作者：肖格磊，刘景平，中南大学湘雅医院神经外科；张向阳，中南大学湘雅医学院临床医学系

脑积水（hydrocephalus）是临床常见的神经系统疾病，分为先天性和继发性。先天性脑积水多由于基因表达异常导致，后天性脑积水常继发于脑外伤、脑出血及颅内感染等疾病，该病严重影响到患者生活质量，可造成沉重的家庭与社会负担。脑积水的形成和发展是多因素导致的复杂病理过程，涉及到室管膜细胞异常增殖、脉络丛上皮细胞脑脊液分泌增加、细胞外基质沉积以及蛛网膜纤维化等病理过程的相关机制。

脑积水目前的治疗方式有：脱水利尿治疗、解除脑脊液循环通路梗阻部位手术、脑脊液分流术，目前疗效并不理想，除部分梗阻性脑积水可以治愈外，脑脊液分流术易发生分流装置堵塞、感染等并发症。近年来分子生物学研究逐步深入，研究发现许多分子信号通路在脑积水的发生发展中起了重要作用，部分关键分子的表达及脑积水患者的预后密切相关。这些分子信号通路及其中的关键分子可能为脑积水的预防和治疗提供新的思路。本文就脑积水相关的分子信号通路研究进展进行综述。

1.TGF-β1相关通路

转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）通路在脑积水形成过程中起着重要作用，活化后可启动胞内一系列信号级联反应，使得多种胶原等细胞外基质合成增多以及脑膜纤维化。TGF-β1可引起p38MAPK通路（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK，p38丝裂原活化蛋白酶通路）、ERK/MAPK通路（extracellular signal-regulated kinase，ERK，细胞外信号调节激酶；mitogen-activated protein kinase，MAPK，丝裂原活化蛋白激酶）和smad通路激活，以及脑膜间皮细胞CTGF（connective growth factor，CTGF，结缔组织生长因子）增多，这些通路的激活以及相关因子的表达使得包括I型、III型、IV型和V型胶原等细胞外基质沉积，柔脑膜细胞增生以及柔脑膜纤维化。

1.1p38MAPK通路

P38主要参与细胞炎症和增殖反应，主要有p38α、p38β、p38γ和p38δ4种表型。p38α是p38-MAPK通路中最重要的因子，它能调节IL-1、IL-6、TNF-α等炎症因子的释放。TGF-β1以浓度依赖的方式诱导脑膜间皮细胞中p38MAPK通路的活化，继而导致CTGF增多。实验证明阻断TGF-β1对该信号通路的活化可强烈抑制纤维化标记物CTGF的表达。此外，TGF-β1/p38通路的激活还可下调水通道蛋白4（aquaporin 4，AQP4）的表达，阻碍脑脊液重吸收从而促进脑积水的发生。

1.2ERK/MAPK通路

ERK家族包括含2个分子ERKl和ERK2，参与多种神经系统疾病的发生和发展。在星形细胞中，ERK/MAPK被激活，诱导AQP的表达。在Bell麻痹小鼠模型中，激活的ERK/MAPK可上调AQPl的表达。与AQP4不同，目前主要认为AQPl对脑脊液产生有持续促进作用，是脑脊液循环障碍的潜在治疗靶分子。因此，在蛛网膜下腔出血等神经系统疾病后，TGF-β1/ERK/MAPK通路的过表达可能是导致脑积水产生的原因之一。

1.3Smads通路

TGF-β1信号传导主要由smad蛋白家族完成。TGF-β1与相应配体结合形成受体复合物，激活smads进入细胞核，共同激活或抑制它们调节的基因的转录。Samds中smad2和smad3传导TGF-β1的信号。蛛网膜下腔出血等疾病可使TGF-β1/smad3/CTGF轴高度激活，导致细胞外基质沉积。通过抑制TGF-β1/smad3/CTGF途径、抑制细胞外基质的积累和蛛网膜纤维化可能起到预防脑积水的发展，并减轻在蛛网膜下腔出血后出现的长期神经认知缺陷。

