张潇丹 许 英 梁国刚

大连医科大学附属第一医院腹部急症外科/大连医科大学中西医结合研究院(学院)(116011)

肠神经系统(enteric nervous system, ENS)是胃肠道功能和神经反射通路的主要调节器，可独立于中枢神经系统控制肠道运动，协调黏膜的液体交换[1]、局部血流和运动模式[2]以及内分泌功能，并调控对感觉刺激作出反应的上皮细胞活动，参与肠-脑轴以及神经-上皮的相互作用，在肠道内稳态中起有核心作用[3]。肠神经胶质细胞(enteric glial cells, EGCs)是ENS重要的组成部分，在维持胃肠道功能方面发挥重要作用，积极参与肠道运动和上皮屏障功能的控制[4]，具有改变内脏感觉的潜力[5]，在肠神经、肠内分泌细胞、免疫细胞和上皮细胞之间形成了细胞与分子的相互衔接桥梁。同时在肠神经元的网络成熟中扮演关键的细胞因子[6]，在ENS和胃肠功能的动态平衡调节中起非常重要的作用。胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)来源于EGCs，并发挥营养神经元、促进神经修复、调节炎症因子等作用，在肠神经疾病、腹腔炎症等胃肠道疾病中发挥重要作用。

近年研究主要集中于肠神经元及其功能特性，对EGCs的探讨较少，其与星形胶质细胞具有相似性[7-8]。本文就近年EGCs中GDNF及其相关信号通路的研究进展与新思路作一总结，从而为今后EGCs中GDNF的研究提供综合参考。

一、GDNF及其配体

GDNF来源于EGCs[9]，属于GDNF家族配体(GFLs)[10]。最初由大鼠B49神经胶质细胞中分离而来，通过促进多巴胺摄取来提高原代培养中多巴胺能神经元的存活和差异[11]。在胚胎发育中可促进ENS的发育以及肌间神经元的存活和轴突生长，起到营养肠神经元的作用。内源性GDNF可促进神经元的作用[12]，也可在体内外被肠道炎症和炎性细胞因子所调节。GDNF通过胶质因子受体α1(GFRα1)和Ret的协同受体系统来支持迁移的神经嵴细胞，使其定植于胚胎肠道，至出生时形成ENS，并调节肠道功能与运动，调节胃肠分泌和吸收[13]。GDNF在胶质细胞、神经元的发育和维持中起重要作用，对某些动物神经退行性疾病已显示出积极的治疗效果。有研究[14]表明中风后抑郁症状的严重程度与GDNF呈负相关。且GDNF蛋白可逆转慢性轻度应激所致的抑郁样行为，增加免疫反应神经元数量，为治疗抑郁提供了一条有力途径[15]。GDNF的合成和调控在许多疾病、衰老、运动和成瘾中发生变化。其神经保护作用可用于治疗神经退行性疾病。脑源性神经营养因子和GDNF可协同促进周围神经修复[16]，保护神经节细胞并增加其存活，并对受损细胞具有终生保护作用[17]。

GFLs能促进体内多个神经元群体的存活，因此在神经变性引起的疾病治疗方面具有较好的应用前景[18]。目前认为GFLs治疗帕金森症、神经性疼痛和视网膜变性引起的疾病，以及肌萎缩侧索硬化症和阿尔茨海默病具有一定的潜力。

二、GDNF相关信号通路

1. GDNF与PI3K/Akt信号通路：有研究指出，GFRα受体复合物中的Ret激酶和PI3K/Akt通路对GDNF的神经保护作用至关重要[19]。

持续的腹部按摩通过调节GDNF和PI3K/Akt信号通路可降低肠易激综合征大鼠内脏超敏反应，进而改善肠易激综合征症状[20]。在糖尿病肾病模型[21]和脂肪干细胞[22]中，通过抑制NF-κB信号通路产生GDNF，促进PI3K/Akt信号通路的激活，将小胶质细胞破坏性M1表型转化为再生M2表型来抑制神经炎症，从而减轻去传入神经痛。Xu等[23]发现，人参皂苷Rg1诱导的星形胶质细胞活化通过PI3K/Akt信号通路增加GDNF表达，进而促进脊髓损伤后功能的恢复。电针足三里穴位高频长时间刺激可诱导糖尿病大鼠丢失的肠神经元再生，说明GDNF和PI3K/Akt信号通路在电针诱导受损肠神经元的再生中起重要作用[24]。

