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user: 4. SDF-1/CXCR4/CXCR7作用机制 4.1. SDF-1作用机制 脑缺血卒中发生后，NPCs从SVZ迁移到缺血边界区，并在那里增殖、分化形成新的突触连接 [ 12 ]。SDF-1在这一过程中起到了至关重要的作用。在缺氧条件或组织受损条件下，SDF-1的表达收到缺氧诱导因子-1α (HIF-1α)的影响，以及癌症相关的成纤维细胞(CAFs)使其表达增加 [ 13 ]。局灶性脑缺血后，受损区域的星形胶质细胞、小胶质细胞和血管内皮细胞在脑缺血后24小时内上调并释放SDF-1，SDF-1高峰在7 d的水平升高，有效期直到16 w [ 14 ]。研究表明SDF-1参与了NPCs迁移、增殖和分化等过程，并且可以降低迁移间神经元的分支频率，提高迁移速度，以避免这些迁移间神经元被吸引离开SDF-1富集的迁移路径 [ 15 ]。值得注意的是，CXCR4在NPCs中表达，而SDF-1/CXCR4复合物具有诱导NPCs向SDF-1丰富的部位迁移的作用，这对于脑缺血后NPCs向损伤部位迁移至关重要。SDF-1诱导的细胞增殖机制与细胞外信号调节激酶(ERK)激活有关。ERK1互和ERK2 (ERK1/2)是MAP激酶信号级联反应的组成部分，可被PI3K激活，SDF-1可刺激ERK1/2和AKT磷酸化并由此增强增殖、趋化性和侵袭性，还可激活PI3K/AKT信号通路参与肿瘤的调控以及诱导细胞迁移 [ 13 ]。 4.2. CXCR4作用机制 LESTR (白细胞表达的七个跨膜结构域受体)是第一个被发现的SDF-1受体，最初被认为是HIV进入CD4 + T细胞的辅助因子，后来根据趋化因子受体的命名法被重新命名为CXCR4，代表了经典的G蛋白偶联受体(GPCR) [ 16 ]。CXCR4在广泛的组织中表达，包括免疫和中枢神经系统，并在许多生理过程中与SDF-1结合发挥作用。CXCR4可以调控细胞趋化性、增殖、存活、粘附等多种细胞功能，主要是通过激活细胞外信号调节激酶(Erk)和Akt (蛋白激酶B)这两种途径实现 [ 17 ]。AMD3100被认为是CXCR4的拮抗剂，起初用于治疗HIV，现被广泛用作药理学工具，揭示CXCR4和SDF-1在各种环境中的作用 [ 18 ]。在胚胎发育过程中，SDF-1/CXCR4信号通路不仅与NPCs的迁移有关，而且同样参与轴突生长和导向性调节过程。CXCR4可以在未成熟的神经元神经突起的前缘密集表达；而当神经元发育成熟后，神经突起前缘的CXCR4表达下降 [ 19 ]。轴突和树突的CXCR4受体与SDF-1结合引发细胞内的信号级联反应，实现神经突起的导向性生长 [ 19 ]。在脑发育期，SDF-1引导内嗅皮质(entorhinal ortex， EC)发出的神经纤维投射到海马齿状回(dentate gyrus， DG)建立神经回路，SDF-1这种轴突导向作用是在细胞内的mDia1 (一种细胞骨架调节蛋白)介导下完成的，而当SDF-1通路被其受体拮抗剂AMD3100封闭时，神经回路中来自EC的轴突数量显著减少(P < 0.05)，说明SDF-1在EC-DG回路形成过程中起到关键的导向调控作用 [ 20 ]。研究表明CXCR4与SDF-1结合可激活多个G protein-coupled途径，例如，Gαi和Gβγ子单元可以触发phosphatidylinositol-3-kinase Akt (PI3K)及其主要下游目标；有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)以及核转录因子NF-κB通路等，所有这些信号通路都与细胞增殖、分化、迁移、存活和凋亡有关 [ 13 ]。在出生后的小鼠体内研究发现，表达CXCR4的细胞在大脑中的分布与NPCs的位置一致，这表明CXCR4与SDF-1诱导的NPCs迁移有关。有研究称，SDF-1/CXCR4可通过剂量依赖的方式诱导NPCs从SVZ/RMS向梗死区域径向迁移 [ 21 ]。目前SDF-1/CXCR4信号通路的细节仍不确定，有研究认为SDF-1与CXCR4结合可促进NPCs的增殖 [ 22 ]。也有研究持相反观点，认为SDF-1激活CXCR4使NPCs维持在静止状态，促进了NPCs的存活而不是增殖 [ 23 ]。这些差异可能与NPCs的异质性、胚胎的年龄和成年期有关。SDF-1/CXCR4系统在NPCs的分化中也起着至关重要的作用。在NPCs的发展过程中，SDF-1可直接刺激NPCs向神经元分化，有趣的是内源性SDF-1和CXCR4的表达位置不同，当NPCs分化为神经元时，CXCR4表达明显升高，而当NPCs分化为星形胶质细胞时，SDF-1表达明显升高，这与CXCR4在NPCs和神经元中高表达，而SDF-1主要来源于星形胶质细胞的观点一致 [ 24 ]。 