第二節(jié)　趨化因子參與神經(jīng)發(fā)育過程的研究進展

目前，CC類、CXC類、CX3C類趨化因子均有報道參與神經(jīng)發(fā)育過程，XC類趨化因子尚未報道與該過程有關(guān)。

一、參與神經(jīng)發(fā)育過程的CC類趨化因子及其作用機制

1.MIP-1α/CCL3及其受體CCR1

巨噬細胞炎癥蛋白-1α（macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α）及其受體CCR1表達于小腦發(fā)育階段。在嚙齒動物出生后3周，其小腦顆粒細胞、浦肯野細胞（Purkinje cell，也稱“梨狀細胞”）和高爾基（Golgi）神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、貝格曼（Bergmann）膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞等細胞上均有CCR1的短暫表達，但它們表達CCR1的時期略有不同。不過，有趣的是在CCR1受體表達的高峰期，每種細胞都與浦肯野細胞密切作用，而且浦肯野細胞能夠自身合成趨化因子MIP-1α。浦肯野細胞是小腦皮質(zhì)的核心細胞，它接收所有傳入小腦的信息，其軸突穿過顆粒層進入髓質(zhì)，構(gòu)成皮質(zhì)唯一的傳出纖維。因此，推測MIP-1α/ CCR1信號通路可能在小腦發(fā)育的關(guān)鍵時期發(fā)揮重要作用，參與軸突的成熟和突觸的形成［4］。

有研究發(fā)現(xiàn)，CCL3在離體和活體研究中都會損害基礎突觸傳遞［5］。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其他炎癥介質(zhì)如IL-6通過增強AMPA和NMDA介導的突觸反應調(diào)節(jié)突觸傳遞，研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)CCL3突觸傳遞的影響主要歸因于AMPA活性的變化，因為研究表明CCL3無法改變在AMPA受體拮抗劑NBQX存在下記錄的低Mg2+條件下的NMDA濃度。在競爭性γ-氨基丁酸A受體（GABA A受體）拮抗劑荷包牡丹堿存在下，CCL3對基礎突觸傳遞的影響仍然存在，并且發(fā)現(xiàn)其作用更顯著，該結(jié)果支持除CCL3作用于基礎AMPA依賴性傳遞外，還可降低GABA能傳遞。先前已經(jīng)描述了趨化因子家族的另一成員CXCL14的這種作用，其顯示抑制GABA介導的突觸后電流和GABA能神經(jīng)電流。然而，關(guān)于CCL3對GABA能中間神經(jīng)元的作用，需要進行特定研究，以突出CCL3可能對GABA能神經(jīng)元具有抑制作用。某些趨化因子，如CXCL8、SDF-1/CXCL12或CCL2，也被發(fā)現(xiàn)能控制神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。然而，實驗數(shù)據(jù)表明CCL3誘導的基底突觸傳遞的減少發(fā)生在突觸后。

研究數(shù)據(jù)表明CCL3顯著損害了LTP，同時保留了LTD。此外，由于CCL3不改變NMDA場電位，推測CCL3誘導的LTP損傷是不依賴于NMDA的。重要的是，CCL3對突觸傳遞和可塑性的不利影響也從緩慢注射CCL3的動物心室的海馬切片中觀察到。CCL3對LTP的損害可能由CCR5受體介導，因為這一過程可被CCR5特異性拮抗劑馬拉韋羅（maraviroc）逆轉(zhuǎn)，CCR5拮抗劑并未影響LTP本身。先前報道CCR5是由星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元表達的同源CCL3受體之一。事實上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)CCR5能增強炎癥部位的疼痛感覺，調(diào)節(jié)人大腦皮質(zhì)谷氨酸釋放。在海馬中，已發(fā)現(xiàn)能激活CCR5受體的兩種趨化因子：CCL3和CCL5，可調(diào)節(jié)鈣信號轉(zhuǎn)導并抑制自發(fā)性谷氨酸能興奮性突觸后電流的頻率。

2.RANTES/CCL5及其受體CCR1和CCR3

T細胞激活性低分泌因子（reduced upon activation，normal T cell expressed and secreted factor，RANTES/CCL5），是CC類趨化因子亞家族成員之一，對單核細胞、記憶T 細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞具有趨化性，能介導白細胞的遷移，促使白細胞黏附至內(nèi)皮細胞，激活和誘導T細胞的增殖，促使嗜堿性粒細胞釋放組胺。它除具有中樞神經(jīng)系統(tǒng)的趨化活性外，還能促進人前腦星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞的增殖，控制胚胎發(fā)育期和出生后的神經(jīng)可塑性。在體外條件下，RANTES還可引起小鼠胚胎背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglia，DRG）細胞的分化和移動。

3.MCP-1/CCL-2及其受體CCR2

CCL2也稱為單核細胞趨化蛋白（MCP-1），是CC類趨化因子的一個成員，它的受體CCR2在分化的A1細胞中也被上調(diào)。特定趨化因子的表達并不總是與其在SVZ和海馬中的受體表達相關(guān)，推測這些趨化因子的分泌可能對周圍組織具有旁分泌作用。雖然趨化因子受體在促進神經(jīng)細胞分化的相關(guān)性還沒有得到證實，但它們廣泛表達于胚胎和成年神經(jīng)祖細胞，在正常中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和細胞間通信中發(fā)揮相應的作用。研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子MCP-1/CCL2能夠影響A1神經(jīng)元分化：增殖的A1細胞與重組小鼠CCL2共孵育會導致A1細胞的形態(tài)學分化（即延長和/或形成神經(jīng)元過程），與未處理的細胞相比，CCL2劑量依賴性地增加了βⅢ-微管蛋白/ Tuj1陽性細胞的數(shù)量，提示CCL2影響神經(jīng)元分化。因此推測，在神經(jīng)分化過程中，A1細胞表達并分泌CCL2，CCL2可能反過來在分化過程中發(fā)揮重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)，胚胎第11天從小鼠腹側(cè)中腦獲得的中腦成神經(jīng)細胞，在其原代培養(yǎng)物中加入rCCL2能夠影響干細胞和分化標志物的表達。在該實驗模型中，給予外源性rCCL2可導致βⅢ的上調(diào)［6］。不同的是，SOX2基因表達在rCCL2刺激后沒有變化。SOX2是一種轉(zhuǎn)錄因子，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）祖細胞和神經(jīng)干細胞中廣泛表達，被認為是保持神經(jīng)祖細胞（neural progenitor cell，NPC）的泛神經(jīng)屬性的必要成分。研究發(fā)現(xiàn)rCCL2刺激引起不同細胞譜系的標志物的增加可能依賴SOX2的存在。然而實驗表明，在原代培養(yǎng)物中，CCL2也能夠影響神經(jīng)分化。因此CCL2對分化的影響在不同細胞類型和/或模型系統(tǒng)（例如原代培養(yǎng)物、細胞系）中并不完全重疊也就不足為奇了。實際上，在分化過程中分子之間產(chǎn)生錯綜復雜的相互作用，這些分子的相互作用在上述實驗環(huán)境中可能存在部分差異。

其他研究主要集中于揭示MCP-1/CCL2在缺血性腦卒中后成年小鼠中誘導SVZ NPC遷移和分化中的作用。已證明CCL2促進成人NPC運動并增強NPC向神經(jīng)元的分化。總之，多數(shù)研究支持這樣的觀點，即MCP-1/CCL2和一般的分泌細胞因子/趨化因子及其受體網(wǎng)絡是關(guān)鍵的自分泌或旁分泌信號分子，參與神經(jīng)祖細胞和干細胞分化的協(xié)同機制。

二、參與神經(jīng)發(fā)育過程的CXC類趨化因子及其作用機制

1.SDF-1/CXCL12及其受體CXCR4

由于基質(zhì)細胞衍生因子-1（SDF-1）與CXCR4受體均在胚胎神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的早期階段廣泛表達，并呈動態(tài)互補性，因此推測CXCR4受體可能在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用。Zou等和Ma等嘗試證實了這種推測，兩個課題組都發(fā)現(xiàn)，CXCR4受體或SDF-1基因敲除的小鼠出生后表現(xiàn)出器官發(fā)育上的缺陷，包括神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙，并于出生前后死亡。此后的一系列研究表明，SDF-1及其受體CXCR4在小腦、海馬和大腦新皮質(zhì)的發(fā)育中發(fā)揮重要的作用。

