神经元特异性烯醇化酶在急性脊髓损伤中的研究进展

2021-01-02吴晓颖华玮浦清居培红吴学杰石斌

浙江医学 2021年14期

吴晓颖华玮浦清居培红吴学杰石斌

烯醇化酶在星形胶质细胞和少突胶质细胞（oligodendroglia，OLG）中表达，并对神经胶质、神经元和小神经胶质细胞产生自分泌和旁分泌作用，与组织细胞缺氧和局部缺血相关[1]。根据不同的诱导信号表达，它可以差异性的聚集于细胞表面，引起损伤、感染、移植和自身免疫应答等多种病理变化[2]。有研究发现，脑脊液中的γ-烯醇化酶或神经元特异性烯醇化酶（neuron specific enolase，NSE）水平高低可以作为预测脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）严重程度的生物标志物[3]。NSE异常表达，能刺激促炎性细胞因子的释放，诱导神经元细胞凋亡，具有调节SCI后继发性损伤中各种细胞事件的潜力。研究还发现，脑脊液和外周血中NSE水平的升高与脑损伤的严重程度相关[4]。

SCI患者通常具有不可逆的神经功能缺失和肢体功能障碍，是一种目前尚无有效方法治愈的中枢神经系统（central nervous system，CNS）疾病，分为原发性和继发性损伤。继发性损伤是神经元和神经胶质细胞受到破坏，受损细胞在炎性信号的刺激下释放促炎因子，诱导神经元和OLG凋亡，加重损伤及功能丧失[5]，而这个过程可能是可逆的。因此，在多个时间点抑制烯醇化酶表达可能会减轻SCI后的神经损伤。笔者对目前有关多功能烯醇化酶在神经损伤中的作用作一综述，报道如下。

1 NSE在神经元和神经胶质细胞中的作用

NSE是烯醇化酶的神经元形式，主要存在于成熟的神经元和神经内分泌细胞中[6]。它在体液中的生物学半衰期约为24 h，通过激活PI3K/AKt通路来调节神经元的生长、分化、存活甚至再生。有研究表明，NSE表达在完全成熟的OLG中是被抑制的，但在培养的OLG中能检测到NSE表达，并在OLG前体分化为成熟OLG的过程中升高[7]。NSE发生形态学变化时，在神经胶质瘤和反应性神经胶质细胞中能检测到。其在星形胶质细胞中也有表达，但水平低于神经元和OLG[8]。NSE在神经胶质细胞和神经元细胞表面过表达，与神经细胞炎症的发生相关。细胞表面烯醇化酶可以通过组织相容性复合物-Ⅰ（MHC-Ⅰ）和MHC-Ⅱ表达上调来诱导脊髓小胶质细胞活化[9]，刺激急性SCI后炎症反应，进一步加重损伤。有研究表明，烯醇化酶过表达会增强B细胞、巨噬细胞和树突状细胞介导MHC-Ⅱ类的抗原表达，还会激活CD4+T细胞[10]。也有研究发现，与神经元损伤的相关性疾病中，患者脑脊液和血清中能检测到NSE异常表达[11]。因此，NSE过表达被认为是神经元损伤的重要标志物。

2 NSE在神经炎症中的作用

NSE是78kDaγ-同型二聚体，诱导促进纤溶酶原聚集于细胞表面并活化，降解细胞外基质（extracellular matrix，ECM）及纤连蛋白，激活基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），促进神经胶质细胞的增殖以及肿瘤细胞的侵袭和转移[12]。有研究表明，MMP有助于产生和维持促炎微环境，从而上调NSE并促进ECM降解，加重神经细胞缺血性病理性改变[13]。靶向NSE可以限制ECM和MMP介导的损伤。因此，可以从抑制NSE方面来设计针对ECM降解和抑制进行性神经炎症的治疗方法。NSE与CNS中许多不同细胞核、细胞质或膜分子的相互作用促进了NSE与S100B之间协同作用，诱导炎症反应的发生，引起神经元损伤。据报道，S100B主要由星形胶质细胞在CNS中表达和分泌，常在各种病理损伤中检测到，部分病理损伤中同时也检测到NSE异常表达[14]。此外，SCI患者血清中也能检测到NSE和S100B的过表达[3]。S100B过表达会诱导小胶质细胞和星形胶质细胞的活化及神经细胞凋亡，加重神经炎症并可能导致长期神经功能障碍。因此，进一步研究NSE调控是否影响S100B，对于保护神经元抗凋亡可能会有临床意义。

