【关键词】细胞凋亡神经管畸形胚胎
神经管畸形(neuraltubedefects,NTDs)是一类发病率高且后果严重的出生缺陷，是在神经沟关闭形成神经管时产生的一种先天畸形。如果神经沟前部闭合缺陷形成无脑，神经沟中部或尾部闭合缺陷则造成脑脊膜膨出或其它继发性缺陷例如脊柱裂等。该缺陷是一种“多病因”的疾病，是遗传因素与环境因素综合作用的结果，单一因素还不能正确解释其发病机理。多年来国内外学者对此进行了积极的研究并且取得了颇有价值的成果，特别是近几年来的研究认为细胞凋亡在胚胎神经管畸形形成中起着重要作用[1]。本文就细胞凋亡与神经管畸形形成的关系作一综述。
1细胞凋亡
1.1细胞凋亡的定义及形态学变化
细胞凋亡(apoptosis)或称其为程序性细胞死亡(programmedcelldeath，PCD)是指组织中某些细胞受其内在基因的调节，通过主动的生化过程而自杀、死亡的生物现象。是区别于细胞死亡的一种特殊形式的细胞死亡，具有典型的形态学和生化学特征。
细胞凋亡的主要形态学变化特征是细胞核染色质固缩和裂解，染色质密度增高，并聚集在核膜周边呈半月形，核仁裂解，进而胞膜内陷将细胞分割为多个外有膜包裹、内有完整细胞器的小体，称为凋亡小体(apoptoticbodies)，多数小体含有核成分。组织中凋亡小体被邻近组织细胞吞噬，并在溶酶体中被降解。但在细胞培养中，凋亡小体不被吞噬，最后变性。凋亡小体的迅速被吞噬、降解，对防止组织的炎症和损伤具有重要意义。在多数情况下，细胞凋亡为自然发生，但也可由一些生理性或毒性因子诱发。由于细胞凋亡是通过细胞内特殊的基因程序而发生，故又称程序性细胞死亡。
它是广泛存在于胚胎发育过程中的重要生理性因素，在胚胎正常发育、器官和组织形态发生或功能确定等多种生命活动的调节中发挥重要作用。这种形式的细胞死亡受基因程序的控制并且极易受到外界因素的干扰，致畸原可通过直接或间接干扰已知或未知发育关键基因的表达，引起凋亡等调节作用的失常，从而导致畸形的发生。
1.2细胞凋亡的调控因子
1.2.1与细胞凋亡有关的基因
已知有多种基因与细胞凋亡有关，可按作用分为三类[2]:①诱发凋亡发生的基因:p53基因表达增高可以阻滞细胞增殖，启
动凋亡；fas基因产物是一膜受体蛋白，细胞被fas蛋白的抗体交联可诱发凋亡。②抑制凋亡发生的基因:CED-9为细胞凋亡抑制基因，能防止凋亡；CED-9和癌基因bcl-2有同源性，bcl-2也能防止凋亡，其表达与稠亡细胞量呈反比。突变的ras癌基因的表达与许多生长因子有相似作用，均能抑制凋亡的发生。③具有诱发和抑制凋亡发生双向作用的基因，癌基因c-myc对调亡的发生具有双向调节作用。以上基因有的还可互相作用，或是促进或是拮抗，如bcl-2可抵制c-myc的死亡指令，加速细胞增殖;腺病毒基因EIB可以抑制p53介导的细胞凋亡。随着对凋亡机制的进一步深入研究，许多与凋亡相关的基因不断被发现，如RP-2、RP-8、c-fos、bax、WT1等基因在凋亡中表达均有所增强。一些基因的作用机理了解的比较清，如WT1介导的细胞凋亡与抑制了表皮生长因子受体的合成有关[3]，但仍有一些基因的确切作用机理尚不清楚。
1.2.2与细胞凋亡有关的细胞因子
胚胎时期细胞的分裂增殖与多种细胞因子有关，细胞生长因子的缺乏或消失可引起细胞凋亡如神经生长因子缺乏可导致发育中神经细胞的凋亡[4]，性激素的缺乏与消失可导致相应性腺组织的退行性变，也是由细胞凋亡引起的[5]。细胞毒淋巴细胞以及巨噬细胞细胞分泌的肿瘤坏死因子能够直接刺激许多细胞凋亡[6]。转化生长因子β可抑制肝细胞的增殖，引起细胞凋亡。胚胎时期大量的神经细胞自然死亡，与这些神经细胞不能竞争获得靶细胞释放的神经营养因子有关[7]。
1.2.3与细胞凋亡有关的激素
一些激素也能诱导细胞凋亡，如甲状腺激素能诱导蝌蚪的尾部和鳃部发生凋亡[8];哺乳类动物的胸腺细胞能被肾上腺分泌的糖皮质激素诱导凋亡，然而拥有相同数量糖皮质激素受体的T淋巴细胞却不发生凋亡，显然他们对类固醇激素有不同的基因表达形式。即胸腺细胞对糖皮质激素的刺激表达了自杀基因，而T淋巴细胞却没有表达[9]。某些激素可以引起细胞的增生和分化，同时又可引起另一些细胞的死亡，如甲状腺激素可以引起蟒鲜尾部和鳃部细胞稠亡，同时又与神经细胞、成骨细胞的增生分裂有关。
