引言

周围神经损伤（Peripheral Nerve Injury, PNI）是一种常见的临床疾病，其与创伤性和非创伤性因素导致的神经支配区域的感觉和运动障碍、慢性疼痛以及功能障碍有关^{[1, 2]}。相关研究显示，在全球范围内PNI的每年发病率约为13/100000-23/100000 ^[3]。周围神经损伤不但可引起严重的肢体功能障碍，甚至可能会留下不可逆的终生残疾。近年来，随着分子生物学和再生医学的迅速发展，基于细胞治疗的策略在神经损伤后的修复领域显示出巨大的潜力。脐带间充质干细胞（Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells, UC-MSCs）是一种从脐带中提取的多能干细胞，具有强大的自我更新能力和多方向分化潜力^[4]。它们被广泛研究和应用于再生医学、组织工程和免疫治疗等领域。脐带间充质干细胞由于其易获得性、较低的免疫原性、以及高度的增殖和分化能力，成为干细胞研究和临床应用中的重要资源。microRNA-21（miRNA-21），作为一种重要的非编码小RNA，通过靶向调控多种细胞过程中的关键基因，参与调节细胞增殖、分化及凋亡等。MEK/ERK信号通路在细胞生长发育、分化以及神经保护方面起着关键作用。因此，研究过表达miRNA-21的UC-MSCs激活MEK/ERK信号通路在神经损伤后修复中的作用，对于探索新的治疗策略具有重要的理论和实践意义。

1 UC-MSCs在周围神经损伤修复中的应用

   UC-MSCs在再生医学领域已经展现出广泛而深远的应用潜力，尤其是在 PNI的修复过程中，其独特优势逐渐为全球研究者所认可。不少研究发UC-MSCs能够分泌神经生长因子，如神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF），以及促进血管生成的血管内皮生长因子（VEGF），这些因子共同作用促进了神经的生长和修复。在一项研究中用缺氧培养的 UC-MSC 衍生的 sEVs 处理增强了周围神经损伤小鼠模型的修复和再生^[5]。近年来许多的研究表明微小 RNA 修饰种子细胞在周围神经再生治疗中具有巨大的应用价值。

2 miRNA-21在周围神经损伤中作用

MicroRNA （miRNA） 由一类长度约为 22-28 个核苷酸的小非编码 RNA 组成。随着医学技术，分子生物学技术的不断发展，越来越多的学者和机构将更多的精力投入到微小RNA及其相关机制的研究中，随之而来的是微小RNA家族成员的不断扩大。截至目前一共发现了28种microRNA,其中在大鼠坐骨神经横断模型中，在局部神经组织中发现包括miR-21、miR-223、miR-455-5p、miR-431、miR-18、miR-134、miR-379 和 miR-53等miRNA 表达上调。有报道指出,在坐骨神经切断后,大鼠背根神经节神经元(DRGns)中miRNA表达发生变化,其中miR-21的升高最为显著^[6]。

2.1 miRNA-21调控神经损伤后的炎症反应

神经损伤后,炎症反应是神经再生的重要调控因素。miRNA-21通过靶向调控PTEN、PDCD4等基因,抑制NF-κB信号通路,从而降低炎症因子如IL-6、TNF-α的表达,减轻神经损伤后的炎症反应。此外,miRNA-21还可以通过调控SPRY2基因,抑制MAPK通路,从而减少炎症因子的释放。

2.2 miRNA-21抑制神经损伤后的细胞凋亡

神经损伤后细胞凋亡是导致神经功能障碍的重要原因。miRNA-21通过靶向调控PTEN、Fas等基因,抑制细胞凋亡信号通路,如PI3K/Akt、Fas/caspase-8等,从而降低神经细胞的凋亡。同时,miRNA-21还可以通过靶向PDCD4基因,激活Bcl-2/Bax通路,抑制细胞凋亡。

