丙泊酚对神经干细胞影响的研究进展

       摘要：神经干细胞 （NSCs） 是哺乳动物体内重要的多能细胞， 具有强大的分裂潜能和自我更新的能力。既往动物体内实验研究显示全身麻醉药物抑制N-甲基-D-天冬氨酸 （NMDA） 和 （或） γ-氨基丁酸A亚型 （gamma amino acid butyric acid A, GABAA） 受体可能对发育期脑产生神经毒性。丙泊酚作为激活GABAA受体的静脉全身麻醉药物在临床麻醉中广泛使用， 但丙泊酚对于NSCs是“敌”还是“友”, 目前研究看法不一， 其机制也不明确。阐明丙泊酚对NSCs的影响及机制， 将为临床丙泊酚对于脑保护提供一个新的管理、治疗方向。        关键词：丙泊酚； 神经干细胞； 凋亡； 增殖； 分化；

　　

　　神经干细胞 （neural stem cells, NSCs） 是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞， 可以通过对称分裂和非对称分裂这两种方式来生成中枢神经系统内大多数的细胞类型[1], 包括神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞[2-3].在哺乳动物胚胎期的纹状体、海马、视网膜、脊髓等均发现有NSCs的存在， 而成年后主要存在于侧脑室外侧壁的脑室下区及海马齿状回颗粒区[3-6].一般情况下， NSCs处于静息状态， 只有在受到一定程度病理损伤刺激或细胞的微环境改变时， 如缺血、NSCs才将被激活[7], 并启动增殖、分化等过程， 促进向神经元和胶质细胞的分化， 而且自我更新能力强， 以发挥修复功能[3,8-9].全身麻醉药物的作用机制主要是通过改变N-甲基-D-天冬氨酸 （N-methyl-D-aspartic acid, NMDA） 和 （或） γ-氨基丁酸A亚型 （gamma amino acid butyric acid A, GABAA） 受体影响突触传递进而改变中枢神经系统的兴奋性而产生麻醉效应[10].丙泊酚作为GABAA受体起效的最典型的静脉麻醉药物， 因其具有毒副作用小、麻醉诱导起效快、代谢快且体内无蓄积等优点， 在临床全身麻醉中广泛使用。近年来， 关于丙泊酚对NSCs影响的研究结果不一， 而且其作用机制尚未阐述清楚。本文将就近年来丙泊酚对NSCs影响的研究进展作如下综述。

　　

　　1 丙泊酚的神经作用

　　

　　研究表明， 丙泊酚可以调节细胞外谷氨酸的浓度[11-12].谷氨酸在中枢神经系统的神经递质和神经毒性中具有关键作用， 谷氨酸被分解后可能会诱发兴奋性神经毒性和神经系统疾病[12-14].由于丙泊酚的高亲脂性， 它可以顺利通过血脑屏障。因此， 近期的研究均指出， 丙泊酚能减少脑缺血时的神经损伤[15-16], 并且丙泊酚能在脑缺血后通过激活胞内磷脂酰肌醇激酶PI3K及形成PI3K-AMPA受体GluR2复合物， 为脑缺血损伤提供长期的神经保护作用[17].越来越多的研究还表明， 丙泊酚能对过氧化氢诱导的氧化应激具有神经保护作用， 并能减少神经元凋亡[18-20].

　　

　　现在越来越多的研究也表明， 丙泊酚在多种研究模型中有诱发神经毒性的可能， 其影响主要表现在广泛神经元死亡、学习记忆损伤[21-23].在临床调查研究中也证实， 年幼且接受多种麻醉药物复合的儿童， 学习障碍和注意力集中缺陷的风险增加[24-25].少数研究提示， 丙泊酚诱发此类神经毒性的潜在机制， 可能与神经炎症[26]、胞内钙离子失调[27]、c-FOS基因表达上调[28]等有关。

　　

　　2 丙泊酚对NSCs凋亡的影响

　　

