杨婷婷 王 慧

NG2神经胶质既往被称为少突胶质前体细胞(igodendrocyte precursor cell，OPC)，该细胞通过表达硫酸软骨素蛋白多糖4(chondroitin sulfate proteoglycan 4, CSPG4)和血小板衍生生长因子受体α(platelet-derived growth factor receptor-α, PDGFRα)可被特异性识别，目前则被发现为新型的胶质细胞[1]。NG2细胞具有与多能干细胞相同的自我更新能力，可分化为有髓鞘的少突胶质细胞。NG2细胞的增殖和成熟对维持少突胶质细胞的生成和髓鞘可塑性具有重要作用。NG2细胞不仅可分化为少突胶质细胞，在特定生长因子存在的情况下还能生成星形胶质细胞和神经元[2]。NG2细胞表达不同类型的电压门控离子通道、神经递质受体，并接收神经元的突触输入，形成兴奋性或抑制性的突触联系而相互作用。因此，NG2细胞表达的离子通道和受体，以及与神经元的突触联系使其可以感知周围神经元的活动，从而具备神经生成潜能及调控神经元功能。突触通讯可调控NG2细胞的发育，为其参与治疗中枢神经系统(central neural system，CNS)脱髓鞘损伤引起的疾病提供理论依据。

1 NG2细胞表达的离子通道和神经递质受体

1.1 NG2细胞表达的离子通道 NG2细胞在大脑灰质和白质中表达多种离子通道。包括内向整流钾离子(K+)通道(Kir4.1)、电压门控K+通道(Kv)、钠离子(Na+)通道、钙离子(Ca2+)通道及氯离子(Cl-)通道，这些离子通道参与调节NG2细胞周期和功能。Kv家族分为Kv1.1～1.6。关于NG2-DsRedBAC转基因小鼠的研究发现，成年小鼠NG2细胞的内向K+通道电流主要来源于Kir4.1通道。体外研究[3]结果表明，在缺乏有丝分裂原的情况下，过表达K+通道蛋白亚基Kv1.3或Kv1.4可促进NG2细胞的增殖，而Kv1.6过表达则抑制有丝分裂原诱导的细胞周期进程；提示K+通道以某种方式参与调节NG2细胞的增殖。NG2细胞通过感受神经元活动期间细胞外K+的变化，实现Kv对其增殖和分化的调节[4-5]。在缺血等诱导的脑损伤情况下，细胞膜外K+水平升高会加剧NG2细胞中Kir4.1通道的开放[6]。在成年大鼠海马缺血3 d后，NG2细胞Kir4.1电流受损，细胞增殖活性明显增强[7]。同样，在短暂性大脑中动脉闭塞(transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO)小鼠模型中，NG2细胞中Kir4.1通道的缺陷导致tMCAO中轴突的髓磷脂和轴突髓鞘丢失[6]；提示缺血性损伤引起的K+通道稳态改变可能导致NG2细胞增殖，对髓鞘的形成起关键作用。NG2细胞不仅在应对脑损伤中具有自我增殖和修复的能力，而且可以通过在缺血性疾病过程中与髓鞘中的神经元直接相互作用而迅速作出反应[8]。NG2-DsRedBAC转基因小鼠急性脑片全细胞电压钳的研究[9]数据显示，在其灰质区域的海马和小脑皮质分子层，白质区域的胼胝体和小脑白质中的NG2细胞均表达河豚毒素(即Na+通道阻滞剂，TTX)敏感的电压门控Na+通道。诸多研究结果显示，γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)通过激活GABA A受体、Na+通道和Na+/Ca2 +交换子(NCXs)使NG2细胞膜去极化和细胞内Ca2+水平升高，但不激活Ca2+通道；继而发现NG2细胞中持续存在的Na+电流，可能是GABA诱导的Na+水平持续升高的通路基础，又通过NCXs触发了Ca2+内流，这种独特的Ca2+信号通路涉及NG2细胞的迁移[10]。全细胞膜片钳分析结果显示，电压门控Ca2+通道(Cav)亚基Cav1.2缺失使L型电压门控Ca2+通道进入NG2细胞的速度降低了约60%，证实了成熟NG2细胞表达L型电压门控Ca2+通道。从成熟OPC中有条件地敲除Cav1.2，可显着增强OPC的增殖能力，但不影响新产生的少突胶质细胞的数量[11]。因此，提示Na+参与了NG2细胞的迁移和增殖，Ca2+信号调控NG2细胞增殖、迁移、分化和髓鞘化的产生，这为今后治疗CNS中与NG2细胞相关的疾病奠定了研究基础。