實驗表明SDF-1及其受體CXCR4在整個發(fā)育過程和成人神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達［7］，而且CXCR4信號轉(zhuǎn)導在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中發(fā)揮了重要作用。已顯示CXCR4信號轉(zhuǎn)導在神經(jīng)元發(fā)育過程中起兩個主要作用，第一個是作為神經(jīng)干/祖細胞遷移的趨化線索；第二個作用是調(diào)節(jié)軸突尋路。然而，人們對SDF-1/CXCR4在成人神經(jīng)系統(tǒng)中的作用知之甚少。研究觀察到SDF-1是成熟大腦中神經(jīng)元的組成型表達，已有研究顯示，它對神經(jīng)元興奮性和爆發(fā)性釋放產(chǎn)生影響。這些觀察結(jié)果表明SDF-1可能在突觸通信的調(diào)節(jié)中起作用，盡管尚未證實SDF-1是否在神經(jīng)元中存儲并從神經(jīng)元釋放，但SDF-1和其他趨化因子可能作為神經(jīng)遞質(zhì)的觀點得到一些文獻的支持。基于檢測到其在細胞和亞細胞定位以及電生理學效應的實驗結(jié)果，SDF-1可能作為神經(jīng)遞質(zhì)，與來自抑制性中間神經(jīng)元的GABA一起釋放，與GABA協(xié)同參與神經(jīng)祖細胞通信。目前尚不清楚SDF-1如何增強GABA能傳遞，有實驗觀察到這個相互作用發(fā)生在突觸后。在河鲀毒素的存在下，可以觀察到SDF-1的作用。在表達EGFP的2型祖細胞的電壓鉗研究中觀察到SDF-1和GABA之間的協(xié)同效應。此外，CXCR4不是由籃細胞表達的，可能是來源于釋放SDF-1和GABA的突觸前膜。因此，神經(jīng)祖細胞表達的CXCR4受體的激活能夠同時激活由相同細胞表達的GABA A受體。從中看出，SDF-1對GABA的作用具有重要影響，因為CXCR4受體的抑制能完全阻斷荷包牡丹堿的任何后續(xù)作用。SDF-1的影響很可能不是恒定的，并且SDF-1或CXCR4受體的水平本身可能受到調(diào)節(jié)，導致對GABA能傳遞的環(huán)境依賴性影響。

已發(fā)現(xiàn)在SVZ中，CXCR4主要以磷酸化或非磷酸化形式存在于質(zhì)膜上。另外，具有CXCR4+細胞內(nèi)斑點的細胞數(shù)量低。研究表明，CXCL12與CXCR4的結(jié)合激活了兩個過程：一個是通過異源三聚體G蛋白介導的許多信號級聯(lián)導致增殖和遷移，另一個是CXCL12/CXCR4復合物的磷酸化依賴性內(nèi)吞作用，發(fā)生溶酶體降解和受體信號的脫敏。目前的研究中，在質(zhì)膜上存在的非磷酸化的CXCR4和少量的CXCR4+細胞內(nèi)斑點，意味著質(zhì)膜上的CXCR4在很大程度上可用，并且沒有顯著下調(diào)。此外，CXCR4拮抗劑AMD3100對CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導的抑制，導致增殖祖細胞數(shù)量減少和分化的神經(jīng)元前體數(shù)量增加，表明SVZ中CXCR4介導的信號轉(zhuǎn)導與抑制粒細胞趨化肽（granulocyte chemotactic peptide，GCP，又稱白介素-8）的早熟分化有關(guān)。已經(jīng)報道了在發(fā)育中的小腦中有類似類型祖細胞的早熟分化的現(xiàn)象。使用CXCR4-null小鼠的分析顯示，CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導是將祖細胞錨定到外部顆粒層（external granular layer，EGL）內(nèi)的顆粒細胞所必需的，它能維持祖細胞增殖的環(huán)境，CXCR4的丟失將導致祖細胞過早遷移遠離EGL。總之，CXCR4介導的信號轉(zhuǎn)導最有可能在SVZ中維持GCP的干細胞樣特征并阻止它們的早熟分化。

在背內(nèi)側(cè)紋狀體（dorsomedial striatum，DMS）中，在質(zhì)膜和細胞內(nèi)斑點中都發(fā)現(xiàn)了CXCR4，在細胞內(nèi)的位置主要靠近中心體、高爾基體和溶酶體。在質(zhì)膜中的CXCR4分子主要被磷酸化。當CXCL12/CXCR4信號被抑制時，大多數(shù)CXCR4分子被限制在質(zhì)膜上并被去磷酸化。這些結(jié)果表明CXCL12/CXCR4信號調(diào)節(jié)CXCR4+細胞內(nèi)斑點的形成和CXCR4的磷酸化。在免疫系統(tǒng)中，CXCR4的磷酸化依賴性的內(nèi)化已被證實：暴露于CXCL12后，T細胞質(zhì)膜上的CXCR4迅速內(nèi)化，然后被轉(zhuǎn)運至高爾基體以調(diào)節(jié)T細胞遷移，或被分選至溶酶體待降解或回收。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，來自細胞表面的CXCR4受體的內(nèi)化及其被溶酶體降解導致細胞表面CXCR4數(shù)量的減少，可調(diào)節(jié)CXCR4受體的可用性，以及信號轉(zhuǎn)導的大小和持續(xù)時間。造血干細胞的研究表明，高水平CXCL12能誘導受體脫敏和內(nèi)化，而低水平的CXCL12能促進細胞運動、增殖和遷移。據(jù)報道，在成年海馬和原代胚胎海馬培養(yǎng)中，CXCL12刺激的神經(jīng)元中CXCR4的水平受到內(nèi)化的CXCR4的再循環(huán)和降解的雙重控制。總之，CXCP12與GCP質(zhì)膜上的CXCR4結(jié)合可能誘導CXCR4的磷酸化和內(nèi)化，內(nèi)化的CXCR4面臨被分選至中心體、高爾基體和溶酶體。

一些研究報道了CXCR4在發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)細胞內(nèi)點狀表達，但這些CXCR4+點狀結(jié)構(gòu)的功能仍不清楚。在來自E15大鼠腦的神經(jīng)元祖細胞中，CXCR4在核周區(qū)域被發(fā)現(xiàn)為點狀聚集體。在開發(fā)CXCL12表達水平增加的CXCR7基因缺失小鼠中，在遷移的促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）陽性神經(jīng)元中檢測到CXCR4的細胞內(nèi)聚集，但在野生型小鼠中未發(fā)現(xiàn)類似的聚集。這意味著過量的CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導導致CXCR4在細胞內(nèi)聚集。在成人海馬中，CXCR4表達位于顆粒區(qū)的神經(jīng)祖細胞/前體的質(zhì)膜和細胞內(nèi)斑點，并且CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導的抑制導致CXCR4+膜細胞數(shù)量增加。除了CXCR4的細胞內(nèi)點狀表達外，研究還發(fā)現(xiàn)CXCR4+細胞內(nèi)斑點與中心體、高爾基體和溶酶體的關(guān)聯(lián)。如前所述，分選至溶酶體的CXCR4可以降解或再循環(huán)。然而，被轉(zhuǎn)運至中心體和高爾基體的CXCR4的作用仍不清楚。已經(jīng)報道中心體和高爾基體與細胞遷移相關(guān)。因此，與中心體和高爾基體相關(guān)的CXCR4可能在GCP的遷移中起作用。

已發(fā)現(xiàn)CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導的抑制導致DG中Prox1+細胞數(shù)量的減少，這表明GCP的延遲遷移。使用CXCR4缺陷型和CXCL12缺陷型小鼠的研究證明了類似的延遲遷移現(xiàn)象。這些研究表明，CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導調(diào)節(jié)卡哈爾-雷丘斯（Cajal-Retzius，CR）細胞的遷移。已有報道，前腦的GnRH神經(jīng)元和中腦的多巴胺神經(jīng)元，在CXCR4缺陷小鼠的海馬的延遲遷移和過早分化。綜上，這些研究表明在DMS中，CXCR4參與GCP的遷移和分化。

通常，GCP在DG中遷移并沉降，分化成顆粒細胞或繼續(xù)增殖以產(chǎn)生顆粒細胞。然而，在AMD3100（CXCR4拮抗劑）處理的小鼠中，許多GCP 在HFSR中異位檢測，表明抑制CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導會破壞GCP的最終定位。目前尚不清楚GCP如何在DG中正常停止和穩(wěn)定，以及抑制劑如何干擾定位。據(jù)報道，在斑馬魚中，CXCR4的內(nèi)化對于CXCL12引導的細胞遷移，保證原始生殖細胞在靶標上的精確到達至關(guān)重要。也有研究發(fā)現(xiàn)，在DG中CXCR4主要存在于細胞內(nèi)斑點結(jié)構(gòu)中。因此，可能是GCP中CXCR4的內(nèi)化指導它們在DG內(nèi)的精確定位，并且內(nèi)化過程的抑制將破壞這種精準定位。在免疫系統(tǒng)中，免疫細胞可被低濃度的CXCL12吸引，但被高濃度的CXCL12排斥。在發(fā)育中的海馬體，HCLR中可能具有較高濃度的CXCL12，因為HFSR含有許多分泌CXCL12的CR細胞。這種較高濃度的CXCL12可以趨避GCP，防止GCP侵入HFSR。