2.Wnt通路

Wnt通路是一条十分保守的信号通路，按其作用方式不同分正规的β-catenin依赖通路和非正规的钙离子依赖JNK依赖通路。Wnt通路在多种组织细胞活化及纤维化中起到重要作用。β-catenin依赖通路的激活不仅对于正常脑发育不可或缺，而且与纤维化，微血管出血等有关系。在实验脑积水大鼠模型中Wnt/β-catenin通路活性增高。利用sFRP-1（secreted frizzled-related protein 1，分泌型卷曲相关蛋白1）抑制β-catenin的表达可以减轻大鼠模型反应性胶质增生，减缓脑积水的形成。Wnt/β-catenin信号通路的研究可能为脑积水的治疗提供了新的方向。

3.HB-EGF/VEGF通路

HB-EGF（Heparin binding epidermal growth factor-like growth factor，肝素结合性表皮生长因子）是一种血管生成因子，它可以调节发育中的前脑的径向迁移。脑组织出血时，HB-EGF前体被酶解形成可溶性HB-EGF，可溶性HB-EGF可诱导上皮细胞例如内皮细胞和室管膜细胞中的VEGF表达进入血液和脑脊液中。增多的VEGF可以通过增加细胞内渗透率来改变上皮连接蛋白复合物，导致液体渗漏到脑室外空间（薄壁组织）和脑积水。同样的，在VEGF高表达的大鼠模型上用VEGF阻断剂如贝伐珠单抗（Bevacizumab）可降低其脑积水的发生率。

4.Hippo/YAP通路

Hippo信号通路在哺乳动物中也高度保守，核心成分包括MST1/2（mammalian Ste20-like kinases 1/2）、SAV1（Salvador1）、LATS1/2（larger tumor suppressor 1/2，与果蝇Wts同源）、MOB1A/B（MOBkinaseactivator1A/B）、YAP（Yesassociatedprotein）和NF2（也称Merlin）。YAP是哺乳动物中Hippo信号通路的主要下游效应分子。Hippo信号通路依赖的YAP调控机制主要分为：磷酸化修饰对YAP的功能调控，影响YAP细胞内定位、转录活性与蛋白质稳定性；蛋白质相互作用对YAP调控，影响YAP的定位与转录活性；VGLL4（vestigial-like family member 4）竞争性的结合TEAD从而抑制YAP生物学功能。Hippo/YAP信号通路在脑脊液循环紊乱导致的脑积水中起到了一定作用。

美国坦普尔大学Park等人研究表明YAP在室旁膜前体细胞的增殖和细胞极性的维持中起到重要作用，当YAP缺失时，室旁膜细胞不能正常形成，细胞的形态维持和顶端附着处都发生了紊乱，而室旁膜细胞的正常生长和成熟对于维持脑室之间脑脊液的正常循环起到重要作用，从而导致脑积水。

5.PI3K/AKT通路

PI3K（磷酸酰肌醇3-激酶）信号参与增殖、分化、凋亡和葡萄糖转运等多种细胞功能调节。研究发现，PI3K及其下游分子蛋白激酶B（PKB或Akt）所组成的信号通路和细胞增殖等活动有密切的关系。研究者发现MPPH（巨脑多趾畸形脑积水）患者体内存在PIK3R2和AKT3的改变。PIK3R2、AKT3和PIK3CA是PI3K/AKT通路的关键成员，它与细胞生长、增殖、存活、凋亡以及其他多种细胞功能有很大关系，这三种基因中的突变已被证明能促进PI3K/AKT途径的功能激活。

PI3R2编码了传统的IA型PI3K酶复合物的P85β调节子单元，并且在通过RTK（receptor tyrosine kinases，受体酪氨酸激酶）调节PI3K活性过程中起到重要作用。有研究表明，该通路的过度激活可导致小鼠脑室的过度扩大继而导致脑积水。并且在许多先天的巨脑多趾畸形脑积水患者体内发现了基因异常导致的PI3K‐AKT通路过度激活。

