中药对神经干细胞增殖分化信号通路的综合调控作用分析.docx

    中药对神经干细胞增殖分化信号通路的综合调控作用分析    汪宏锦　李晶晶　柯慧　徐晓玉[摘要]寻找促进神经干细胞增殖与分化的有效方法是加速神经干细胞临床应用的途径之一该文分析了近十年来中外文献关于调控神经干细胞增殖分化的中药及其作用靶点与信号通路的报道，发现中药对神经干细胞增殖分化信号通路具有综合调控作用第一，中药能通过Notch，PI3K/Akt，Wnt/βcatenin，GFs等信号通路影响神经干细胞的增殖与分化①黄芪、淫羊藿、龟甲、远志能通过调节Notch信号通路中的关键蛋白或基因Notch1，NICD和Hes的表达起调控作用；②人参、银杏叶、丹参能通过介导PI3K/Akt信号通路发挥调控作用，但对该通路中上下游靶标的具体作用机制尚无研究；③姜黄、蛇床子可以上调Wnt/βcatenin信号通路中的关键靶蛋白Wnt3a及βcatenin的水平从而介导Wnt/βcatenin信号通路起调控作用；④三七、川芎可以通过促进分泌性生长因子EGF，bFGF等的表达发挥作用 第二，一些中药能通过多种途径诱导神经干细胞的增殖或分化：黄芪中的黄芪甲苷可以通过Notch信号通路调控神经干细胞的增殖或分化，但黄芪多糖含药血清又可以通过调节VEGF含量，活化PI3K/Akt信号通路发挥作用；淫羊藿中的淫羊藿苷和淫羊藿黄酮类可以分别介导Notch或GFs信号通路来控制神经干细胞的命运转化；人参皂苷Rg1可以通过Notch和PI3K/Akt信号通路发挥调控作用；银杏内酯B可通过激活PI3K/Akt信号通路、上调HIF1α表达来有效调节神经干细胞凋亡相关基因和促进细胞增殖与分化，进而起到神经保护作用，而银杏叶提取物也能通过上调多种细胞因子的释放促进神经干细胞的增殖与分化；姜黄素可以通过Wnt/βcatenin与Notch信号通路来调控神经干细胞的增殖与分化。

第三，信号通路的串话（crosstalk）是一些中药发挥促NSCs增殖与分化的重要途径Notch与GFs信号通路、GFs与PI3K/Akt信号通路、Notch与Wnt/βcatenin信号通路等在调控神经干细胞的过程中相互协调，相互制约，在中药促进神经干细胞增殖或分化中发挥着关键的作用中药对调控神经干细胞增殖分化信号通路的串话研究有待进一步加深，阐明其多靶点和多途径的作用机制与综合调控作用[关键词]神经干细胞； 增殖； 分化； 中药； 信号通路； 串话[Abstract]Since the discovery of neural stem cells（NSCs） in embryonic and adult mammalian central nervous systems， new approaches for proliferation and differentiation of NSCs have been put forward One of the approaches to promote the clinical application of NSCs is to search effective methods to regulate the proliferation and differentiation This problem is urgently to be solved in the medical field Previous studies have shown that traditional Chinese medicine could promote the proliferation and differentiation of NSCs by regulating the relevant signaling pathway in vivo and in vitro Domestic and foreign literatures for regulating the proliferation and differentiation of neural stem cells in recent 10 years and the reports for their target and signaling pathways were analyzed in this paper Traditional Chinese medicine could regulate the proliferation and differentiation of NSCs through signaling pathways of Notch， PI3K/Akt， Wnt/βcatenin and GFs However， studies about NSCs and traditional Chinese medicine should be further deepened； the mechanism of multiple targets and the comprehensive regulation function of traditional Chinese medicine should be clarified.[Key words]neural stem cell； proliferation； differentiation； traditional Chinese medicine； signaling pathways； crosstalk神经干细胞（neural stem cells，NSCs）是存在于哺乳动物中枢神经系统内具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞群，主要分布于大脑室管膜下区（subventricular zone，SVZ）和海马齿状回的颗粒下层（subgranular zone，SGZ）[14]。

在大脑发育过程中，NSCs可以分化为神经元和胶质细胞，构建大脑结构与功能单元；在大脑发育成熟后，NSCs依然具有有限的再生能力，为大脑损伤修复提供可能当脑部病变或受损后，内源性的NSCs就会被“招募”到缺损部位进而参与神经再生和神经修复[5]但是机体内NSCs数目本身较少，仅由外界损伤刺激所引起的机体自身的反馈仍不足以达到神经自我修复与功能重建的目的[67]目前，NSCs移植已经成为神经系統疾病及损伤一项新的治疗策略，相关疾病的治疗如脑卒中、阿尔兹海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化等已进入临床试验阶段[811]但是NSCs移植存在存活率不高、定向分化困难、易成瘤、难以穿透疤痕组织等问题[12]如何通过调控内源性NSCs的增殖并分化为特定神经细胞来补充缺失的细胞是成体神经再生研究的热点问题阐明NSCs增殖分化的机制，寻找调控NSCs增殖与分化的靶标，开发促进NSCs增殖分化的创新药物对于攻克难以治愈的神经系统损伤及退行性病变有重要意义[13]研究发现，诸多经典信号通路如Notch信号通路、PI3K/Akt信号通路、Wnt/βcatenin信号通路、GFs信号通路等在调控NSCs的过程中相互协调，相互制约，发挥着关键的作用。