CXCR4的細胞內(nèi)分布模式和AMD3100誘導的GCP定位改變?nèi)Q于海馬區(qū)（例如SVZ、DMS和DG）中CXCL12的濃度水平。在海馬體中，位于HFSR中的CR細胞分泌CXCL12。推測CXCL12濃度（信號強度），從DG到SVZ可能存在依次降低的趨勢。因為CXCL12刺激引起CXCR4的磷酸化和隨后的內(nèi)化，因而CXCL12的濃度就可以決定CXCR4的磷酸化和內(nèi)化程度。在GCP通過DMS從SVZ遷移到DG期間，CXCR4可以響應CXCL12濃度逐漸升高并隨之磷酸化逐漸增強，隨著GCP接近DG，CXCR4逐漸內(nèi)化和累積，準確指導GCP的定位。

在上述研究的基礎上，有學者提出一個假設模型，用于描述CXCR4在海馬發(fā)育過程中形成GCL的動力學和功能。在遠離HFSR的SVZ中，CXCL12水平非常低，僅僅誘導CXCR4的部分磷酸化。這種情況下內(nèi)化的CXCR4量非常低。因此，CXCR4主要以磷酸化或非磷酸化形式存在于質(zhì)膜上。位于SVZ細胞質(zhì)膜上的CXCR4可能參與維持SVZ中GCP的干細胞樣特征，調(diào)節(jié)神經(jīng)分化和預防早熟。在DMS中（即SVZ和DG之間的中點）CXCL12水平適中。此時，CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導可以維持CXCR4的完全磷酸化和CXCR4的部分內(nèi)化。其中內(nèi)化的CXCR4作為點狀聚集體錨靠在中心體、高爾基體和溶酶體附近。這些內(nèi)化的CXCR4在分選到溶酶體時可以被降解或再循環(huán)，當它們被運輸?shù)街行捏w和高爾基體時，可能在微管的細胞遷移中起作用。在HFSR附近的DG中，CXCL12水平（濃度）高，促使CXCR4大部分內(nèi)化，靠近中心體、高爾基體和溶酶體的細胞內(nèi)斑點結(jié)構(gòu)累積，可能發(fā)揮調(diào)節(jié)GCP最終定位的作用。

Tham等［8］通過原位雜交分析，在胚胎期第15天，胚胎的室周區(qū)和形成的大腦皮質(zhì)深層存在SDF-1轉(zhuǎn)錄。在出生時可觀察到小腦的顆粒細胞、嗅球延髓外層的膠質(zhì)細胞顯示SDF-1信號。在出生后的2 周內(nèi)，SDF-1信號呈進行性地減少。而在其他部位如皮質(zhì)、丘腦和海馬，SDF-1的轉(zhuǎn)錄在出生時進行性地增加，在出生后期更豐富。用免疫印跡鑒定和/或丘腦核和皮質(zhì)層的第5神經(jīng)元，以及腦橋和腦干，它傳遞傷害性的反應。SDF-1 在小腦顆粒細胞的轉(zhuǎn)錄與其顆粒層從外到內(nèi)的遷移相關(guān)，當遷移完成后SDF-1轉(zhuǎn)錄信號亦消失。相反，在海馬齒狀回形成時SDF-1 mRNA 信號增加，并且整個生命過程中在這個部位都維持較高水平。在這些部位，SDF-1選擇性和調(diào)節(jié)性地表達，提示了SDF-1 mRNA在前體細胞遷移、神經(jīng)發(fā)生及突軸小體中的作用。McGrath［9］ 等研究證實小鼠胚胎期第8.5～9.5天，在神經(jīng)上皮以從前到后的順序開始出現(xiàn)CXCR4 的轉(zhuǎn)錄。然后CXCR4主要在神經(jīng)組織中表達。這種表達分成兩種類型：第一種是在脊髓及后腦表達，CXCR4 在此處的表達最強烈，并與刺激肌肉及腸的神經(jīng)細胞有關(guān)。第二種是在中腦和前腦的表達，與擴展的神經(jīng)結(jié)構(gòu)亞群相關(guān)。

當小鼠小腦CXCR4受體或SDF-1基因被敲除后，這一有序過程被擾亂，使得顆粒細胞和/或它們的前體細胞在早期就異常遷出外顆粒層，過早地（胚胎期E17，即受孕第17天）進入到內(nèi)顆粒層（而正常情況下這種遷移在出生后才發(fā)生），以致正常的發(fā)育順序遭到嚴重的破壞。另外，上述基因敲除小鼠從胚胎期E13～E14開始，出現(xiàn)B細胞生成缺陷，造血干細胞從胚肝向骨髓遷移缺陷，同時伴有胃腸道無毛細血管生成，心室間隔缺損和神經(jīng)元的異常聚合。Klein等［7］發(fā)現(xiàn)，SDF-1不僅與顆粒前體細胞在外顆粒層的定位有關(guān)，而且可以上調(diào)外顆粒層中顆粒前體細胞絲裂原Shh（Sonic hedgehog）的活性，進而增強小腦顆粒細胞的增殖效應。然后在某個時間點，顆粒前體細胞下調(diào) CXCR4 受體的表達，終止細胞分裂，移動到外顆粒層的內(nèi)側(cè)，最后進入內(nèi)顆粒層，與腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等其他因子相互作用，最終調(diào)節(jié)顆粒前體細胞由外顆粒層到內(nèi)顆粒層的遷移。CXCR4和SDF-1 基因敲除小鼠的初始表征顯示，除了造血系統(tǒng)缺陷和心臟缺陷之外，這兩條通路在小腦發(fā)育中表現(xiàn)出很大程度上重疊的缺陷（Ma等，1998；Zou等，1998）。通常，菱形唇衍生的增殖顆粒細胞沿著小腦表面切向地遷移并形成外部顆粒細胞層（EGL）。分割小腦顆粒細胞表達CXCR4，并假設腦膜細胞分泌SDF-1作為化學引誘物，維持EGL中的顆粒細胞，并通過將它們暴露于Shh促進它們的增殖。Shh是未成熟顆粒細胞的有絲分裂原。顆粒細胞最終失去對SDF-1的反應性，通過下調(diào)CXCR4，并遷移到內(nèi)部顆粒細胞層（internal granular layer，IGL）。這是由其他化學引誘物和驅(qū)蟲劑控制的過程。在缺乏CXCR4或SDF-1的小鼠中，EGL和IGL的時空形成被破壞，在IGL和浦肯野細胞中發(fā)現(xiàn)，顆粒細胞群在胚胎發(fā)生過程中異位到其他層，表明SDF-1和CXCR4是防止顆粒細胞早期遷移到IGL所必需的。或者SDF-1引導顆粒細胞從菱形唇的生發(fā)區(qū)開始沿著小腦表面的切線遷移，與此同時CXCR4高度表達。這種早期破壞的顆粒細胞的切向遷移也可能有助于在SDF-1和CXCR4 基因敲除小鼠中觀察到改變的形成［10］。

SDF-1/CXCR4 除了在小腦中高表達，在出生前的腦脊膜和出生后早期的海馬齒狀回也有高表達。與小腦的發(fā)育相似，SDF-1與齒狀回顆粒前體細胞的增殖和遷移有關(guān)。在CXCR4基因敲除的小鼠齒狀回中，顆粒前體細胞數(shù)量減少而發(fā)育仍然正常，但不能遷移到正確的部位而發(fā)生異常易位。CXCR4/SDF-1也通過類似機制調(diào)節(jié)其他幾個腦區(qū)顆粒細胞的增殖和/或遷移。例如，CXCR4在沿著海馬腹側(cè)表面形成的增殖細胞遷移流中高度表達，并有助于產(chǎn)生齒狀回。與小腦一樣，這種祖細胞流與分泌SDF-1的腦膜相鄰。缺乏CXCR4的小鼠，齒狀顆粒細胞及其前體的遷移和增殖缺陷而導致齒狀回形成異常。同樣，由皮質(zhì)表面上的腦膜和皮質(zhì)SVZ和中間區(qū)域中的細胞表達的SDF-1充當了GABA能中間神經(jīng)元的化學引誘物，助其從切向上遷移到皮質(zhì)中。皮質(zhì)腦膜產(chǎn)生的SDF-1也影響CR細胞的邊緣區(qū)細胞的瞬時分布，這對于哺乳動物皮質(zhì)的內(nèi)向外層流發(fā)育是至關(guān)重要的。甲基唑氧甲醇（MAM）是用來制作精神分裂癥有關(guān)的發(fā)育破壞模型的DNA烷化劑，用MAM處理E15小鼠后，導致CR細胞重新分布到更深的皮質(zhì)，這類似于CXCR4和SDF-1 基因敲除小鼠的胚胎中看到的缺陷。考慮到CXCR4正常表達，而且CR細胞在MAM處理之前正常分布在邊緣區(qū)域，推測MAM處理后誘導腦膜損傷并嚴重降低SDF-1的表達，最終導致CR細胞重新分布到遠離邊緣區(qū)。而通過添加外源性SDF-1在MAM處理的胚胎切片培養(yǎng)物中能夠使CR細胞分布正常化，也支持了上述假設。