1.2.4与细胞凋亡有关的蛋白酶
Caspases家族即天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶。凋亡的执行均是通过caspases的激活进行的。其活性部位含半胱氨酸，作用于底物天冬氨酸部位，产生特异性水解作用。起始caspases
(caspase-8，-9，-12)接受细胞膜表面信号后，进一步激活下游效应caspases(caspase-3，-6，-7)，作用于细胞的功能蛋白，如多聚ADP核糖聚合酶(PARP)、激活的核酸酶(CAD)、募集域(CARD)等，这些酶解反应直接决定凋亡的特征性形态学变化[10]。同时还发现当bcl-2基因的表达产物Bcl-2活化时，可抑制ICE功能，细胞存活；当Bcl-2失活时，可解除ICE的抑制作用，使ICE活化，细胞进入凋亡过程。
2细胞凋亡在胚胎神经管畸形发生中的作用
胚胎发育过程中在特定的时间和部位发生控制性细胞死亡，若这种精确调节的细胞死亡程序改变则可能引起多种先天性畸形[11]。现已发现许多胚胎发育畸形或异常均与细胞凋亡机制失常有关，其中包括神经管畸形。
2.1遗传因素导致的细胞凋亡与神经管畸形
近年来，有关遗传性高同型半胱氨酸血症与神经管畸形的关系已有不少报道。遗传性四氢叶酸还原酶缺陷[12]和胱硫脒-β-合成酶缺陷[13]都会导致同型半胱氨酸的代谢发生障碍，造成高同型半胱氨酸血症，从而引起胚胎神经管畸形。目前关于同型半胱氨酸诱发NTDs的机制尚不十分了解，已有研究认为同型半胱氨酸诱发的NTDs难以用单一机制解释，而是多种机制相互作用或联合作用的结果，这些机制包括：(1)同型半胱氨酸抑制卵黄囊血管的分化，使营养物质和氧来源减少。(2)对构成神经系统不同性质细胞的毒性作用造成DNA、RNA合成抑制和细胞凋亡过度。(3)生物合成所需前体物的供给或代谢受到干扰，例如补充叶酸能明显缓解HCY的致畸性，维生素B12亦有一定作用。(4)羊膜细胞损伤：一是造成羊水分泌减少而不利于胚胎的正常发育，二是可促进同型半胱氨酸透过羊膜组织直接攻击胚胎细胞。(5)同型半胱氨酸能特异地导致胚胎组织器官发育不平衡，致使神经系统和其组成细胞在时空上发育出轨，结果发生NTDs[14]。
2.2环境因素导致的细胞凋亡与神经管畸形
2.2.1物理因素
高温是常见的一类物理致畸因子，可使多种动物出现先天畸形，是引起人类无脑、脑膨出等神经管畸形的重要环境因素，而且孕妇很难避免受其影响。马金龙等[15]学者的研究中发现高温致神经管细胞凋亡的数目与胚胎接触高温的时间有关。并且认为高温促进神经上皮和周围间充质细胞凋亡所致的神经管延迟闭合或不闭合是高温致神经管畸形的一条重要途径。而于丽[16]等的研究认为高温处理后鼠胚神经上皮细胞bcl-2/bax比例降低，细胞凋亡增加是高温致神经管畸形的原因所在。
2.2.2化学因素
研究证明某些环境化学物质如有机汞、杀虫剂等以及某些药物如环磷酰胺、氨甲喋呤等均可导致神经管畸形的发生。李勇等[17]学者的研究还发现氯化甲基汞可以激发程序性细胞死亡，从而导致神经管畸形。而且，氯化甲基汞导致神经管畸形呈明显的剂量-反应关系。随着氯化甲基汞剂量的增加发育正常的胚胎越来越少。
栾世钦等[18]学者研究中发现环磷酰胺可以引起神经管上皮细胞过度凋亡，从而影响了细胞增殖、分化和神经管的按时闭合，这可能是环磷酰胺导致神经管畸形的机制之一。而另有研究表明环磷酰胺可能是通过影响细胞的脂质过氧化过程,从而影响胎体正常细胞分化而导致畸形的发生的[19]。
综上所述，关于胚胎神经管畸形的病因及发病机理的研究已经取得了较大的进展，但是，仍存在的不少问题亟待解决：(1)既然遗传因素在其发病过程中起重要作用，那么我们是否可以在妇女怀孕期间进行基因突变的检测，作到基因报警起到出生缺陷监测的作用;(2)目前有关多大剂量的叶酸补充才能安全且有效的预防神经管畸形的发生尚存在争议;(3)过度的神经细胞凋亡是胚
胎神经管畸形发病过程中的重要因素之一，是否可以引用有关拮抗细胞凋亡的反义寡聚核苷酸技术预防NTDs的发生。因此，真正阐明胚胎神经管畸形发生发展的机理是必要的；利用现代细胞、分子生物学技术杜绝其初发和再发是完全可能并且可行的。
