中出现多种对立的研究结果，其原因仍然需要更多研究者继续探索，如是否与IL-6介导的反式信号转导和经典信号通路激活发挥不同的生物学作用有关还需要更多的研究证实。

2 IL-6和神经形成

神经形成主要是通过胚胎时期的前体细胞和成年后的NSC分化成不同亚型的胶质细胞和神经元细胞完成的。在IL-6基因敲除的成年小鼠模型中发现，其与野生型小鼠相比祖细胞增殖、存活和表型成熟都受抑制，且海马齿状回和室下区神经形成减少，因此IL-6可能是成年动物神经形成的重要调控因子[18]。通过母体内短暂给予IL-6刺激的研究发现，IL-6可直接与胚胎前脑前体的IL-6R结合，使成年前脑NSC池的神经元数量增加和NSC池扩大，并且内源性IL-6能促进发育中的前脑前体的自我更新，加强前脑皮质前体多能克隆的能力，由此可见IL-6在胚胎时期神经的发育形成也扮演重要角色[19]。

无论是在发育脑还是成熟脑，IL-6主要通过激活JAK/STAT3信号通路参与前体细胞和NSC的自我更新及向胶质细胞和神经元细胞分化的过程。IL-6参与神经形成主要依赖于P-STAT3信号转导，P- STAT3结构域和STAT3的SH2结构域相互作用，产生稳定的二聚体转移至核内与特定的DNA序列结合，参与神经形成靶基因的调控。P-STAT3可以与转录辅助激活因子环磷腺苷效应元件结合蛋白(CBP/p300)结合，激活星形细胞特异性基因的表达。 P-STAT3也可以与Notch信号(Notch信号可以维持神经干细胞并抑制神经发生)协同调控神经干细胞的分化，通过上调Math1、Ngn3、NeuroD1和NeuroD2等基因表达，使NSC分化成脊髓、颗粒层、皮质等不同亚型的神经元[20]。也有研究发现STAT3通过Sox6基因调控神经形成，但具体机制需要进一步阐明[21]。在没有STAT3激活的情况下，IL-6等细胞因子也可通过MAPK和其他的信号通路(如PI3K)促进神经形成。此外，生长因子受体潜在的反式活化，比如NGF受体酪氨酸激酶受体TRKA，是IL-6激活的另一种作用模式[22]。在帕金森治疗方法研究中发现诱导NSC分化成多巴胺能神经元移植入黑质或者纹状体部位，对其治疗是有益的[23-26]。IL-6也可诱导NSC分化为酪氨酸羟化酶阳性的神经元在神经退行性疾病中具有潜在的应用价值。同时IL-6 与其它神经营养因子联合应用，如NGF或BDNF，可以诱导多能干细胞向神经细胞分化[17,27]，为中枢神经系统NSC受损的患者神经功能恢复也提供了可能。由此提示IL-6发挥作用主要依赖于STAT3形成稳定的二聚体活化形式进入细胞核调控下游基因的表达，参与神经细胞形成和分化的过程。以往对STAT3形成稳定的二聚体结构激活STAT3信号的研究主要集中于金典的STAT3磷酸化机制，近年来STAT3乙酰化也被证明与STAT3形成稳定的二聚体活化形式存在相关性，因此IL-6促进神经细胞形成和分化的过程中发挥重要作用的下游蛋白STAT3存在哪些修饰，以及各种修饰之间的相互作用也有待研究。

3 IL-6在神经轴突再生中的作用

IL-6是损伤后中枢神经系统继发性病理和炎症反应的重要因子之一。近年越来越多的证据表明，IL-6可通过促进轴突再生参与中枢神经系统损伤后的功能和结构恢复。大多数成年哺乳动物神经元损伤后无法自主再生，主要是由于髓鞘相关抑制蛋白的表达以及胶质瘢痕形成的再生抑制环境。在视神经和脊髓损伤的研究中发现，IL-6主要通过JAK-STAT3信号通路重新激活神经元的内在生长程序和促进突触形成来促进神经损伤后的再生和功能恢复。IL-6可以通过下调髓鞘相关抑制因子(myelin-associated neurite outgrowth inhibitor ，Nogo-A)及其受体NgR的表达，上调神经生长相关蛋白43(Growth associated protein-43,GAP-43)，阻断抑制信号通路，促进轴突损伤后再生[8,16]。研究发现视神经损伤后会引起凋亡依赖的caspases蛋白上升，IL-6- JAK-STAT3信号通路激活也可引起下游抗凋亡蛋白增加，减少神经元细胞的损伤，为轴突再生提供有益的微环境[28]。综上IL-6既可以上调促进轴突再生的相关基因表达，也可以抵抗神经元细胞凋亡引起的破坏，在视神经和脊髓损伤修复中发挥积极作用。对IL-6家族成员白血病抑制因子(Leukaemia inhibitory factor,LIF)和睫状神经营养因子(Ciliary neurotrophic factor,CNTF)的研究还发现，它们可激活JAK-STAT3信号通路使反应性星形胶质细胞活化、层粘连蛋白和纤粘连蛋白基因表达增加，增加癌调蛋白(oncomodulin)表达，从而调控神经元损伤后再生[29-30]。

4 IL-6依赖的神经保护及可能的机制

缺血性脑卒中患者中发现IL-6可以作为一种保护性细胞因子，参与神经损伤的修复过程[31]。通过海马和小脑颗粒层神经元体外研究发现IL-6可以通过激活JAK/STAT3、PI3K/AKT和RAS/MAPK信号通路抑制N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体激活介导的钙超载所致的兴奋性神经毒性损伤[32]。激活NMDA受体可引起Na+内流启动电压依赖性Ca2+通道开放，从而引起Ca2+内流。研究发现IL-6可增加钙调蛋白激活的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(calcineurin,CaN)的表达和降低NMDA受体激活后的放电频率，从而降低NMDA受体表达及抑制其活性，且NMDAR亚单位NR1、NR2B和NR2C是IL-6降低神经元钙超载的主要抑制靶点。IL-6也可下调内质网膜上IP3R表达，减少细胞内钙离子释放。所以IL-6可能通过减少钙内流和胞内钙释放减轻钙超载所致的神经元损伤。IL-6可激活STAT3、AKT和ERK1/2的磷酸化，且JAK/STAT3、PI3K/AKT和RAS/MAPK特异性阻断剂可部分阻断IL-6的神经保护作用[33-35]。提示这些通路可能均参与了IL-6相关的信号转导，激活的各信号通路怎样发挥保护作用以及存在怎样的相互作用还需要研究进一步阐释。

5 展望

基于目前的研究，我们可以发现，IL-6在神经系统中，除作为炎性因子外，与神经系统的形成、神经细胞的分化以及神经轴突再生也密切相关，是维持中枢神经系统稳态的一种重要细胞因子。IL-6可以通过JAK/STAT3信号通路激活使抗凋亡蛋白表达增加，减少细胞内钙负荷，从而发挥神经保护作用。并且，新近发现IL-6可诱导NSC以及多能干细胞分化为神经元，为治疗神经退行性疾病带来了新曙光。但是关于IL-6在中枢神经形成和再生的研究还存在许多有待解决的难题，比如反式信号转导和经典信号通路激活分别发挥怎样不同的生物学作用？ IL-6激活的JAK/STAT3、PI3K/AKT和RAS/MAPK信号通路，除了蛋白磷酸化以外，是否存在蛋白乙酰化、甲基化、泛素化等其它蛋白修饰，以及各种蛋白修饰在IL-6信号通路激活中发挥的作用。