2.3 miRNA-21促进神经损伤后的轴突再生

神经再生是神经功能恢复的关键。研究发现,miRNA-21可以通过靶向调控PTEN、SPRY2等基因,激活Ras/MAPK/ERK信号通路,从而促进轴突再生。同时,miRNA-21还可以通过抑制细胞凋亡,维持神经细胞存活,为轴突再生提供良好的细胞基础。

2.4 miRNA-21促进神经损伤后的神经功能恢复

周围神经损伤后的功能恢复取决于分化的雪旺细胞 （dSCs） 重编程为修复雪旺细胞（rSCs），从而促进轴突再生和组织稳态。有一项研究发现，周围神经损伤后miRNA-21表达的上调会增加dSCs重编程位 rSC，从而促进神经轴突再生。miR-21还可以通过调节组织抑制物金属蛋白酶3来促进神经元的内在再生能力。

3 MEK/ERK信号通路在轴突再生中的作用

3.1 MEK/ERK信号通路的激活

 MEK/ERK信号通路是细胞外信号调节激酶通路,在神经系统中发挥重要作用。它可以刺激因子如生长因子、细胞因子或环境因素会激活膜受体,导致小G蛋白Ras的激活。活化的Ras随后激活下游的蛋白激酶Raf,Raf进而激活MEK1/2,最终激活ERK1/2。激活的ERK1/2将迁移至细胞核,调控多种转录因子的活性,从而影响相关基因的表达,调节细胞增殖、分化和存活等过程。MEK/ERK信号通路是一种重要的细胞信号转导通路,它参与调控多种细胞过程,如细胞增殖、分化和存活，该通路的激活通常通过一系列蛋白激酶级联反应来实现。

3.2 MEK/ERK信号通路调控轴突生长

 MEK/ERK通路可以通过调控细胞骨架蛋白、生长因子和转录因子等,促进轴突的定向生长。研究发现,ERK1/2的激活可以诱导轴突生长锥中细胞骨架蛋白的重组,调控轴突的伸长和定向生长。同时,MEK/ERK信号通路还可以上调神经生长因子(NGF)和胰岛素样生长因子(IGF-1)的表达,为轴突生长提供营养支持。此外,MEK/ERK信号通路还可以激活转录因子如CREB,增强神经再生相关基因的表达,进一步促进轴突生长。MEK/ERK/p53信号通路的激活对于SCF+G-CSF促进神经突起生长是必需的，通过MEK/ERK/p53的促凋亡通路,可将神经元的命运从凋亡倾向转向神经网络的形成。这一发现为中枢神经系统发育及疾病或神经退行性疾病修复过程中支持神经连接形成的潜在作用提供了新见解。

3.3 MEK/ERK信号通路抑制轴突再生抑制因子

轴突再生受到一系列抑制因子的调控,如PTEN、Nogo-A等。研究发现,MEK/ERK信号通路可以通过抑制这些再生抑制因子,从而促进轴突再生。例如,MEK/ERK通路可以磷酸化PTEN,抑制其活性,减弱PTEN对轴突再生的抑制作用。综上所述,MEK/ERK信号通路在轴突定向生长、抑制再生抑制因子等方面发挥重要作用,是神经再生的关键调控通路。

4 过表达miRNA-21的UC-MSCs激活MEK/ERK信号通路的机制

间充质干细胞(MSCs)具有一定的神经保护和修复作用,是研究神经修复的理想细胞来源。其中来源于脐血的UC-MSCs具有多向分化潜能,容易获得且免疫原性低,是研究神经修复的优选细胞。

4.1 miRNA-21过表达增强UC-MSCs的功能

既往研究发现,miRNA-21过表达可以增强UC-MSCs的生存、迁移和神经调节功能。miRNA-21可通过抑制PTEN、PDCD4等基因,激活PI3K/Akt、MEK/ERK等信号通路,提高UC-MSCs的增殖、抗凋亡和神经分化能力。同时,miRNA-21还可以促进UC-MSCs向神经细胞样细胞的定向分化,增强其神经保护和修复功能。