　　近期的研究表明， 丙泊酚可能通过多种途径对NSCs的凋亡产生影响。有研究从孕14~16 d的大鼠分离出胚胎NSCs在体外培养， 采用不同浓度的丙泊酚处理后运用MTT和流式细胞术检测细胞凋亡情况， 运用蛋白质印迹技术检测调节外源性凋亡途径的caspase-3和caspase-8, 此外还检测了调节内源性凋亡途径的caspase-9和细胞色素C.研究人员发现， 丙泊酚可能通过活化caspase依赖的内源性和外源性凋亡通路引起胚胎NSCs凋亡， 且呈剂量依赖型[29-30].Huang等[31]在新生幼鼠体内发现， 丙泊酚对NSCs引起的凋亡可能是通过Akt/Erk1/2通路。Wang等[32]在不同浓度的丙泊酚在体外对胚胎干细胞的影响研究中发现， 有GABAA受体参与介导的丙泊酚引起胚胎NSCs凋亡可能是通过调节Chk1/p53信号通路。近年来， 微小核糖核酸 （microRNAs, miRNAs） 的生物学作用受到人们的重视。MiRNAs是由内源基因编码的长度约为20到24个核苷酸的单链非编码RNA, 它可以通过降解信使核糖核酸 （messenger RNAs, mRNAs） 或者抑制mRNA的翻译从而在转录后水平上调节基因的表达[33].现已证实， miRNAs通过多种不同的方式、途径在NSCs的增殖、分化以及成熟过程中发挥重要作用[34].在miRNAs在丙泊酚对胚胎NSCs凋亡具有调节作用的研究中， 研究者发现丙泊酚可以通过STAT3/miRNA-21/Sprouty2蛋白途径来诱导胚胎NSCs发生凋亡[35].

　　

　　然而丙泊酚对神经细胞凋亡的研究结果并非一致。有研究在从孕14.5 d的胎鼠前脑分离出的NSCs的研究中发现， 丙泊酚并不影响NSCs的凋亡， 但其机制并未作阐述[36].

　　

　　3 丙泊酚对NSCs增殖、分化的影响

　　

　　NSCs的增殖、分化、自我更新能力主要是在干细胞的自身基因调控下， 整合微环境中的多种细胞调节因子、信号通路， 主要包括有生长因子、神经营养因子、神经递质、Notch信号通路、Hedgehog信号通路、Wnt信号通路等。现知道的大部分生长因子、神经营养因子和神经递质均参与调控微环境。神经营养因子能与酪氨酸激酶受体 （tyrosine kinase receptors, Trk） 和p57NTP共同受体结合进而参与胞外信号传导。生长因子是一类调控、维持细胞生长的胞外蛋白。多种生长因子均有参与NSCs的神经发生和增殖分化， 包括胰岛素生长因子-1 （insulin-like growth factor 1, IGF-1） 、碱性成纤维生长因子、血管内皮生长因子等。据报道， IGF-1能通过激活CaMKⅡ （Ca/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ） 蛋白磷酸化和胞外信号调节胞外调节蛋白激酶 （extracellular regulated protein kinases, Erk） 来维持干细胞的“干性”和分化更新能力[37-38].脑源性神经营养因子 （brain-derived neurotrophic factor, BD-NF） 为神经营养因子的重要一种， 主要分布在中枢神经系统中， 具有浓度依赖性的促NSCs增殖、分化， 其可能的机制为BDNF活化后TrkB磷酸化[39-40], 激活wnt/β-catenin信号通路[41]、MAPK-STAT3信号通路[39]、PI3K/Akt通路[42]发挥作用。目前研究认为， 在哺乳动物神经发育的过程中， Notch信号通路参与NSCs各发育阶段的调控过程， 维持中枢神经系统NSCs数量， 对神经系统的发育成熟具有重要作用[43].