3 NSE在CNS其他急性损伤中的作用

NSE被认为是神经元损伤的特征性标志物。在重型继发性脑损伤的CNS疾病患者中，NSE异常表达。有研究发现，缺血性脑损伤患者的血清NSE过表达，可以作为衡量患者预后的一个重要参数[15]。因此，NSE作为缺血性脑损伤的已知标志物，可用于评估创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）、脑卒中和心脏骤停后缺氧性脑病[15-16]。有研究发现，重度TBI患儿的脑脊液样本中NSE水平明显升高[17]。另外，通过对66例足月窒息新生儿的研究表明，在缺血性脑损伤开始时NSE水平相对较低，6 h内检测发现水平低，但在24～48 h后检测NSE可能有意义[18]。另一项研究发现，NSE水平升高可以更早被发现，该研究通过测定60例心肺复苏患者在12～36 h之间的血清NSE水平，NSE水平越高，预后越差，可以作为预测心肺复苏预后的一个重要指标[19]。同样，血清NSE水平在急性脑出血（intracerebral hemorrhage,ICH）患者中也很重要，因其与出血量和受伤情况密切相关。一项研究分析了80例ICH患者NSE水平，发现这些患者中NSE水平明显升高，提示血清NSE异常表达可能导致ICH预后较差[20]。有研究通过测定60例蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）患者的NSE水平，发现NSE水平升高[21]，这表明NSE有望作为筛查SAH患者的一项指标。

4 NSE在SCI中的作用

SCI是一种破坏性、进行性、复杂性且不断发展的分子级联反应，其神经损伤引发功能障碍的机制尚未阐明。有研究发现，在胶质细胞分化和增殖过程中NSE异常表达可能与细胞损伤相关[22]。活化和分化的小胶质细胞可能释放各种炎性因子，继而调控SCI后继发性神经元损伤和再生。NSE介导的降解途径活化以及后续的炎性细胞因子、趋化因子和其他炎性介质的释放可能引发轴突损伤[12，23-24]。在SCI中检测到NSE水平异常可能与灰质的神经元细胞凋亡有关。NSE异常表达和活性的增加可能影响代谢变化，这种变化发生在远离受伤脊髓中心的区域。SCI的继发性损伤特征是神经元和神经胶质细胞的破坏，从而导致损伤扩大和功能丧失[25]。因此，可以研究促进或预防神经元炎症和细胞凋亡的机制，以寻找预防和治疗SCI的新途径。

针对不同损伤机制引起SCI继发性损伤的神经保护用药，临床验证效果不一[26]，且尚无FDA批准的可用于治疗SCI的药物。有研究报道，雌激素是治疗SCI和TBI的重要神经保护剂[27]。因此，可以研究SCI的病理生理学机制发生，特别是针对新型神经保护药和神经退行性药的多模式疗法。另有研究测定SCI大鼠模型中NSE表达水平发现，SCI后NSE表达上调，可激活多种不同的炎症通路，导致宿主长期继发性损伤；通过测定SCI假手术和受损切片中神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的NSE水平，证实了SCI后NSE表达的变化[12]。研究还发现，与假手术脊髓相比，损伤后星形胶质细胞和小胶质细胞的NSE水平显著增加，但神经元中并未升高，这表明NSE水平的差异可能会导致损伤后的不同病理变化[12]。NSE是金属酶，并且可以充当纤溶酶原受体，因此神经胶质细胞中NSE表达可以通过裂解pro-MMP启动MMP激活级联反应[28]。NSE对免疫细胞应答以及神经元和胶质细胞的下调可能是抑制脊髓损伤继发性神经炎症的新途径。