2. GDNF与Akt/ERK通路：生理上，GDNF结合GFR1受体，激活跨膜Ret酪氨酸激酶，通过细胞内Akt/ERK通路传递信号。Ret受体起激动剂的作用，对表达Ret的细胞具有选择性，在体内可起保护神经元免于死亡的作用[25]。结直肠癌中存在Ret融合，在动物和细胞模型中可促进肿瘤生长和迁移，并与结肠腺癌患者预后差、治疗反应差和总生存率降低相关[26]。DNA甲基化异常在结肠癌进展中起有重要作用，结肠癌患者的预后与GDNF呈负相关且GFRA1通过激活Akt/ERK通路促进结肠癌细胞的增殖和生长[27]。Liang等[28]认为与结肠癌患者总生存期相关的甲基化调节的差异表达基因可能成为肿瘤诊断和治疗的潜在靶点。

3. GDNF/Ret信号通路：GDNF/Ret信号对ENS的发育至关重要，NEDL2是GDNF/Ret信号的正调控因子，也可通过GDNF/Akt信号通路正向调节肠神经前体增殖。缺乏NEDL2的小鼠表现出肠神经元数量减少，进行性肠运动障碍和肠神经节细胞减少症，在出生后2周内全部死亡[29]。NEDL2在无神经节段人结肠中的表达减少，参与了先天性巨结肠的病理生理过程[30]。在肠道神经元中，Kif26a蛋白编码基因为GDNF/Ret信号通路的负调控因子，Kif26a缺陷型小鼠的ENS和肠功能具有遗传背景依赖性异常[31]。

EGCs通过Ret受体产生GDNF以维持体外肠上皮屏障功能，并呈GDNF依赖性[32]。GDNF有利于表现为交感神经系统缺陷Ret基因突变小鼠交感神经元的存活和下游信号的传递[33]。GDNF具有神经保护作用，可通过激活Ret和HIF-1α来抑制程序性细胞死亡，从而维持ENS的生存和功能[34]。

4. GDNF与LncRNA相关通路：Zhong等[35]的研究首次发现结直肠癌中存在NEAT1/miR-196a-5p/GDNF调控通路，LncRNA NEAT1通过miR-196a-5p调节GDNF，促进结直肠癌细胞增殖和迁移，且GDNF可作为癌基因生物学标志物用于结直肠癌的诊断和预后。

5. GDNF与Hippo途径：Hippo途径已成为调节多种生物学功能的关键信号通路。Hippo途径的失调与多种癌症类型有关，研究发现大多数受体酪氨酸激酶(RTK)能调节Hippo信号的活性，Hippo效应子YAP/TAZ为通过PI3K或MAPK信号通路介导的RTK及其细胞外配体(Gas6、GDNF、FGF)诱导的致瘤表型(如细胞增殖、转化)的中心介质，起有关键的信号作用[36]。但具体的机制有待进一步研究。

三、GDNF与肠道内稳态

肠道微生物区系-天然免疫轴是保证ENS结构和功能完整性的关键因素。肠道微生物区系组成的改变、Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)等先天免疫受体信号的紊乱，以及ENS神经化学编码的改变与多种胃肠道疾病有关。TLR可解码肠道微生物信号，形成一种神经营养因子的混合物，调节GDNF的产生，进而对神经元发挥支持作用，控制肠道系统的完整性来调节肠道炎症[37-38]。不同类型的免疫和上皮细胞具有释放GFLs和表达其受体的能力，从而参与炎症后上皮屏障损伤的修复。GDNF以cAMP/PKA依赖的方式促进创伤愈合，通过p38MAPK信号失活促进未成熟肠细胞屏障成熟[39]。Hagbom等[40]发现GDNF可在轮状病毒攻击期间维持小鼠肠道上皮屏障致密性，不改变其通透性，起到保护肠屏障维持肠道内环境的作用。免疫细胞等释放GFLs受体并表达其受体，参与炎症后修复，其中部分机制涉及传递至ILC，产生细胞因子(如IL-22)，从而影响肠道微生物区系。此外，GFLs的失调可能会产生致癌效应[10]。由此可见，GDNF可作为维持肠道内环境稳定的治疗靶点。