1.2 NG2细胞表达的神经递质受体 NG2细胞独一无二的特征是表达大量典型的“神经元”蛋白质，包括α氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(AMPA)和N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)离子型谷氨酸(glutamic acid，Glu)受体及促代谢型GABA受体，但学界对上述受体的分子特性知之甚少。AMPA受体是由GluA1～4亚基形成的四聚体，这决定了AMPA受体的功能特性。研究[12]发现，当CNS损伤脱髓鞘后，邻近的NG2细胞迅速迁移至损伤部位，增殖并分化为少突胶质细胞，使距离最近的剥脱的轴突重新髓鞘化，这一病理生理学过程依赖于脱髓鞘轴突释放的Glu信号的调控。另一方面，小脑片培养的研究[13]显示，阻断AMPA受体可增强NG2细胞的增殖和分化，但不能促进髓鞘形成。从电活性轴突释放的Glu信号可作用于AMPA受体促进NG2细胞的增殖和分化[14]。此外，将AMPA受体拮抗剂或TTX灌注入急性病变中的脑内可抑制髓鞘再生[12]，提示Glu活性依赖性释放可促进NG2细胞分化和髓鞘的修复。因此，AMPA受体调控NG2细胞的增殖和分化，在促进NG2细胞在轴突髓鞘形成和CNS损伤后可能的髓鞘再生中发挥重要作用。

GABA受体分为A、B、C 3种亚型，其中GABA A和GABA C受体是五聚体配体门控Cl-通道，GABA B受体则是G蛋白偶联通道。GABA通过抑制神经元活性，可能会抑制髓鞘形成。慢性缺氧新生小鼠模型的研究[15]结果显示，在缺氧情况下GABA A受体介导的NG2细胞信号转导的减少加强了NG2细胞的增殖，同时延缓了髓鞘形成；提示GABA参与调控NG2细胞的增殖和髓鞘的形成。GABA信号通路调控NG2细胞的体内发育，为CNS中髓鞘再生提供一个潜在的途径。NG2细胞还表达其他神经递质受体，如乙酰胆碱受体(AChR)[16]及大麻素受体CB1和CB2[17]，均参与调节NG2细胞的分化和髓鞘形成。

2 NG2细胞的神经生成潜能

NG2细胞能否在生理或病理条件下产生神经元尚未完全明确，但NG2细胞重编程技术为从NG2细胞获得神经元提供了可能性[18]。相关研究[19]显示，在大鼠皮层刺伤和缺血区间重编程NG2细胞，通过在大鼠新皮层和纹状体过表达逆转录病毒介导神经元生成素2(Neurogenin 2)，可诱导此区域NG2细胞产生新的神经元。在阿尔茨海默病或刺伤小鼠大脑皮层中，通过转染表达NeuroD1的逆转录病毒重编程NG2细胞，可使该细胞分化为Glu能和GABA能神经元[2]。在成年小鼠大脑皮层中采用逆转录病毒介导转录因子(Ascl1和Sox2)的表达，并刺伤其大脑皮层，发现只有Sox2可以诱导成年小鼠大脑皮层中NG2细胞转化为双皮质素(DCX)阳性的神经元[7]。同样，正常成人纹状体的NG2细胞可以通过腺相关病毒传递3种转录因子组合Ascl1、Lmx1a和Nurr1产生神经元，这3种转录因子曾被用于体外将小鼠成纤维细胞和胶质细胞重编程为多巴胺能神经元。NG2细胞在纹状体中也能转化为成熟的Glu能和GABA能神经元[20]。这些研究凸显了NG2细胞作为新一代神经元候选细胞的潜力。然而，NG2细胞转化为神经元的具体机制仍不清楚，阐明促进神经元重编程的生物学机制，有助于CNS损伤修复技术的进步。

