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TWEAK介导Fn14信号通路在抑郁样动物模型中的研究进展

2020-10-08 337 上传者：管理员

关键词：
Fn14信号通路
实验医学
抑郁样动物模型
研究进展
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肿瘤坏死因子样凋亡弱诱导因子是肿瘤坏死因子超家族中的一员。TNFSF在人体中表达广泛，在免疫应答，炎症反应，细胞稳态和组织修复中发挥重要作用。TWEAK通过与成纤维细胞生长因子诱导的14(Fn14)结合而发挥作用，Fn14是一种I型跨膜蛋白，是目前报道的其唯一的受体,TWEAK也是唯一与Fn14结合的配体。TWEAK主要表达为II型跨膜蛋白，但可通过弗林蛋白酶将膜固定TWEAK(mTWEAK）进行蛋白水解加工产生可溶性TWEAK(sTWEAK),mTWEAK和sTWEAK均可与Fn14结合[1,2]。TWEAK是一种糖蛋白，由c端胞外区、跨膜区和n端胞内区三部分组成。Fn14包含与TWEAK结合的胞外结构域以及对信号转导至关重要的胞质尾部区域。Fn14胞质（29aa）不包含死亡域，而具有含3个苏氨酸的TNFR相关因子结合域，可被磷酸化并诱导与肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAF）结合，参与TWEAK的信号转导[3]。

1.TWEAK/Fn14通过对脑组织细胞中的作用参与抑郁的发生

在中枢神经系统中，TWEAK和Fn14可诱导表达于血管内皮细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元[4]。在正常脑组织中两者表达水平较低，但在组织修复、损伤和重塑过程中，Fn14表达迅速上调，而TWEAK表达升高则相对较少。根据特定的细胞类型和激活的下游信号通路，调节Fn14的参与可以调节细胞增殖或凋亡，促进炎症反应[5]。TWEAK/Fn14信号系统可以激活经典与非经典的NF-κB信号通路及其他激酶系统包括丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase,MAPKs）、Janus激酶/信号转导及转录激活因子（Januskinase/signaltransducerandactivatoroftranscriptionpathway,JAKS/STATS）等[6]，诱导多种细胞因子的产生，包括增加CCl-2、IL-1、IL–6、TNF-ɑ和IL-8的生成，降低紧密连接蛋白ZO-1的表达，上调血管细胞黏附分子-1(vascularcelladhesionmolecule,VCAM-1）和细胞间黏附分子-1(intercellularcelladhesionmolecule,ICAM-1）的表达[7]，从而发挥促进细胞炎症、星形胶质细胞和小胶质细胞增殖和凋亡及血-脑脊液屏障（blood-brainbarrier,BBB）的破坏等作用导致抑郁症的发生发展。

2.TWEAK促炎作用参与抑郁

神经炎症被认为是抑郁症重要的病理原因之一，与抑郁症发病的细胞因子假说相一致。细胞因子是由免疫细胞激活和分泌的信号分子，发挥免疫调节的生物活性，星形胶质细胞、小胶质细胞和一些细胞因子参与这一过程。它包括促炎细胞因子和抗炎细胞因子。有证据表明，这些促炎因子与抑郁症的发生密切相关[8]。NF-κB在抑郁症中起着至关重要的作用，NF-κB的激活主要通过经典途径和非经典途径，途径之间存在相互作用，NF-κB与神经炎症密切相关。一方面，NF-κB作为一种多效调节因子，其p65亚基的磷酸化，致使存在于细胞质中的p65亚基易位到细胞核内,磷酸化p65亚基结合目标基因和调节基因转录[9,10]，通过TNF-α、IL-1β等炎性细胞因子的转录和表达参与炎症递质的调节[11]。另一方面，TNF-α、IL-1β等炎症因子也可有效激活吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）活性[12]。IDO是一种参与色氨酸代谢的限速酶，广泛分布于各种组织中，参与色氨酸-犬尿氨酸(TRP-KYN)的代谢。IDO的无序激活导致TRP-KYN通路过度激活，色氨酸消耗，更多TRP降解为KYN，导致5-HT合成不足[13]。此外，IDO的无序激活也导致了喹诺林酸等有害TRP分解代谢产物的合成增加。喹诺酸是N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR是离子型谷氨酸受体的一个亚型）的激动剂。喹诺酸的过度积累会使NMDA受体处于持续兴奋状态，导致神经毒性增加，神经元可塑性受损，进而使行为学、神经内分泌和神经递质发生改变，加重抑郁症的发生发展[14]。抑制NF-B的活化，降低TNF-α、IL-1β的含量，抑制IDO的无序活化能够改善动物的抑郁样行为[15]。这些发现均提示NF-kB的激活参与神经炎症是动物抑郁样行为发生发展的重要因素。