4.2miRNA-21过表达的UC-MSCs通过激活MEK/ERK通路促进轴突再生

有不少研究者推测miRNA-21过表达的UC-MSCs可能通过激活MEK/ERK信号通路,从而促进周围神经损伤后的轴突再生。miRNA-21过表达的UC-MSCs分泌更多的神经营养因子。miRNA-21可以上调UC-MSCs中NGF、BDNF等神经营养因子的表达,为轴突再生提供营养支持。miRNA-21过表达的UC-MSCs激活MEK/ERK信号通路。miRNA-21可以通过抑制PTEN、SPRY2等基因,激活Ras/MAPK/ERK信号通路,进一步促进轴突的生长和定向再生。 miRNA-21过表达的UC-MSCs提高神经再生相关基因的表达。MEK/ERK通路激活后可以上调GAP-43、Tuba4a等轴突再生相关基因的表达,为轴突再生提供分子基础。

5 结论

周围神经损伤是临床常见的疾病,可导致永久性功能障碍。间充质干细胞(MSCs)作为一种理想的细胞来源,在神经损伤修复中展现出广阔的应用前景。其中来源于脐血的UC-MSCs具有多向分化潜能和免疫原性低的优势,成为研究神经修复的关键对象。miRNA-21作为一种重要的miRNA,在神经损伤后的炎症反应抑制、细胞凋亡阻止以及轴突再生促进等方面发挥关键作用。MEK/ERK信号通路作为经典的细胞外信号调节激酶通路,在轴突生长、再生抑制因子抑制等方面发挥重要作用,是神经再生的关键调控通路。研究发现,miRNA-21过表达可以增强UC-MSCs的生存、迁移和神经调节功能。miRNA-21过表达的UC-MSCs通过分泌更多的神经营养因子、激活MEK/ERK信号通路、提高神经再生相关基因的表达等机制,最终促进周围神经损伤后的轴突再生。这为进一步探索miRNA-21过表达UC-MSCs在周围神经修复中的应用前景提供了理论依据。需要进一步深入研究miRNA-21过表达对UC-MSCs其他功能的影响,以及miRNA-21过表达UC-MSCs在体内的神经修复效果和安全性评估,为未来的临床转化应用提供新的思路。

参考文献

[1]龚超,张玉强,王伟.细胞治疗周围神经损伤的作用及机制[J].中国组织工程研究,2022,26(13):2114-2119.

[2] Lopes B, Sousa P, Alvites R, et al. Peripheral nerve injury treatments and advances: one health perspective. Int J Mol Sci. 2022;23(2):918. Published 2022 Jan 14. DOI:10.3390/ijms23020918

[3] Jiang L, Jones S, Jia X. Stem Cell Transplantation for peripheral nerve regeneration: current options and opportunities. Int J Mol Sci. 2017;18(1):94. Published 2017 Jan 5. DOI:10.3390/ijms18010094

[4] Yi S, Zhang Y, Gu X, et al. Application of stem cells in peripheral nerve regeneration. Burns Trauma. 2020;8:tkaa002. Published 2020 Feb 27.

[5] Sullivan R, Dailey T, Duncan K,et al.Peripheral nerve injury: stem cell therapy and peripheral nerve transfer. Int J Mol Sci. 2016;17(12):2101. Published 2016 Dec 14.

[6] Wang ML, Rivlin M, Graham JG, et al. Peripheral nerve injury, scarring, and recovery. Connect Tissue Res. 2019;60(1):3-9.

基金项目：

新疆维吾尔族自治区研究生实践创新项目（项目编号：XJ2024G186）

作者简介：

库提鲁克·守克尔（1999.04-），男，维吾尔族，新疆阿图什人，在读硕士，研究方向：骨科再生医学。

尔帕尼江·图荪江（1996.05-），男，维吾尔族，新疆和田人，研究生，研究方向：脊柱侧凸诊治。

通讯作者：艾克热木江·木合热木（1985.01-），男，维吾尔族，新疆托克逊人，博士，主任医师，研究方向：骨科再生医学。