endprint中药具有多组分、多靶点、多效果的特点和优势中药可以通过激活机体内源性干细胞、诱导移植的外源性干细胞，或调整干细胞生存的微环境来改善并促进神经再生并且中药是通过有效成分组成的复杂物质体系和病理条件下药物作用靶点组成的复杂生物体系的有机结合达到对机体的综合调控作用，中药的多成分决定着其对NSCs的调控具有多靶点、多效果的优势，利用此优势对于神经系统疾病的研究或治疗具有重大的应用价值近年研究发现中药能通过Notch，PI3K/Akt，Wnt/βcatenin，GFs等信号通路等影响NSCs的增殖与分化并且许多中药如黄芪、淫羊藿、银杏叶等能通过其中一种或多种途径诱导NSCs的增殖或分化信号通路之间的“串话”是一些中药发挥促进NSCs增殖与分化的重要途径本文立足于中医药的整体观念，对近十年来研究中药调控NSCs增殖分化的作用及机制进行总结，为临床应用中药诱导NSCs的增殖与分化治疗神经系统疾病或损伤提供参考1NSCs增殖分化信号通路及其具有调控作用的中药11调控Notch信号通路促NSCs增殖分化的中药Notch信号通路最早于突变果蝇的发育研究中发现，是一个高度保守的控制细胞命运的重要调控通路。

Notch信号通路的激活能实现相邻细胞之间的相互协调作用从而启动细胞的增殖、分化或凋亡程序，调节细胞、组织、器官的分化和发育[14]经典的Notch通路主要由Notch受体、Notch配体、转录因子、靶分子以及一些调节分子组成[15]Notch信号通路是NSCs增殖与分化的网络系统中的一个关键调控环节，可以和Wnt/βcatenin，GFs等其他多种信号通路共同调控NSCs的增殖与分化早期研究认为[1618]，Notch信号通路属于干细胞分化的抑制性通路，可抑制NSCs向神经元和胶质细胞分化，由此间接维持干细胞的多能性和自我更新能力Notch信号通路的阻断可以削弱NSCs的自我更新能力，而持续性的激活其受体Notch1又可以增强NSCs的增殖而目前有研究显示[19]，Notch通路在NSCs分化的不同阶段发挥不同的调控作用在分化早期，Notch通路可以通过抑制NSCs向神经元和胶质细胞分化、增强细胞信号连接等方式独立调控细胞周期进程来维持NSCs的自我更新能力而在分化晚期，通过Notch通路可以将中间祖细胞选择性的分化为神经元或者星型胶质细胞，而向少突胶质细胞分化的比例较少当Notch受体被邻近细胞分泌的跨膜配体如Delta，Serrate或Lag2激活后，胞内区（Notch intracellular domain，NICD）被γ分泌酶切开并转移到核内，引起多种靶基因如Hes（hariy enhancer of split，Hes）的表达，从而产生抑制NSCs分化的作用[20]。

Haupt S等[21]将重组NICD转录到NSCs中，可以转基因实现激活Notch通路，使细胞处于增殖状态Hes为Notch通路的下游靶基因，属于bHLH基因家族，包括Hes1和Hes5[2223]活化的Notch信号通路可以增加Hesl和Hes5的表达，上调细胞周期蛋白从而进一步促进干细胞的增殖[2425]因此，Hes可以维持NSCs的自我更新和抑制其分化，对神经细胞的发生和构筑正常神经功能具有重要意义[26]111黄芪豆科植物蒙古黄芪Astragalus membranaceus（Fisch）Bgevarmongholicus（Bge）Hsiao或膜荚黄芪A. membranaceus（Fisch）Bge的干燥根研究发现[2728]，黄芪注射液可以上调脑缺血模型大鼠脑内巢蛋白（Nestin）及其与胶质纤维酸性蛋白（GFAP）或微管相关蛋白2（MAP2）共同表达的阳性细胞数，说明黄芪注射液可以促进NSCs增殖，并能够诱导其向神经元及胶质细胞分化在其机制研究方面，曹宝萍等[29]发现黄芪注射液在诱导NSCs分化的过程中，可能启动了bHLH转录因子家族，促使相关基因NeuroD，Ngn2和Mash1的下调，从而使NSCs向神经元方向分化；Haiyan H等[30]研究证明黄芪甲苷Ⅳ能上调体外培养的大鼠海马区NSCs的Notch1和NICD，诱导外源性NSCs的增殖与分化，并且将其移植到阿尔兹海默模型大鼠海马区后可以显著改善模型大鼠的学习和记忆能力。

柴丽娟等[31]发现黄芪甲苷能明显提高体外NSCs增殖率、神经球的形成率，其诱导增殖与细胞周期蛋白D1，Hes1，Hes5的基因表达增加有关由上可知，黄芪中的皂苷类成分可以通过Notch信号通路调控NSCs的增殖或分化112淫羊藿小檗科植物淫羊藿Epimedium brevicornu Maxim.、箭叶淫羊藿E. sagi。