四、GDNF的临床应用

1. GDNF与胃肠动力性疾病：EGCs通过GDNF与神经元联系紧密，而肠平滑肌增殖通过GDNF表达支持ENS，从而决定肠神经元的存活[41]。

在先天性巨结肠模型小鼠中，GDNF可延长存活时间，并诱导肠神经再生，改善结肠结构和功能。在先天性巨结肠的研究中GDNF可诱导Schwann细胞增殖和新的神经元形成[42]。定时GDNF基因治疗可提高腹根撕脱伤大鼠运动神经元存活时间，并改善轴突生长、电生理恢复和肌肉再神经支配，同样可促进损伤神经的远距离再生[43]。GDNF作用于支配肌肉的神经元，在修复神经和神经移植方面可起重要作用。在憩室病中发现肠动力障碍的潜在标志物SNAP-25可被GDNF上调，而GDNF诱导的肠神经细胞生长和分化与SNAP-25表达增加和突触小泡形成呈正相关[44]。

GDNF与肠神经元链接紧密，并参与肠神经疾病发生、发展中的各个进程，对肠神经疾病的进一步研究有助于提高对肠神经疾病的认知以及制定更多的治疗方案。

2. GDNF与炎症性胃肠道疾病：研究证实恢复EGCs功能是抑制炎症的有效策略，而GDNF在其中发挥了重要作用。GDNF通过下调JNK1/Ret信号通路，减少细胞内钙内流，进而减少肥大细胞脱颗粒和促炎细胞因子的表达，对实验性结肠炎有明显改善作用[45]。在结肠炎分离的肠平滑肌细胞中，MMP-9活性是GDNF对肌间神经元发挥神经营养效应所必需，而MMP-9协同上调GDNF表达可抑制ENS的炎性损伤[46]。有研究将GDNF作为蛋白质标志物预测静止期疾病患者复发的能力，并证实其与炎症性肠病间歇性复发相关[47]。

3. GDNF与胃肠肿瘤：GFLs是多种人类组织发育所需的可溶性神经营养因子，但亦是癌症的重要因素。GFLs介导的野生型Ret激活是一种促进肿瘤生长和更广泛癌症组扩散的机制。

Ret和GFLs表达与包括胰腺癌和前列腺癌在内的多种人类癌症的转移或侵袭有关[40]。胰腺癌是最严重的胃肠道外分泌癌，其中40%～65%的胰腺导管腺癌中表达Ret和GFR，尤其是在进展期和转移性肿瘤以及淋巴和周围神经侵犯患者中。GDNF介导的Ret在胰腺肿瘤的发生过程中上调，Ret激活能诱导侵袭性胰腺癌的发生，可能是胰腺肿瘤发生的重要共同驱动因素[39]。APE1异常表达与细胞生长失控有关，其通过GDNF/GFRα1/Src/ERK轴级联信号通路促进胰腺癌细胞增殖，小干扰RNA下调APE1或GFRα1均可抑制癌细胞增殖，为未来治疗胰腺癌的潜在治疗药物靶点提供了证据[48]。

GFLs-Ret信号还可促进肿瘤微环境的改变，从而改变周围间质和细胞成分，增强肿瘤的侵袭和转移，是限制肿瘤生长、扩散和改善疾病预后的新治疗方法的重要靶点。

五、讨论与展望

EGCs作为一个新的胃肠神经学的前沿热点，有望在胃肠疾病以及动力障碍性疾病以肠道胶质中作为关键靶点进行探索，如研究调控Ca2+波、神经胶质、GDNF等在信号通路下游中发挥的具体作用等。GDNF作为EGCs中重要的功能性蛋白，在与胃肠道相关的各个方面中均发挥了中心介质的作用。最近的研究已阐明了GDNF-GFRα1-Ret复合物的细胞外成分的详细结构，对GDNF信号通路Ret等的研究也进入了一个新的阶段，重点是靶向Ret信号或利用其GFLs配体作为神经营养药物治疗Ret表达或非表达细胞。大脑中小胶质细胞表型是由环境依赖的转录网络所决定的，了解肠胶质细胞的类似反应以及GDNF的具体作用机制可能对肠易激综合征、运动障碍和胃肠道疾病具有重要影响[49]。未来应进一步探索小鼠和人类共有的神经胶质和GDNF靶点，同时评估人类特有的神经胶质分子靶点。