5 SCI后NSE的调控

越来越多的证据表明免疫细胞在SCI病理和修复的过程中有重要作用。多核型白细胞、巨噬细胞/小胶质细胞、B细胞和T细胞的浸润会促进SCI的预后不良[29]，其中NSE水平升高可能在炎症过程中起关键作用[9]。神经元细胞中的线粒体代谢缺陷可能产生活性氧（reactive oxygen species，ROS），从而诱导神经元损伤。抗氧化剂可以减少ROS的破坏作用、氧化应激以及脑胶质细胞增殖的程度[12]。活化的神经胶质细胞分布以及NSE的表达和活性对于降低脑损伤和改善功能有重要作用。有研究显示，抑制NSE表达可降低炎性趋化因子/细胞因子反应，抑制MMP-9活化，减轻SCI后的神经胶质细胞增生[12，28]。另外NSE通过激活PI3K/Akt和MAPK/ERK信号通路来调控神经元的存活、分化和神经突再生[23]。而半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶X调控该通路活动，该酶裂解该分子的C末端并削弱其活性[24]。NSE激活PI3K路径调控RhoA/Rho激酶通路，影响肌动蛋白的细胞骨架重组，神经突增生的诱导以及神经元细胞的生长停滞，从而促进炎症和神经元凋亡[23]。在这种情况下，抑制RhoA可能导致NSE诱导的神经突增生，因此通过抑制NSE表达及损伤组织的活性可能是有益的。

SCI后星形胶质细胞和小胶质细胞中NSE过度表达[12]，激活炎性细胞因子和趋化因子，诱导轴突损伤和神经元凋亡。有研究通过测定并比较48例SCI患者入院后48 h和7 d内血清NSE水平，发现SCI患者受伤后24、48 h的NSE水平明显高于对照组，NSE可能与创伤性SCI的严重程度相关[30]。因此，NSE也被认为是SCI的潜在生物标志物和（或）治疗靶标[2]。有研究在大鼠模型中发现神经细胞损伤与泛素蛋白酶体（Ubiquitin protease pathway,UPP）通路的抑制和胱天蛋白酶3（caspase-3）的刺激相关。15-脱氧-前列腺素J2（15d-PGJ2）通过UPP和PI3K-Akt途径的失活以及caspase级联的活化来诱导神经元凋亡。近年来，NSE已被确定为15d-PGJ2的膜靶之一。15d-PGJ2通过激活caspase-3和使UPP失活诱导神经元凋亡，而抗NSE抗体使caspase-3失活，激活UPP，并导致神经元细胞死亡[31]。NSE在SCI的动物模型中也会异常表达，LI等[32]通过大鼠模型研究表明，与对照组相比，SCI后6 h的血清NSE水平显著增加，且在受伤后24 h达到最高值。通过烯醇化酶抑制剂ENOblock在雄性SD大鼠SCI模型中的作用研究发现[12]，在受伤组织中NSE和MMP-9水平明显升高，而ENOblock治疗显著降低了SCI组织中NSE和MMP-9蛋白表达。这些研究结果支持该假说，即SCI后神经胶质细胞的激活可能促进炎症级联反应，该反应可通过调控烯醇化酶和（或）NSE表达来调节。

来自经ENOblock治疗的动物脊髓组织的免疫组织化学分析表明，烯醇化酶抑制可减轻急性SCI后的炎症事件，有利于神经保护[33]。但ENOblock只在临床前异种移植模型中进行了测试。迄今，尚未对该药物进行临床试验。有研究通过干细胞移植改善SCI后损伤，作为SCI后出现的一种病理，脊髓的缺血环境是由血管的破坏引起的。这种缺血性疾病持续数天至数周。移植到缺血环境中的干细胞存活率通常会迅速下降。为了保护移植的干细胞和降低SCI，有研究通过小鼠模型设计了一种基于神经干细胞（neural stem cell，NSC）的联合治疗策略，该NSC是通过NSE启动子控制的神经元细胞类型诱导型转基因表达系统引入的，最大化治疗SCI损伤[34]。有研究证明了神经元细胞类型可诱导的基因表达系统适合将NSC引入联合治疗策略。该策略可能是治疗包括SCI在内的神经损伤性疾病的有效方法[35]。此外通过研究miRNA-153（miR-153）对HT-22细胞神经分化的影响中发现，miR-153调控了神经元特异性基因的表达，在转录和蛋白质水平上增加了NSE的表达，促进神经分化并保护神经细胞[35]。因此，miR-153可能是治疗某些神经损伤性疾病如SCI的潜在靶标。