顯然，成人中DG神經(jīng)發(fā)生受許多因素的影響。推測存在這樣的機制：顆粒細胞層的活性應與發(fā)育中的神經(jīng)祖細胞庫連通，從而根據(jù)DG的精確要求調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生。究竟如何實現(xiàn)這種反饋機制還沒有完全理清。研究發(fā)現(xiàn)，GABA能傳遞和GABA能輸入對DG神經(jīng)祖細胞具有確定的作用［11］。一種可能是在其發(fā)育過程中通過GABA能階段的未成熟顆粒細胞。另一種可能性是GABA來源于一種DG中間神經(jīng)元。更多研究支持DG中間神經(jīng)元這種可能性，因為試驗中觀察到表達小清蛋白的GABA能中間神經(jīng)元的末端與分裂的神經(jīng)祖細胞非常接近。推測顆粒細胞層中的神經(jīng)元活動可能通過與籃細胞的突觸（釋放GABA和SDF-1）連接，調(diào)節(jié)DG神經(jīng)祖細胞的增殖和分化。此前已經(jīng)證實，GABA能神經(jīng)2型細胞的傳遞可以通過SDF-1調(diào)節(jié)。SDF-1對巢蛋白-EGFP和DCX-EGFP細胞產(chǎn)生類似的作用。盡管這種細胞群確實是異質(zhì)的，但它確實含有“瞬時擴增的群體”，其增殖可能易受外部影響。CXCR4來自發(fā)育最早階段的海馬齒狀回顆粒下層神經(jīng)祖細胞。因此，CXCR4也在表達GFAP和巢蛋白的1型細胞中表達。CXCR4也由表達鈣視網(wǎng)膜蛋白的未成熟顆粒細胞表達，因此，CXCR4也可能調(diào)節(jié)顆粒細胞發(fā)育中的其他步驟。

SDF-1 是由腦脊膜細胞分泌的，而腦脊膜覆蓋了整個大腦皮質(zhì)，因此推測SDF-1 可能在大腦皮質(zhì)的發(fā)育中也發(fā)揮一定的作用。后續(xù)的研究表明，在大腦皮質(zhì)區(qū)，SDF-1調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元前體細胞的生長。SDF-1促進大鼠大腦皮質(zhì)分離得到的神經(jīng)元前體細胞增殖，主要與細胞外信號調(diào)控的激酶1/2（extra-cellular regulated kinase 1/2，ERK1/2）和磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）信號途徑有關(guān)。SDF-1和CXCR4對于促性腺激素釋放激素（GnRH）+神經(jīng)元的胚胎遷移和一些鞘膜膠質(zhì)前體從犁鼻器的感覺上皮細胞進入基底前腦也是至關(guān)重要的。這些神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞表達CXCR4并通過鼻間充質(zhì)進行遷移，鼻間充質(zhì)分泌SDF-1，形成尾端至尾部的濃度梯度，在前腦的邊界處濃度最高。CXCR4 基因敲除小鼠（無SDF-1表達）很少有GnRH神經(jīng)元到達其在下丘腦中的最終目的地，表明SDF-1是這些神經(jīng)元的化學引誘物。GnRH神經(jīng)元無法到達卡爾曼綜合征的下丘腦，導致部分或完全喪失嗅覺，提示SDF-1/CXCR4在該綜合征中可能具有潛在作用。此外，對CXCR4 基因敲除小鼠的分析顯示，通過切向遷移的前小腦神經(jīng)元，需要這種受體形成腦橋核。上述發(fā)現(xiàn)證明了在幾個CNS區(qū)域中SDF-1/CXCR4化學引誘物信號轉(zhuǎn)導的共同要求，以指導祖細胞的遷移或維持其位置。除了神經(jīng)元祖細胞遷移的調(diào)節(jié)之外，神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育還取決于神經(jīng)元之間復雜電路的建立，而SDF-1/CXCR4也通過調(diào)節(jié)對軸突導向線索的響應來調(diào)節(jié)軸突尋路。通過CXCR4起作用的SDF-1分別降低Slit-2、semaphorin 3A和semaphorin 3C對培養(yǎng)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突、背根神經(jīng)節(jié)感覺軸突和交感神經(jīng)軸突的驅(qū)避活性。這種機制可能是由環(huán)磷酸腺苷（cAMP）水平升高介導的：在斑馬魚中，SDF-1或CXCR4的敲減導致視網(wǎng)膜內(nèi)的軸突途徑異常。但是與小鼠一樣，這一結(jié)果不是因為SDF-1介導的指導提示的喪失，而是調(diào)節(jié)對Slit-2的反應所致。具有部分功能喪失的robo（斑塊受體）斑馬魚在視網(wǎng)膜中出現(xiàn)軸突尋路錯誤，這一過程可以通過SDF-1信號轉(zhuǎn)導的減少而改變。研究還發(fā)現(xiàn)，通過脊髓腹角發(fā)出軸突的運動神經(jīng)元在其生長錐上能瞬時表達CXCR4，將它們延伸至表達SDF-1的間充質(zhì)細胞。SDF-1或CXCR4的缺失會導致軸突投射異常，一些軸突顯示脊柱內(nèi)軌跡與顱背運動神經(jīng)元相似。

趨化因子對膠質(zhì)細胞發(fā)育也很重要。例如，少突膠質(zhì)前體細胞（oligodendrocyte precursor cell，OPC）表達幾種功能性趨化因子受體，包括CXCR4、CXCR2和CCR3。CXCR4 基因敲除小鼠在E14脊髓中表現(xiàn)出血小板衍生生長因子受體α（PDGFRα）+OPC數(shù)量減少，這種減少在背部更明顯。而SDF-1作為化學引誘物，在培養(yǎng)的新生兒OPC體外表達CXCR4，但是研究沒有證明脊髓OPC在體內(nèi)表達CXCR4，并且尚不清楚CXCR4基因敲除小鼠中OPC的缺陷是否源于OPC內(nèi)CXCR4信號的直接喪失或其他細胞改變引起的繼發(fā)效應。

基質(zhì)細胞衍生因子1（SDF-1）與其受體CXCR4結(jié)合后可調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)2條細胞信號通路：一條是ERK通路，如SDF-1激活嚙齒動物的星形膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元前體細胞和皮質(zhì)神經(jīng)元的ERK1/2；另一條是PLCβ通路，該通路的激活能使細胞內(nèi)鈣離子增加，從而激活鈣依賴脯氨酸激酶CPYK2。此外，SDF-1可通過aPTS通路調(diào)節(jié)SHH活性，進而增強小腦顆粒細胞的增殖效應。而與軸突導向及神經(jīng)元分裂相關(guān)的蛋白如肝配蛋白（ephrins），也可調(diào)節(jié)SDF-1的這種激活作用。另外，胞質(zhì)蛋白PDZ-RGS3也能通過PDZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合ephrin B，而后通過RGS結(jié)構(gòu)域的GAP活化阻斷G蛋白通路。

在Wnt激活的OPC中，上調(diào)最顯著的因子之一是趨化因子受體CXCR4，它是其他系統(tǒng)中Wnt直接靶標，并且結(jié)合配體SDF1（CXCL12），其在整個OPC發(fā)育過程中由內(nèi)皮表達遷移。CXCR4與OPC遷移有關(guān)，但與Wnt通路或脈管系統(tǒng)無關(guān)。研究檢測到與Olig2-cre：Apc（fl/fl）小鼠的腦和脊髓中的血管相關(guān)的成簇Wnt激活的OPC 中CXCR4 mRNA 出現(xiàn)上調(diào)。此外，用CXCR4/SDF-1拮抗劑AMD3100體內(nèi)處理發(fā)育年齡在出生后第3～10天（即P3和P10之間）的小鼠，會導致血管相關(guān)OPC聚集的逆轉(zhuǎn)。這不是由于AMD3100對OPC分化的直接影響，證明了Wnt依賴性的CXCR4活化機制，其驅(qū)動OPC吸引血管支架。CXCR4在胚胎發(fā)育遷移期間由OPC表達，但在分化成熟的少突膠質(zhì)細胞中隨著Wnt途徑下調(diào)而下調(diào)。此外，CXCR4功能缺失將導致OPC在CNS發(fā)育中的遷移能力降低。因此，OPC中的Wnt激活介導了它們在遷移過程中對脈管系統(tǒng)的吸引力，并且阻斷它們的分化，將這兩個事件與內(nèi)皮細胞解離和隨后的分化過程與Wnt下調(diào)相結(jié)合。