6.Hedgehog通路

哺乳动物中存在三个Hedgehog的同源基因：SonicHedgehog（SHH）、IndianHedgehog（IHH）和DesertHedgehog（DHH），分别编码Shh、Ihh和Dhh蛋白，Hedgehog信号通路已知在胚胎发育中与许多基本过程有关。SHH信号传递受靶细胞膜上两种受体Patched（Ptc）和Smoothened（Smo）的控制。目前发现的参与Hh信号转导的核内因子包括转录因子Ci/Gli、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Fused（Fu）、蛋白激酶A（PKA）等。SHH通路激活可抑制Patched1功能，继而损伤了室管膜细胞的纤毛功能，导致通过纤毛的物质转运或者机械运动等功能受到破坏，继而导致了脑积水的发生。除了Patched1外，SHH通路的其他信号成分也与脑积水的发展有关。SHH通路过度激活的小鼠模型在两周内出现了交通型脑积水。

7.IKK/NF-κB通路

NF-κB（nuclear factor κB）并非是一种单一蛋白，而是NF-κBRel家族成员构成各种二聚体的总称。已知有5种哺乳类Rel蛋白：NF-κB1（p50及其前体p105）、NF-κB2（p52及其前体p100）、c-Rel、RelA（p65）和RelB。促使IκB磷酸化的酶复合体称为IκB激酶（IKK）。IKKNF-κB参与众多的应激反应基因，如诱导型一氧化氮合成酶（iNOS）、环加氧酶-2（COX-2）等。IKK/NF-κB调控的其他基因产物如细胞因子、化学趋化因子等通常可使急性应激和炎症反应变得持久。

研究发现IKK/NF-κB通路的过度激活可以导致神经系统炎症反应、室管膜细胞纤毛破坏等一系列病理变化，但仅在发育过程中的大脑会导致脑积水的发生。在相关基因诱导导致的IKK/NF-κB通路的过度激活的大鼠中，先天性脑积水发生的几率大大增加，而在大鼠中注射四环素可降低脑积水的发生率。以上提示IKK/NF-κB通路过度激活可能导致神经系统炎症反应，继而导致了脑积水的产生。

8.Rnd3/Notch通路

Notch通路由Notch受体、Notch配体、细胞内效应分子等组成。Notch信号特异性受体和配体结合后，触发Notch信号通路下游级联反应，使Notch受体从胞质区转移到胞核区，通过释放转录共抑制因子或募集转录共激活因子来影响转录因子CSL活性，进而调节下游靶基因。美国德克萨斯A＆M的学者发现Rnd3是Notch通路的信号调节分子之一。当Rnd3分子缺失时，由于基因表达改变、相关siRNA抑制导致了Notch胞内结构域（NICD）蛋白降解，此外免疫沉淀分析显示，Rnd3减弱的NICD蛋白泛素化。这最终提高了Notch通路活性，促进了室管膜细胞的异常生长，导致了导水管狭窄和脑积水的产生。

9.总结和展望

研究已发现许多信号通路与脑积水有着密不可分的关系。正常情况下，大部分信号通路都是正常维持着颅内细胞稳态、保持着细胞正常增值、调控细胞外基质蛋白的正常表达，然而，当异常因素持续激活或者抑制这些信号通路，或者相关基因发生变异导致通路活性改变时，相关细胞就会失去稳态，室管膜细胞异常增殖，脑室壁的组织结构就会改变，细胞的紧密连接遭到破坏，脑脊液的循环吸收遇到障碍；同时，脉络丛上皮细胞出现异常，分泌脑脊液异常增加，多重因素从而导致了脑积水的产生。脑积水的形成及发展与多条分子信号通路有关，对多条信号通路和关键因子同时进行调控可能对脑积水有较好的预防或者治疗效果。因此，对脑积水相关分子信号通路的深入研究有助于发掘更多潜在的靶向治疗脑积水的方法。

来源：肖格磊,张向阳,刘景平.脑积水相关分子信号通路的研究进展[J].国际神经病学神经外科学杂志,2019,46(01):91-94.

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