参考文献
[1]ChenCP.Syndromes,disordersandmaternalriskfactorsassociatedwithneuraltubedefects(Ⅲ).TaiwanJObstetGynecol.2008,47(2):131-40.
[2]SchwartxLM.Theroleofcelldeathgenesduringdevelopment.Bioessays.1991,13(8):389-95.
[3]EnglertC,HouX,MaheswaranS,etal.WT1suppressessynthesisoftheepidermalgrowthfactorreceptorandinducesapoptosis.EmboJ.1995,14(19):4662-75.
[4]YangY,BianGX,LuQJ.Neuroprotectionandneurontrophismeffectsofliquiritinonprimaryculturedhippocampalcells.ZhongguoZhongYaoZaZhi..2008,33(8):931-5.
[5]ThompsonEB.Apoptosisandsteroidhormones.MolEndoctinol.1994,8(6):665-73.
[6]RaffMC.SocialcontrolsoncellsurvivalandceIldeath.Nature.1992,356(6368):397-400.
[7]DeckwerthTL,JohnsonEMJr.Neuritescanremainviableafterdestructionoftheneuronalsomabyprogrammedcelldeath(apoptosis).DevBiol,1994,165(1):63-72.
[8]LockshinRA.CelldeathinBiologyandPathology，Chapman&Hall，NewYork，ed.LockshinRA&BowenID.1981:79-122.
[9]CohenJJ，DukeRC.Glucocorticoidactivationofacalcium-dependentendonucleaseinthymocytenucleileadstocelldeath.JImmunol.1984,132(1):38-42.
[10]WidmannC，GibsonS，JohnsonGL.Caspase-dependentcleavageofsignalingproteinsduringapoptosis.JBiolChem.1998,273:7141-7.
[11]MizuguchiM.Brainmalformationandapoptosis.NoToHattatsu,1999,31(2)：135-9.
[12]朱慧萍.5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶与神经管畸形.国外医学卫生学分册,1998,25(5):264.
[13]赵如冰.胱硫脒-β-合成酶及其与神经管畸形的关系.国外医学·妇幼保健分册,1998,9(1):3.
[14]李勇,李竹,陈星等.同型半胱氨酸诱发鸡胚神经管畸形及叶酸的保护作用.卫生研究,1998,27(6):372-6.
[15]马金龙,高英茂,刘凯等.Bcl-2、Bax在高温致神经管畸形发生中的表达.山东大学学报（医学版）,2005,43(9):799-802.
[16]于丽,管英俊,李如江等.高温致神经管畸形中bcl-2和bax变化的动物实验研究.潍坊医学院学报，2003,25(1):18-20.
[17]李勇,潘漪清,朱惠刚.氯化甲基汞激发程序性细胞死亡与胚胎神经系统发育的关系探讨.卫生研究，1998,27(4):241-244.
[18]栾世钦,陈乃文,姜恩亭等.环磷酰胺致神经管畸形与细胞凋亡的关系.卫生毒理学杂志,2000,14(4):225.
[19]赵海峰,肖荣,杨燕等.环磷酰胺致神经管畸形及可能机理研究.中国公共卫生,2002,18(11):1302-4.