有研究相繼發(fā)現(xiàn)了一些與CXCR4受體及SDF-1相似的蛋白［12］。RDC1受體是G 蛋白耦聯(lián)的孤兒受體，它與CXCR4受體密切相關(guān)，可能是人淋巴細胞中 SDF-1的一個新受體。Cerdan 等發(fā)現(xiàn)RDC1在神經(jīng)發(fā)育的早期階段高表達，并集中表達于后腦的特定細胞群，在斑馬魚發(fā)育的早期階段能參與神經(jīng)細胞的遷移和/或運動神經(jīng)元的分化。Gorba 等鑒定發(fā)現(xiàn)nrp基因表達的神經(jīng)再生蛋白具有與SDF-1相似的作用，而且效價更高，其促進神經(jīng)元存活的功能是通過 ERK1/2 和Akt激酶實現(xiàn)的，而神經(jīng)再生蛋白誘導神經(jīng)細胞遷移的作用只依賴于p44/42 MAP激酶的活性。

敲除CXCR4a會導致CNCC向異位目的地異常遷移以及CNCC在腭咽弓內(nèi)完全凝結(jié)的失敗。推測CNCC的異常縮合是由于CXCR4a/SDF-1b在CNCC遷移的最后步驟中起作用。SDF-1b和CXCR4a的過表達導致CNCC遷移，腭咽弓形態(tài)發(fā)生和顱面軟骨元件圖案化的缺陷［13］。此外，SDF-1b和CXCR4a的敲減和過表達導致遷移和顱面缺陷，表明CNCC遷移需要CXCR4a和SDF-1b信號轉(zhuǎn)導的嚴格平衡。因此，通過CXCR4a的SDF-1b信號轉(zhuǎn)導在CNCC的遷移過程中起作用。CNCC可以到達其最終目的地的事實表明CXCR4a/SDF-1b信號轉(zhuǎn)導是定向遷移和凝聚所必需的，但不是整體靶向。該假設與CXCR4a/SDF-1b在指導多種細胞類型（包括小鼠DRG和生殖細胞）遷移中的保守作用一致。有趣的是，在CNCC停止遷移后，CXCR4a和SDF-1b的表達在整個顱面發(fā)育的腭咽弓中持續(xù)存在。此外，后顱神經(jīng)節(jié)舌咽神經(jīng)（Ⅸ）和迷走神經(jīng)（Ⅹ）在CXCR4a基因突變胚胎中受到影響，表明CXCR4a在模擬顱神經(jīng)節(jié)中起作用。雖然CNCC對斑馬魚顱神經(jīng)節(jié)的確切貢獻尚不清楚，但在雞中，CNCC產(chǎn)生了舌咽神經(jīng)（Ⅸ）和迷走神經(jīng)（Ⅹ）顱神經(jīng)節(jié)。此外，與CXCR4a過度表達相關(guān)的顱面軟骨表型表明，CXCR4a信號轉(zhuǎn)導除了對遷移很重要外，對顱面骨骼的圖案化也很重要。雖然通過建立SDF-1b梯度已證明CXCR7在生殖細胞遷移中很重要，但是CXCR7b在CNCC遷移中并不能與SDF-1/CXCR4一起發(fā)揮作用。

SDF-1b信號從視桿遷移到表達CXCR4b的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞，并在視網(wǎng)膜軸突導向中起作用。在神經(jīng)嵴細胞遷移到鰓弓或前部視桿區(qū)域之后，各種細胞類型和組織層之間的通信對于CNCC的正常圖案化是至關(guān)重要的。有報道表明，適當形成內(nèi)胚層小袋是顱面圖案化的必要條件。關(guān)于外胚層在顱面發(fā)育中的作用研究揭示了，在顱面圖形化過程，中外胚層和CNCC之間信號轉(zhuǎn)導的重要性。對SDF-1b基因表達的分析表明，SDF-1b是從視桿和前內(nèi)胚層咽囊分泌的。這一觀察結(jié)果與之前的研究表明SDF-1優(yōu)先結(jié)合CXCR4受體，使得SDF-1b可能從視桿和內(nèi)胚層發(fā)出信號，表達Nxs的CXCR4a直接遷移，顱面圖形和形態(tài)發(fā)生。這一假設得到了SDF-1b突變胚胎對CXCR4a中觀察到的骨骼缺陷的表型的結(jié)果支持，進一步支持了組織之間串擾的想法，特別是在視桿中的SDF-1b和內(nèi)胚層與顱面發(fā)育過程中表達CNCC的CXCR4a之間的串擾，并確定了這些組織之間通信的新參與者。另有研究表明，F(xiàn)gf和RA信號轉(zhuǎn)導對于在顱面發(fā)育過程中模擬內(nèi)胚層很重要：RA和Fgf信號轉(zhuǎn)導涉及調(diào)節(jié)內(nèi)胚層囊形態(tài)發(fā)生。已發(fā)現(xiàn)RA信號轉(zhuǎn)導對于調(diào)節(jié)腭咽弓內(nèi)的SDF1b和CXCR4a表達非常重要，但在斑馬魚發(fā)育期間不在視桿內(nèi)。相反，F(xiàn)gf信號轉(zhuǎn)導不調(diào)節(jié)SDF-1b/CXCR4a表達。對具有阿爾新藍染色的CXCR4a/SDF-1b形態(tài)顱面表型的分析揭示了神經(jīng)顱內(nèi)的缺陷，包括小梁的融合和篩骨板的喪失。這些缺陷通過遺傳突變體sonic和使用Hh抑制劑環(huán)巴胺的藥理學處理來表達Hh信號轉(zhuǎn)導的表型缺失。已顯示Hh信號轉(zhuǎn)導在發(fā)育期間多次起作用，最初將CNCC的濃縮引導至口道的頂部，隨后模擬神經(jīng)顱。然而，尚未發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)顱發(fā)育中Hh下游起作用的信號轉(zhuǎn)導組分。研究發(fā)現(xiàn)，視桿內(nèi)的SDF-1b表達受Hh信號調(diào)節(jié)：通過環(huán)巴胺抑制Hh信號轉(zhuǎn)導將導致SDF-1b表達的喪失。總之，SDF-1b可能在前神經(jīng)顱的發(fā)育中起Hh信號轉(zhuǎn)導的下游作用。

研究發(fā)現(xiàn)，C57BL/6J新生小鼠耳蝸中CXCL12和CXCR4水平升高，表明CXCL12/CXCR4信號通路在聽覺形成過程中至關(guān)重要［14］。用CXCL12處理顯著增加螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元存活和神經(jīng)突生長。該結(jié)果與先前對解離的螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的觀察一致。磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸3-激酶/ Akt信號參與介導BDNF對體外螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的影響，包括神經(jīng)元存活和神經(jīng)突延伸。然而，某些神經(jīng)營養(yǎng)因子對螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元發(fā)揮相反作用，并改變競爭信號的平衡以影響神經(jīng)突形成。例如，通過BDNF激活Ras相關(guān)的C3肉毒桿菌毒素底物1（Rac）/細胞分裂周期42（CDC42）/ c-Jun氨基端蛋白激酶（JNK）信號轉(zhuǎn)導可以減少神經(jīng)突的產(chǎn)生。以前的研究結(jié)果表明，大鼠肉瘤病毒致癌基因同源物或絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調(diào)控的激酶信號是體外螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元向外生長的主要介質(zhì)，其抑制作用將阻斷神經(jīng)營養(yǎng)素-3對螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的作用。此前已經(jīng)證明，上述對螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的作用是由各種信號轉(zhuǎn)導途徑介導的，神經(jīng)突數(shù)通過p38和Akt信號轉(zhuǎn)導途徑增加，但可被Rac/CDC42/JNK信號轉(zhuǎn)導途徑抑制。在目前的研究中，當CXCL12/CXCR4被激活時，神經(jīng)突數(shù)量和長度的增加，表明CXCL12/CXCR4信號通路參與螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的發(fā)育。