另一方面，在NG2-CreERT2基因敲入小鼠的早期胚胎脑中发现，NG2细胞只产生少突胶质细胞和少量星形胶质细胞，而非神经元；表明早期胚胎脑中的NG2细胞仅形成胶质细胞，出生后不能分化为神经元[21]。这部分研究解释了NG2细胞神经生成存在争议的原因。因此，NG2细胞发育阶段中的哪个时期能分化为神经元，值得进一步研究。

3 NG2细胞与神经元的通讯方式

3.1 神经元-NG2细胞突触 NG2细胞与神经元可建立功能性突触连接，并存在于小脑、海马、脑干、大脑皮层和胼胝体中[22]，神经元-NG2细胞突触机制和超微结构与传统神经元-神经元突触机制非常相似，这种结构包括神经元和NG2细胞膜的紧密排列，即神经元一侧突触小泡聚集的活动区和NG2细胞一侧的突触后密度区。神经元-NG2细胞突触在小鼠出生后的第2周和第3周调节NG2细胞的功能，包括增殖、分化和迁移[14, 23]。在稳定的条件下，NG2细胞可分化为前髓鞘、成熟髓鞘，然后分化为轴突周围髓鞘，并快速增殖形成神经元，这是一个动态发展的过程，其中包含少突胶质细胞的增殖、分化和髓鞘形成。NG2细胞的增殖和分化是神经元-NG2细胞突触在早期发育过程中产生足够的少突胶质细胞的两个相关过程，其活性更有可能受到神经元-NG2细胞突触的影响。在髓鞘再生小鼠模型中，脱髓鞘轴突与NG2细胞产生突触接触，神经元的活动通过Glu的突触释放来调节髓鞘再生，促进NG2细胞分化成新的有髓鞘的少突胶质细胞[12]。神经元-NG2细胞突触连接在脱髓鞘损伤后的4～10 d增加，但在少突胶质细胞谱系的细胞分化为成熟少突胶质细胞系时，突触数量明显减少[24]。Glu能和GABA能神经元与NG2细胞突触连接在小鼠出生后发育期迅速减少，提示神经元-NG2细胞突触连接可能是短暂的，对少突胶质细胞谱系的细胞的发育具有促进作用。研究[25]发现，神经元-NG2细胞突触减少与GABA A受体γ2亚基的模式化形成有关。然而，有研究[26]显示，在少突胶质细胞形成的关键时期，通过沉默小鼠体感皮层GABA A受体的γ2亚基，NG2细胞的增殖、分化或少突胶质细胞生成并未受到显着影响。上述研究结果提示，神经元-NG2细胞突触信号的减少可能与受体表达水平的降低有关。