　　

　　3.1 丙泊酚与NSCs增殖

　　

　　就目前多数的研究表明， 丙泊酚对NSCs具有抑制增殖作用。有研究在体内、体外实验表明， 丙泊酚可能通过Akt/Erk1/2信号通路抑制NSCs的增殖[31].Wang等[32]在胚胎干细胞体外培养实验中， 对NSCs采用3个不同浓度 （1、10、50μmol/L） 处理， 经PCR检测Chk1和p53发现， 丙泊酚处理的胚胎NSCs二者mRNA的相对表达量呈浓度相关性增高， 说明其二者可能调节了丙泊酚对胚胎NSCs的增殖。此外， 有文献报道， 丙泊酚对NSCs的抑制增殖作用可能与BDNF的分泌减少[44]、Ca/PKCα/Erk1/2信号通路[31]、激活Chk1在317位丝氨酸磷酸化[36]有关。Jiang等[45]发现丙泊酚在抑制NSCs增殖的同时， 上调了miRNA-141-3p, 并使IGF-2基因结合蛋白2 （IGF-2 mRNA-binding protein 2, IGF2BP2） 的表达减弱， 说明丙泊酚可能通过miRNA-141-3p/IGF2BP2来抑制NSCs的增殖。

　　

　　与上面结果相反， 有研究表明， 丙泊酚可能通过Ca参与的信号通路以提高环磷酸腺苷反应原件结合蛋白 （cAMP response element binding protein, pCREB） 水平[46]、通过影响STAT3及Sox2基因转录翻译[47]来促进NSCs的增殖。丙泊酚还可能通过PI3K-AMPA受体GluR2复合物细胞膜表达增高以促进脑缺血损伤中NSCs的增殖[17].

　　

　　除了以上的研究结果外， 丙泊酚也有可能对体外培养的胚胎NSCs没有增殖作用[48].

　　

　　3.2 丙泊酚与NSCs分化

　　

　　关于丙泊酚对NSCs的分化影响， 文献报道的结果也呈现两端化。Sall等[49]在海马前体细胞丙泊酚处理后进行分化培养4 d, 并对细胞行β-微管蛋白 （Tuj1） 和胶质细胞原纤维性蛋白 （glial fibrillary acidic protein, GFAP） 染色发现， 丙泊酚处理的海马前体细胞表达的Tuj1阳性细胞较对照组的明显增多， 说明丙泊酚能促进海马前体细胞向神经元分化， 而且呈现剂量依赖性。同时， 该研究还表明， 丙泊酚促海马前体细胞向神经元的分化作用并非由GABAA受体介导。此外， 有研究者也在各自的研究中报道了丙泊酚有促进NSCs向神经元分化的现象[48,50].

　　

　　Jiang等[45]研究发现， 丙泊酚对NSCs的分化有抑制作用， 其机制可能与miRNA-141-3p/IGF2BP2信号通路有关。Thal等[51]在成年大鼠创伤性脑损伤后， 丙泊酚的输注导致大鼠神经功能障碍加重， 神经元阳性细胞数也明显较对照组减少， 损伤后28 d的病死率也大幅增加。该研究认为丙泊酚对于成年动物急性脑损伤可能是不利的， 对其神经发生具有负面影响。

　　

　　4 展望

　　

　　胚胎神经在发生过程中， NSCs能不断地进行增殖、分化、迁移至特定部位形成神经系统。出生后， NSCs存在于海马和侧脑室的脑室下层， 能增殖、分化成神经细胞以维持海马和嗅球的神经发生。NSCs自身的凋亡、增殖、分化机制则是一个相当复杂的网络， 它依赖于体内各种因子的分泌及其相互作用、各种因子与不同受体结合、周围环境与细胞间相互作用、细胞与细胞间相互、基因表达顺序等等。目前关于丙泊酚对NSCs凋亡、增殖及分化的作用机制研究并不清楚， 而且其与NSCs的关系有待进一步研究明确。随着研究的不断深入， 不仅丙泊酚对NSCs的作用机制会越来越被大家知晓， 人们也可以根据自身需求， 对作用的靶点进行预防或干预， 减少患者因麻醉因素而发生的脑功能损伤。

　　

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