TWEAK能够促进星形胶质细胞增殖，并激活NF-kB途径分泌释放IL-6和IL-8[16]，在促进星形胶质细胞和小胶质细胞炎症递质的表达中发挥重要的作用，主要通过NF-kB通路刺激增殖作用蛋白激酶信号，这些下游激活与炎性细胞因子、趋化因子和黏附分子的表达或释放有关，参与了神经炎症因子、基质-金属蛋白酶9(matrixmetalloproteinase,MMP-9）的分泌[17]。

3.TWEAK/Fn14影响细胞增殖参与抑郁

星形胶质细胞在抑郁症中起着至关重要的作用，在体外，星形胶质细胞在调节刺激后能上调IL-6和IL-8。神经元损伤的另一个指标是星形胶质细胞的激活和增殖，也被称为胶质细胞病。一旦激活，星形胶质细胞就会产生大量的炎症递质，从而进一步损害大脑周围的区域[18]。TWEAK能够促进星形胶质细胞脑皮质中增殖[19]。然而TWEAK促进星形胶质细胞的增殖的潜在机制尚不清楚，可能与下游激活相关蛋白和细胞因子有关。所以本文推测TWEAK/Fn14可以通过影响细胞增殖参与抑郁的发生发展。

小胶质细胞在脑监测中起着重要的作用。当BBB受损时，大脑会受到多种炎症递质的影响，因此小胶质细胞会被激活。Ballok等[20]发现MRL/LPR在皮质、下丘脑和小脑的小胶质细胞激活程度明显高于对照MRL/MPJ，但在MRL/LPR（一种广泛用于神经精神狼疮(NPSLE)研究的小鼠模型）小鼠中敲除TWEAK受体Fn14，可以显著改善抑郁样行为症状，MRL/LPRFn14WT、MRL/LPRFn14KO和MRL/MPJ小鼠研究中在小胶质激活上没有明显的差异[18]。然而，在MRL/MPJ小鼠中，高度分化的小胶质细胞被认为是静止的或不活跃的[21]，而在MRL/LPR小鼠中，分化程度较低的小胶质细胞和阿米巴样表型相对丰富。特别的M1或M2小胶质细胞表型的详细特征可能有助于进一步剖析小胶质细胞激活在NPSLE小鼠模型中引起的抑郁样行为的作用。

4.TWEAK/Fn14通过细胞凋亡参与抑郁

神经细胞凋亡可导致认知行为的改变，许多TNFSF，如凋亡相关因子配体（Fasl）、TNFα和肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）参与受损细胞凋亡的过程。早期的研究认为TWEAK诱导凋亡能力较弱，因为体外实验中TWEAK往往需要较长的作用时间以及和IFNγ等强刺激因子共同作用才能诱导凋亡[22]。然而，近年的研究表明，TWEAK单独作用也可刺激神经元细胞、单核细胞以及特定类型肿瘤细胞的凋亡[23,24,25,26]。但在中枢神经系统中TWEAK/Fn14诱导神经细胞凋亡的机制尚不清楚，因Fn14缺乏死亡结构域（deathdomain,DD），死亡受体途径的直接作用可能不是诱导细胞凋亡的主要模式。但已有研究证明通过侧脑室注射Fc-TWEAK可使小鼠产生抑郁样行为改变，脑组织切片中皮质和海马区域的细胞凋亡增加[19]。在Fn14敲除MRL/LPR小鼠模型可以表现出较少的抑郁样行为和改善认知功能，尤其是空间记忆[27]。Wen等[27,28]观察到神经狼疮（NPSLE）对MRL/LPR小鼠品系大脑皮质的调节和Fn14表达增加。此外，与MRL/LPR野生型小鼠相比，在本品系中敲除Fn14可显著改善认知功能，减少抑郁和快感缺乏症状。TWEAK/Fn14相互作用最具特征的作用之一是诱导凋亡，这是MRL/LPR株狼疮小鼠[29,30,31]的主要特征。为探讨Fn14缺乏对脑组织凋亡的影响，在20w龄时MRL/LPRFn14WT小鼠TUNEL阳性细胞显著增加，主要分布在脉络丛内，而室管膜周围区域的TUNEL阳性细胞数量较少。TUNEL阳性细胞总数的定量分析证实，Fn14缺乏可减少MRL/LPR小鼠脑组织的凋亡。与TUNEL染色结果一致的是，与MRL/LPRFn14WT小鼠相比，MRL/LPRFn14KO小鼠20w龄时脑caspase-3活性下降，进一步证实Fn14缺乏与脑组织细胞凋亡减弱有关[18]。在体外，TWEAK/Fn14相互作用可以通过NF-kB信号通路诱导神经元死亡[25,32]。