CXCL12和CXCR4在發(fā)育和成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中組成型表達，會刺激一系列下游信號通路。在早期發(fā)育階段，CXCR4的表達有助于皮質(zhì)神經(jīng)元前體的存活和增殖。在成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，CXCL12和CXCR4的表達水平在分化細胞內(nèi)存在寬范圍的變化。在海馬中，神經(jīng)發(fā)生和CXCR4的表達在整個生命過程中持續(xù)存在。腦卒中后，神經(jīng)元CXCR4在神經(jīng)發(fā)生的區(qū)域中上調(diào)。這些結(jié)果表明CXCR4在神經(jīng)元細胞中具有增殖潛力。研究表明，在螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中激活CXCL12/CXCR4信號通路后，細胞凋亡明顯減少。然而，抑制CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導能顯著逆轉(zhuǎn)CXCL12的作用，表明CXCL12/CXCR4信號通路對于螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元存活的調(diào)節(jié)是重要的。

值得注意的是，CXCL12和CXCR4調(diào)節(jié)突觸形成和功能。突觸連接需要正常的神經(jīng)功能，神經(jīng)突必須找到它們的目標，樹突必須達到正常的形態(tài)。此前研究表明，CXCR4的激活能在體外調(diào)節(jié)小腦和海馬顆粒細胞的突觸傳遞，并誘導損傷性突觸的傳遞［15］。此外，CXCR4的活化參與形成小腦顆粒細胞和浦肯野細胞之間平行纖維的突觸，其中CXCL12能調(diào)節(jié)鈣瞬變。本研究通過蛋白質(zhì)印跡分析檢測神經(jīng)突標記物MAP2，證實CXCL12/CXCR4信號通路參與螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的神經(jīng)元電路形成。此外，螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的體內(nèi)形態(tài)學證明CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導途徑參與突觸形成。

此前一項研究表明，耳蝸損傷后聽神經(jīng)中CXCL12的表達水平增加。另一項研究進一步深入探討了螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元變性后CXCL12與移植干細胞之間的關(guān)系。在宿主微環(huán)境中，CXCL12的上調(diào)和供體干細胞中CXCR4的活化能提高移植細胞在大鼠耳蝸損傷區(qū)域的遷移效率。然而，CXCL12/CXCR4信號通路在新生小鼠耳蝸發(fā)育中的確切功能仍有待研究。在耳蝸發(fā)育過程中螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中CXCL12和CXCR4的表達水平增加。用CXCL12處理能增加螺旋神經(jīng)節(jié)細胞中的細胞存活和樹突生長，這種作用可被CXCR4拮抗劑AMD3100所阻斷，提示CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導對螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元生長至關(guān)重要。此外，對CXCL12/CXCR4信號轉(zhuǎn)導的抑制能顯著減少體內(nèi)螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的數(shù)量并改變其形態(tài)。總的來說，目前的研究表明CXCL12/CXCR4信號通路在新生小鼠的耳蝸發(fā)育中很重要。

2.MIP-2及其受體CXCR2

Luan等［16］運用免疫組織化學染色、RT-PCR 分析及免疫蛋白印跡分析方法檢測到胚胎鼠的腦組織中高表達巨噬細胞炎癥蛋白-2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）與CXCR2。在小鼠胚胎期第11.5天，免疫染色檢測表明，在頭部間質(zhì)部位有MIP-2 的表達，CXCR2 則分布于背根神經(jīng)節(jié)、交感神經(jīng)以及脊索，這種特異性分布模式一直持續(xù)到發(fā)育后期。發(fā)育到胚胎期第12.5天，在前腦及頭部間質(zhì)可觀察到 CXCR2 的普遍表達，腦和脊髓的腦脊膜為陽性，底板呈強陽性，在頭部間質(zhì)及底板可觀察到 MIP-2 的表達，這種在底板部位的分布模式一直持續(xù)到第13.5天。然后發(fā)育腦的矢狀切片顯示海馬、端腦、背側(cè)丘腦及下丘腦的CXCR2 表達均為陽性。在胚胎期第14.5天，在丘腦背側(cè)及下丘腦也有表達，表明MIP-2 及其受體CXCR2在大腦發(fā)育過程的不同階段以及不同腦室有其特殊的生理功能。

3.GRO-α/CXCL1及其受體CXCR2

趨化因子及其受體不僅參與神經(jīng)元的發(fā)育過程，而且在膠質(zhì)細胞的發(fā)育過程中也發(fā)揮重要的作用。生長調(diào)節(jié)癌基因-α（growth-regulated oncogene-α，GRO-α）是第一個發(fā)現(xiàn)的能增強少突膠質(zhì)前體細胞增殖能力的趨化因子，它是由星形膠質(zhì)細胞分泌的。脊髓腹側(cè)區(qū)的少突膠質(zhì)前體細胞于出生后一周開始發(fā)育并表達CXCR2受體，與此同時，星形膠質(zhì)細胞開始合成趨化因子 GRO-α。GRO-α一方面可以抑制少突膠質(zhì)細胞的遷移，增強少突膠質(zhì)細胞與細胞外基質(zhì)的黏附作用；另一方面，GRO-α還協(xié)同血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）促進脊髓腹側(cè)區(qū)少突膠質(zhì)細胞的增殖。而后，GRO-α不再抑制少突膠質(zhì)細胞的遷移，而是促進少突膠質(zhì)前體細胞由脊髓腹側(cè)區(qū)遷移至背側(cè)區(qū)。同時，脊髓背側(cè)區(qū)的星形膠質(zhì)細胞合成 GRO-α的數(shù)量增加，有利于背側(cè)區(qū)和髓鞘軸突上少突膠質(zhì)前體細胞的增殖。體外試驗證明，GRO-α除調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)前體細胞的增殖外，還刺激髓鞘堿基蛋白和髓鞘片段的形成，從而在髓鞘的精確組裝中發(fā)揮重要作用。

在缺乏CXCR2的小鼠中，出生后第7天脊髓中成熟的CC1+少突膠質(zhì)細胞的數(shù)量和分布存在缺陷（P7）。基于體外研究結(jié)果，推測CXCR1的配體CXCL1（GRO-α）在GRO-α表達的位置保持OPC，以增強它們對局部有絲分裂因子如PDGF的反應。在體內(nèi)，GRO-α由星形膠質(zhì)細胞瞬時表達，首先在腹側(cè)表面附近表達，然后在脊髓背側(cè)表達，因此可以作為OPC CXCR2刺激的配體起作用。但是，CC1+細胞的缺陷，以及在沒有CXCR2的情況下，正常的初始OPC產(chǎn)生和分布似乎也與該趨化因子受體的作用一致。在少突膠質(zhì)細胞成熟中，尚未有類似研究。因此，對于神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，趨化因子似乎不僅作為祖細胞遷移的調(diào)節(jié)劑起作用，而且作為促有絲分裂信號轉(zhuǎn)導和軸突導向線索的調(diào)節(jié)劑起作用。

4.IL-8/CXCL8及其受體CXCR1和CXCR2

白細胞介素-8（interleukin-8，IL-8）是20世紀80年代后期發(fā)現(xiàn)的一種內(nèi)源性、多源性的細胞因子，是由多種細胞產(chǎn)生的一種重要的炎癥介質(zhì)，主要來源于單核細胞和血管內(nèi)皮細胞，具有廣泛的生物學活性。腦源性IL-8參與正常腦組織的代謝和功能，在腦部病變（如感染、創(chuàng)傷、缺氧、缺血以及自身免疫性疾病等）時，腦源性 IL-8 的產(chǎn)生受到抑制，使受損區(qū)腦組織的IL-8含量驟然下降，隨后由腦部病變導致炎癥反應，產(chǎn)生炎癥細胞因子，這些細胞因子再誘導內(nèi)皮細胞、單核細胞和中性粒細胞等產(chǎn)生IL-8，主要起炎癥趨化作用，吸引中性粒細胞到達病變區(qū)，加重該區(qū)域的損傷。可見 IL-8可能存在雙重作用：①正常腦組織產(chǎn)生生理作用；②腦部病變炎癥反應時可產(chǎn)生趨化作用。IL-8除了具有與GRO-α相似的作用外，還有提供對神經(jīng)元的營養(yǎng)支持功能。在大鼠海馬細胞的培養(yǎng)中，IL-8處理過的海馬神經(jīng)元與對照組相比，存活的神經(jīng)元數(shù)目顯著增多，表明IL-8能夠提高神經(jīng)元的存活率，這可能與CXCR2在海馬神經(jīng)元上的表達有關(guān)。