3.2 Glu能和GABA能神经元对NG2细胞的作用 在CNS中NG2细胞接受功能性Glu能和GABA能神经元的突触输入并在神经元网络中传递信息。NG2细胞如何处理突触输入的研究[27]结果表明，NG2细胞能够整合多个突触输入，但其信号整合机制不同于神经元。神经元对突触输入反应为产生动作电位，而NG2细胞对突触输入反应为局部或全部Ca2+水平的升高，这些Ca2+水平升高的幅度随着突触输入的强度逐渐增加。NG2细胞中的Ca2+是如何参与突触输出功能的机制尚不清楚。神经元释放Glu和GABA激活NG2细胞的AMPA和GABA A受体，激活的受体能够对神经元的兴奋性和抑制性信号作出反应，这些受体在神经元向NG2细胞的信息传递过程中发挥着重要作用[22]。但是大多数AMPA和GABA受体是通过突触外机制激活的，并且与大范围的细胞内Ca2+水平的升高有关[23]。NG2细胞上的AMPA受体参与NG2细胞发育过程中多种功能调控。研究[14]发现，AMPA受体GluA2亚基的减少能够促进NG2细胞的增殖；提示AMPA受体的激活可以抑制NG2细胞的增殖。在脱髓鞘小鼠损伤模型中，NG2细胞在脱髓鞘后的增殖过程中不接受Glu能神经元突触输入，但在髓鞘再生过程中接受Glu能神经元突触输入[23, 28]；表明Glu能神经元突触输入能抑制NG2细胞的增殖。AMPA/kainite拮抗剂可以阻断兴奋性突触后电流，表明Glu能神经轴突刺激NG2细胞可促进髓鞘再生[22]。体外研究[29]结果表明，NG2细胞释放的GABA能够调节髓鞘形成。在新生小鼠缺氧模型中，发现小鼠出生后的发育过程中存在神经元和NG2细胞中GABA信号的丢失[15]，该研究结果显示，移行性短程中间神经元和未成熟小脑白质NG2细胞的突触活动降低，与NG2细胞增殖减少、少突胶质细胞分化降低及髓鞘形成延迟相关。综上，Glu能和GABA能神经元突触活动参与调节NG2细胞的增殖及其向髓鞘少突胶质细胞的分化。

4 NG2细胞调控神经元的功能

NG2细胞分泌大量的神经活性因子，如神经营养因子、生长因子和免疫调节因子等，这些因子可以调节神经元的存活、成熟和功能[30]。在缺血性卒中后大脑皮层中，GABA促进NG2细胞中脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)的分泌，BDNF在受损区域为神经元提供营养维持及促进神经功能恢复的作用[31]。然而，当NG2细胞长时间暴露于危险信号或压力时，其基因表达及分泌方式发生病理性改变，使该细胞维持病理状态。机体慢性应激诱导NG2细胞在大脑前额叶皮质和伏隔核发生转录改变，并在很大程度上降低成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2，FGF 2)、神经生长因子(nerve growth factor, NGF)和神经营养因子4/5(neurotrophin 4/5, NT 4/5 )的水平[32-33]。在转基因NG2-HSVtk大鼠研究[34]中，NG2细胞分泌的肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)可在CNS中产生人IL-1受体拮抗剂(IL-1RA)抑制神经炎症，IL-1RA减弱了NG2细胞消融诱导的神经元细胞死亡；提示NG2细胞分泌的HGF可支持神经元存活，并通过调控神经免疫来维持神经元功能。

5 结 语

NG2细胞离子通道和受体的表达及其与神经元形成突触等生物学特征，使该细胞成为一类独特的神经胶质细胞，在CNS中发挥重要作用。NG2细胞通过表达离子通道和受体感知神经元的活动，并且具有神经元生成潜能和调控功能，对维持神经元的完整性和修复神经元至关重要。NG2细胞与神经元之间的突触通讯调控NG2细胞的增殖、分化、迁移及髓鞘形成，可能在神经网络的发展和完善，以及神经系统损伤修复中起着重要的作用。但有限的研究证据表明，神经元-NG2细胞突触直接促进髓鞘形成，并且其中涉及的详细机制尚不明确。NG2细胞的发育、功能、与神经元的突触联系是目前学界研究的热点，与CNS中脱髓鞘损伤引起的疾病，如缺血缺氧损伤、脑室周围白质软化、多发性硬化症等密切相关。其中，NG2细胞与神经元间的通讯机制仍存在诸多疑问，如尚不清楚神经元与NG2细胞的通讯是同步的还是异步的；尚不清楚这些突触功能是否在NG2细胞的不同亚群中都存在；尚不清楚Glu能和GABA能突触输入对于同时连接这两个突触的NG2细胞是否具有不同的意义；尚不清楚突触通讯如何调控NG2细胞的发育。这些问题的探明，对于阐明突触通讯调控NG2细胞的周期及其潜在机制，改善脱髓鞘疾病的预后，以及NG2细胞在CNS损伤修复中的作用具有重要意义。近年来，NG2细胞的体内重编程为如何操纵这些细胞生成神经元奠定了研究基础，今后可能成为临床上治疗CNS损伤的有效方法。