5.TWEAK/Fn14通过对BBB的破坏参与抑郁

BBB的破坏是抑郁症重要的生理病理特征，外周炎症可以激活小胶质细胞和免疫细胞嵌入在大脑中,从而影响神经细胞的可塑性和发展,从而导致血管重建[33]。在体外，TWEAK增加了大脑微血管内皮细胞单层的通透性[7]，这是BBB破坏的主要原因。脑室内注射Fc-TWEAK诱导的抑郁样行为小鼠模型的大脑皮质中发现水通道蛋白4(AQP4)的表达明显偏低，皮质神经元C3的沉积明显增加，同时检测到IgG的沉积主要集中在海马齿状回区域，AQP4、C3、IgG的变化均表明BBB的完整性被破坏[19]。MRL/LPRFn14KO的抑郁样行为狼疮小鼠BBB通透性明显降低，可能是由于紧密连接蛋白（ZO-1）表达增加，单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、IL-6和IL-8表达下调，ICAM-1和VCAM-1表达减少所致[18]，在体外BBB模型中，由于这些效应是通过TWEAK(非MRL/LPR小鼠)作用于脑微血管内皮细胞而导致的[34]。因此，TWEAK对BBB的影响并不局限于自身免疫小鼠。事实上，Polavarapu等[34]报道，直接给纹状体注射TWEAK可增加C57/BL6小鼠BBB通透性。在MRL/LPRFn14WT小鼠脑细胞浸润主要由T细胞、巨噬细胞和少量B细胞组成，脑浸润细胞的T细胞表型为CD4T细胞[34]或CD4-CD8-双阴性T细胞[36]。由于Fn14在上皮细胞中是可诱导产生的，而在NPSLE的脑脊液中TWEAK表达是增加的，因此TWEAK可能刺激脉络丛上皮细胞分泌趋化因子，增加黏附分子的表达，从而促进免疫细胞跨越BBB[37]。内皮细胞的VCAM-1和ICAM-1染色在脑室周围区域最强烈，其中BBB最脆弱[38]。T细胞和B细胞也存在于脑室周区，提示该区域存在BBB破坏。脑室周围区域的内皮功能障碍可能是由于脉络丛的显著炎症所致，因为这两个部位是相邻的。

小结

抑郁症是一种常见的、使人衰弱的且机制复杂的神经精神疾病。各种研究已经建立了神经精神症状与特定炎性细胞因子(包括TNF-ɑ、IL-1和IL-6)失调之间的显著相关性。然而，细胞因子引起的神经精神症状，包括抑郁和认知异常，其机制尚不清楚。尽管如此，新出现的证据表明神经系统和免疫系统之间存在相互作用。细胞因子可以改变神经内分泌活动，导致神经递质释放的改变，包括血清素、多巴胺和去甲肾上腺素。此外，炎症递质还可能促进BBB破坏、神经炎症和神经变性，从而对认知功能产生负面影响。

TNF样凋亡弱诱导剂(TWEAK)是TNF家族细胞因子之一，其已知的信号受体为Fn14，在中枢神经系统(CNS)中，Fn14可诱导表达于内皮细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元。根据特定的细胞类型和激活的下游信号通路，调节Fn14的参与可以调节细胞增殖或凋亡，促进炎症反应。事实上，越来越多的证据表明，在各种中枢神经系统疾病的发病机制中TWEAK/Fn14信号通路起着重要的作用。本文对TWEAK/Fn14及中枢神经系统疾病和抑郁症的关系的阐述旨在推动相关科学研究对疾病和病理机制进行深入探讨，找到最为核心的治疗靶点，用于改善TWEAK/Fn14参与的中枢神经疾病伴随的抑郁样行为。

梁浩,赵书慧,顾文,王荔.TWEAK介导Fn14信号通路在抑郁样动物模型中的研究进展[J].脑与神经疾病杂志,2020,28(10):654-657.

基金:山西省自然科学基金项目(201801D121219);山西省卫生计生委科研项目(2017065).