5.CXCL14

CXCL14蛋白在角膜和虹膜的神經(jīng)支配過程的關(guān)鍵時刻以及神經(jīng)發(fā)生過程中的視網(wǎng)膜中表達。CXCL14敲減在角膜和虹膜神經(jīng)支配期間引起神經(jīng)圖形缺陷。與前眼神經(jīng)支配缺陷一致，也存在視網(wǎng)膜神經(jīng)缺損和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)異常投射神經(jīng)。體外研究顯示，神經(jīng)缺陷可能是由于在無CXCL14的情況下，CXCL12的化學吸引增加。研究還表明，CXCL14在預防晚期角膜血管形成中起著至關(guān)重要的作用。與對照相比，CXCL14敲減后角膜中TrkA、VEGFR2、CXCL12和 CXCR4顯著上調(diào)，可能是感覺神經(jīng)支配增加。因此，CXCL14的信號轉(zhuǎn)導能確保適當?shù)纳窠?jīng)支配和神經(jīng)發(fā)生，在眼睛發(fā)育期間維持角膜無血管性。CXCL14蛋白定位于前基質(zhì)和角膜上皮，感覺神經(jīng)隨后產(chǎn)生，在虹膜神經(jīng)支配和神經(jīng)發(fā)生過程中，CXCL14的表達也分別位于虹膜和神經(jīng)視網(wǎng)膜中。因此，CXCL14在這些眼組織中的高水平表達，表明它們在其形成和神經(jīng)支配過程中起著至關(guān)重要的作用［17］。

CXCL14定位于多個神經(jīng)組織，包括為角膜提供感覺神經(jīng)支配的三叉神經(jīng)節(jié)。由于角膜和相鄰晶狀體分泌的化學物質(zhì)如Sema3A和Slit2的存在，角膜神經(jīng)最初被角膜排斥。相反，CXCL14在角膜的前部區(qū)域表達，引導感覺神經(jīng)的侵入。因此，推測CXCL14在感覺神經(jīng)投射中起著化學吸引作用，這與先前的觀察結(jié)果一致，即CXCL14 在體外作為小腦顆粒細胞遷移的化學引誘劑，但是，研究結(jié)果顯示其在角膜中的缺失能增強基質(zhì)和上皮的神經(jīng)支配，實驗也證實CXCL14的過表達具有抑制作用。在pericorneal神經(jīng)環(huán)中異位表達后缺乏神經(jīng)支配的表型說明，單獨的CXCL14可能不影響神經(jīng)投射，需要在角膜和眼周區(qū)域之間存在差異表達的生長因子。類似于角膜中的CXCL14敲減，可以觀察到廣泛的虹膜神經(jīng)支配，其源自三叉神經(jīng)和睫狀神經(jīng)節(jié)。而許多Tuj1陽性的細胞仍然未摻入CXCL14敲減的眼虹膜神經(jīng)叢。這些分離的細胞可能是在無CXCL14的情況下廣泛遷移、增殖或分化的未成熟神經(jīng)元。結(jié)合起來，這些結(jié)果表明CXCL14在控制角膜和虹膜神經(jīng)支配的程度中起作用。而目前，CXCL14的受體仍然未知，因此很難提供一種明確的調(diào)節(jié)機制闡述眼組織中的軸突生長。體外考察CXCL14對解離的三叉神經(jīng)軸突的作用模式表明，它不影響NGF刺激的神經(jīng)生長。然而，如前所述的研究提示，CXCL12刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)遷移、軸突生長和分離的背根神經(jīng)節(jié)的存活，也觀察到在CXCL12存在下三叉神經(jīng)軸突生長顯著增加。有趣的是，CXCL14能夠消除CXCL12誘導的軸突生長增加，即顯示CXCL14作為CXCL12抑制劑而起作用。推測是可能通過CXCL12受體CXCR4和CXCR7而起作用，因為它們在晚期發(fā)育期間和在非洲爪蟾、斑馬魚的神經(jīng)節(jié)發(fā)生過程中都由雞三叉神經(jīng)神經(jīng)元表達。CXCL12可能與神經(jīng)營養(yǎng)因子相互作用指導前眼中軸突生長，而CXCL14在角膜和虹膜中降低，以實現(xiàn)最佳的虹膜和角膜神經(jīng)支配。研究還表明，CXCL14對神經(jīng)視網(wǎng)膜的正常發(fā)育至關(guān)重要，其在神經(jīng)發(fā)生過程中在整個神經(jīng)視網(wǎng)膜中都有表達，并隨后在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞中表達升高。研究證明，雞CXCL14的敲減會導致神經(jīng)視網(wǎng)膜的嚴重缺陷，包括視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞數(shù)量的增加和神經(jīng)元的異常投射。這表明CXCL14調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的增殖、遷移及其向視神經(jīng)的投射。由于視網(wǎng)膜中的CXCL14轉(zhuǎn)錄物表達模式在雞和小鼠中是保守的，推測其功能也是一致的。CXCL14 突變的成年小鼠飼養(yǎng)行為不一致可能表明視力不佳。如上所述，視網(wǎng)膜缺陷也可能是由于在沒有CXCL14的情況下CXCL12信號轉(zhuǎn)導的失調(diào)節(jié)作用。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的錯誤投射可能是由于在沒有CXCL14的情況下該層中的大量細胞無法遵循CXCL12的現(xiàn)有線索，這需要適當?shù)纳窠?jīng)引導進入視神經(jīng)。

三、參與神經(jīng)發(fā)育過程的CX3C類趨化因子及其作用機制

fractalkine/CX3CL1是Ⅰ型跨膜糖蛋白，其N末端含有趨化因子結(jié)構(gòu)域，可與其已知的唯一受體CXC3R1結(jié)合。分形趨化因子（fractalkine）既是一種黏附分子，又是一種可溶性的化學吸引物，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達于神經(jīng)元，而其受體CXC3R1則表達于小膠質(zhì)細胞。在新生大鼠的神經(jīng)元培養(yǎng)中，Zujovic等［18］觀察到分形趨化因子 mRNA隨著培養(yǎng)時間的延長表達升高，提示分形趨化因子在神經(jīng)元發(fā)育和分化過程中扮演了一定的角色。另外研究還發(fā)現(xiàn)，分形趨化因子可促進小膠質(zhì)細胞的趨化、增殖、存活、細胞內(nèi)鈣水平的升高以及細胞因子和金屬酶的分泌，這些反應能被抗CX3CR1 抗體阻斷。

中間神經(jīng)元衍生的分形趨化因子在整個生命過程中調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細胞的起源，它直接作用于出生后的OPC［19］。在這方面，成年OPC與中間神經(jīng)元密切相關(guān)，小白蛋白陽性皮質(zhì)中間神經(jīng)元是有髓的，提高了它們可能分泌分形趨化因子而直接調(diào)節(jié)自己的髓鞘化的可能性。第二個關(guān)鍵問題涉及中間神經(jīng)分泌的分形趨化因子相對于其他細胞來源的重要性。FISH數(shù)據(jù)顯示皮質(zhì)層內(nèi)的許多非MGE衍生細胞也表達分形趨化因子 mRNA，多個報道顯示皮質(zhì)神經(jīng)元也表達并分泌分形趨化因子。因此，興奮性神經(jīng)元也可能分泌分形趨化因子以調(diào)節(jié)軸突相關(guān)的OPC和/或少突膠質(zhì)細胞。而前腦神經(jīng)元（包括皮質(zhì)投射神經(jīng)元）已被證明可以調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細胞的形成，并且很有可能與軸突分泌的分形趨化因子有關(guān)，在這個過程中發(fā)揮重要作用。