4.3. CXCR7作用机制 CXCR7也称CXC趋化因子受体7型，它不是经典的GPCR，主要通过b-arrestin募集而发出信号，因此属于非典型趋化因子受体(ACKRs)类，也被称为ACKR3 [ 18 ] [ 25 ] [ 26 ]。相关研究表明，SDF-1与CXCR7的亲和力是CXCR4的10倍以上 [ 5 ] [ 27 ]。缺氧24小时时CXCR7在缺氧边界区表达明显增加，而在缺氧中心区表达较少 [ 10 ] [ 28 ]。CXCR7可以与SDF-1结合，将SDF-1内吞到细胞内，然后被溶酶体降解，从而使细胞外的SDF-1浓度减少，形成SDF-1浓度梯度，介导细胞迁移到受损部位 [ 16 ] [ 26 ] [ 29 ]。与CXCR4不同的是，CXCR7似乎不激发Gai蛋白信号通路，而是仅通过b-arrestin蛋白发出信号 [ 25 ] [ 26 ] [ 30 ]。CXCR7可以与CXCR4形成可以触发下游信号通路的异二聚体，招募β-arrestin激活细胞外信号调节kinases-MAPK，包括ERK1/2，p38和SAPK通路，从而促进CXCR4内化，然后在细胞内被降解，而CXCR7则被循环回细胞膜，这一过程导致细胞膜表面CXCR4水平降低，从而降低了细胞对SDF-1的敏感性 [ 31 ]。这些现象都表明CXCR7具有维持SDF-1和CXCR4浓度的功能，从而影响细胞存活和迁移。最新研究发现，敲除CXCR4的NPCs仍然可以迁移到受损区域，并且这种现象可以被CCX771 (CXCR7受体的拮抗剂)阻断，这说明CXCR7可以独立于CXCR4介导NPCs的迁移。最近有研究表明，SDF-1可通过激活Ras相关C3肉毒杆菌毒素底物1 (Rac1)和ERK1/2磷酸化诱导NPCs定向迁移，在这一过程中CXCR7可作为一个功能性受体独立发挥作用 [ 9 ] [ 32 ]。值得注意的是，CXCR7还可以与CXCR4结合形成异二聚体，与单独的CXCR4相比，这些CXCR4/CXCR7异二聚体可增加SDF-1驱动的细胞信号传导和细胞迁移，这表明CXCR7具有信号增强剂的功能。最新的一项研究显示，VEGF是血管生成过程中CXCR7表达的重要诱导剂，可激活干细胞中CXCR7的表达 [ 33 ]。SDF-1/CXCR7轴可通过上调Notch1受体及其同源配体JAG1来诱导Notch信号的激活，从而增加HEY1表达，促进脑卒中后血管的生成 [ 33 ]。 图1. SDF-1/CXCR4/CXCR7诱导细胞迁移、增殖、分化等过程(图片摘自 [ 3 ]) 综上所述，SDF-1/CXCR4/CXCR7系统通过影响NPCs的迁移、增殖和分化，在神经发生过程中发挥重要作用(见图1)。SDF-1/CXCR4/CXCR7之间相互作用的详细机制是复杂的，目前比较一致的观点认为主要涉及以下五个过程：1) CXCR7可以通过内吞作用降解SDF-1，清除细胞外多余的SDF-1分子，形成SDF-1浓度梯度，而CXCR4可与SDF-1结合诱导NPCs顺浓度梯度向受损区域定向迁移。2) CXCR7还可介导CXCR4的内化，维持CXCR4的稳定表达水平并调整细胞对SDF-1的敏感性。3) CXCR7和CXCR4的共同表达可削弱CXCR4与G蛋白相互作用的能力，还可招募β-arrestin并减少CXCR7与SDF-1的亲和力，起到负协同作用。4) CXCR4和CXCR7均可单独与SDF-1结合发挥作用，SDF-1/CXCR4通常介导细胞迁移和增殖，而SDF-1/CXCR7通常介导细胞的粘附和存活。5) CXCR4和CXCR7可形成异二聚体，发挥正协同作用，增强SDF-1介导的细胞功能。因此，CXCR4和CXCR7似乎通过相互调控它们的表达和信号通路来保持平衡。SDF-1/CXCR4/CXCR7因其在成人神经发生中的重要作用而备受关注，不仅可以促进NPCs的迁移、增殖和分化，还可以调节轴突的伸长和分支，这是脑缺血卒中后神经修复的重要过程。CXCR4和CXCR7这两种受体之间的作用机制错综复杂，既可相互独立发挥作用，又可相互结合发挥正协同或负协同作用。尽管目前对于SDF-1的研究较多，但仍有许多细节问题没有解开，例如SDF-1/CXCR4信号通路与SDF-1/CXCR7信号通路在诱导NPCs的定向迁移、增殖和分化过程中具体激活哪些下游通路？这一细节问题尚待进一步研究。可以确定的是SDF-1/CXCR4/CXCR7信号通路确实参与了脑缺血后诱导NPCs定向迁移、增殖、分化这一系列过程，为脑缺血卒中后的功能恢复提供了可能性，势必成为脑缺血卒中后的新的治疗靶点。