有研究表明，小膠質(zhì)細胞在突觸環(huán)節(jié)對成年神經(jīng)元的初始發(fā)育、維持、可塑性和生理影響中起重要作用。通過CX3CR1信號轉(zhuǎn)導的小膠質(zhì)細胞-神經(jīng)元通信是小膠質(zhì)細胞在這些過程中發(fā)揮作用的重要機制［19］。在成熟的abGC中，小膠質(zhì)細胞參與突觸調(diào)節(jié)（在基礎/靜止條件下）消退。該結(jié)果擴展了先前關(guān)于小膠質(zhì)細胞在各種生理和病理條件下調(diào)節(jié)成人出生神經(jīng)元數(shù)量的作用研究：在CX3CR1-/-小鼠中，由CX3CR1介導的神經(jīng)元-小膠質(zhì)細胞通信被廢除。因此，該模型提供了比小膠質(zhì)細胞耗竭更具特異性的工具，以探測小膠質(zhì)細胞影響突觸發(fā)育的機制。CX3CR1-/-小鼠在正常生理條件下表現(xiàn)出脊柱消除減少，表明與它們在早期大腦發(fā)育中的作用類似。在正常發(fā)育的成年出生的神經(jīng)元中，小膠質(zhì)細胞通過CX3CR1信號轉(zhuǎn)導與神經(jīng)元的通信也參與修剪樹突棘。但是，與早期開發(fā)相比，CX3CR1缺乏與脊柱密度的短暫增加有關(guān)，成人大腦中的CX3CR1缺乏與發(fā)育中的abGC中脊柱密度降低有關(guān)，而CX3CR1-/-可以解釋這種差異。小鼠也表現(xiàn)出abGC中脊柱形成的減少。這些發(fā)現(xiàn)表明，小膠質(zhì)細胞對脊柱密度的總體影響在新生兒與成年出生的神經(jīng)元中是不同的，是因為這些時期脊柱的不同發(fā)育動態(tài)。具體而言，在出生后早期嗅球（olfactory bulb，OB）中，脊柱數(shù)量在前2周內(nèi)迅速增加，反映出脊柱形成比消除更快，隨后脊柱減少一段時間，反映出更大的脊柱修剪。因此，在生命的第3周（發(fā)現(xiàn)CX3CR1缺乏與脊柱密度增加相關(guān)的時間點），小膠質(zhì)細胞主要參與修剪。相反，在abGC的發(fā)展過程中，在脊柱形成的比率高于消除比率的這段時間（直到產(chǎn)生abGC后28天），小膠質(zhì)細胞主要參與脊柱形成，因此，這一時期小膠質(zhì)細胞畸變（例如CX3CR1耗盡或缺乏）與脊柱密度降低有關(guān)。

已發(fā)現(xiàn)CX3CR1-/- abGC具有較小的脊柱頭部，說明除了在脊柱形成和消除中起作用外，小膠質(zhì)細胞也調(diào)節(jié)脊柱形態(tài)。脊柱大小與突觸功效正相關(guān)，說明小膠質(zhì)細胞也調(diào)節(jié)突觸強度。小膠質(zhì)細胞耗竭未導致脊柱形態(tài)發(fā)生任何變化，表明小膠質(zhì)細胞對脊柱頭部大小的調(diào)節(jié)不是必需的。相反，直接證據(jù)表明，在視覺皮質(zhì)發(fā)育中，小膠質(zhì)細胞和脊柱的接觸可導致脊柱大小的短暫改變。研究發(fā)現(xiàn)，在abGC中這種變化是持續(xù)性和累積性的，導致小脊柱在脊柱總數(shù)中的比例幾乎翻倍，這可能反映了突觸正常成熟的延遲。

研究表明，CX3CL1-CX3CR1信號通路是調(diào)控abGC突觸發(fā)育的重要機制。在CNS中，CX3CL1誘導小膠質(zhì)細胞能趨向于神經(jīng)元損傷的位置，然而還沒有研究直接檢驗其作用。信號通路正常靜止條件下，小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元組分之間通過相互作用而發(fā)揮作用。目前發(fā)現(xiàn)，CX3CR1缺乏的小膠質(zhì)細胞與abGC的樹突軸產(chǎn)生較少的接觸，表明CX3CL1-CX3CR1系統(tǒng)在這種接觸中的作用。此外，小膠質(zhì)細胞-樹突軸接觸的減少可能是脊柱形成減少以及隨后abGC脊柱密度降低的原因。最近的一項研究表明，在大腦發(fā)育過程中，小膠質(zhì)細胞和樹突軸之間的接觸對脊柱形成至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，CX3CR1信號轉(zhuǎn)導損傷對脊柱形成和密度的影響與小膠質(zhì)細胞耗竭的影響相似，這突出了CX3CL1-CX3CR1系統(tǒng)在這些過程中的重要性。在小膠質(zhì)細胞-樹枝狀軸接觸減少的CX3CR1-/-小鼠中，小膠質(zhì)細胞接觸的脊柱比例增加。表明這種增加不是由于每個脊柱的更多假定接觸所致，而僅僅反映了CX3CR1-/-小鼠中的abGC比野生型（wild-type，WT）小鼠中的spGCs少的事實。盡管在CX3CR1-/-小鼠中接觸的脊柱比例較大，但脊柱消除較少表明小膠質(zhì)細胞-脊柱接觸不一定導致脊柱消除。事實上，在發(fā)育中的動物中，小膠質(zhì)細胞接觸的只有一小部分脊柱隨后被消除，這一過程至關(guān)重要地取決于其配體對CX3CR1的激活，因此該信號轉(zhuǎn)導的特異性損傷或小膠質(zhì)細胞消耗導致脊柱消除減少。顯然，其他小膠質(zhì)細胞非依賴性機制也參與脊柱清除（在小膠質(zhì)細胞耗盡的小鼠中也存在一定程度）。

支持脊柱形成的一種機制涉及與樹突和脊柱接觸期間從小膠質(zhì)細胞分泌BDNF。最近的一項研究報道，BDNF通過促進從絲狀偽足到脊柱的轉(zhuǎn)化，特別是在OB的abGC中，支持幼脊的穩(wěn)定化。該BDNF的來源可能是小膠質(zhì)細胞，因為先前已報道，小膠質(zhì)細胞BDNF基因特異性敲除能減少運動皮質(zhì)中與學習相關(guān)的脊柱形成。小鼠中小膠質(zhì)細胞的數(shù)量減少，或者小膠質(zhì)細胞過程與CX3CR1中的樹突之間的接觸減少可能導致樹突附近的BDNF分泌較低，因此脊柱形成的促進較少。發(fā)現(xiàn)早期發(fā)育過程中小膠質(zhì)細胞相關(guān)突觸消除的機制涉及補體系統(tǒng)。具體而言，細胞因子TGFβ誘導神經(jīng)元中補體的表達，可被小神經(jīng)膠質(zhì)細胞上的補體受體感知來促進突觸的吞噬作用。然而，尚未研究CX3CR1缺乏在這些機制中的特定作用。未來的研究應該尋求確定小膠質(zhì)細胞及其CX3CR1信號在形成和消除abGC突觸中的作用的精確分子機制。

一般而言，CX3CR1缺乏的影響很大程度上包括了小膠質(zhì)細胞耗竭對OB abGC突觸發(fā)育的影響。然而，應注意的是OB微環(huán)境在CX3CR1-/-與小膠質(zhì)細胞耗盡的小鼠中可能不同。因此，相似的發(fā)現(xiàn)可能涉及每個模型中不同的小膠質(zhì)細胞相關(guān)機制。例如，先前的研究發(fā)現(xiàn)，CX3CR1信號轉(zhuǎn)導參與小膠質(zhì)細胞抑制，并且CX3CR1-/-小鼠具有一些炎癥激活的標志物，而小膠質(zhì)細胞耗盡的小鼠具有低水平的炎癥激活標記。目前研究發(fā)現(xiàn)，OB炎癥細胞因子環(huán)境中兩種模型之間沒有差異，表明在OB這些模型中的炎癥微環(huán)境是相似的。盡管如此，其他基因在這些模型中顯然是差異性調(diào)節(jié)的，未來的研究應該集中在可能介導小膠質(zhì)細胞對突觸發(fā)育的近端作用的特定分子上。還應該注意到，在兩個模型中，小膠質(zhì)細胞操縱在大腦中的作用是全局的。因此，OB外腦區(qū)的小膠質(zhì)細胞相關(guān)變化可能影響該區(qū)域中abGC的發(fā)展。未來的研究應將小膠質(zhì)細胞操作（耗盡或CX3CR1缺乏）特異性地靶向OB，以明確評估這種可能性。因為CSFR1和CX3CR1都在外周巨噬細胞和其他幾種免疫細胞類型上表達，小膠質(zhì)細胞耗竭和CX3CR1缺乏模型也涉及外周改變，這可能間接影響abGC。目前的研究結(jié)果表明，兩種模型中大多數(shù)外周細胞因子和趨化因子的水平?jīng)]有差異，并不能支持這一假設。此外，在一個模型中確實顯示，差異表達模式的少數(shù)外周分子的水平通常反映了減少的炎癥狀況。例如，在CX3CR1敲除小鼠的血清中，細胞間黏附分子-1（ICAM-1）、CXCL12的水平降低，與炎癥狀態(tài)（例如多發(fā)性硬化）期間在這些分子中觀察到的變化相反。此外，外周細胞因子和趨化因子的改變均未通過OB的平行變化反映出來。因此，兩種模型中外周炎癥環(huán)境的變化通常不一定間接地影響腦神經(jīng)元，特別是通過外周衍生的炎性分子間接影響abGC。

（劉諾　張寧寧　王惠芹　任思宇　王真真　陳乃宏）