胶质纤维酸性蛋白-星形胶质细胞特异性标志物

4. GFAP蛋白

GFAP属于一种酸性蛋白，由432个氨基酸组 成，相对分子质量为50 ~ 52KD，等电位点在5.7-5.8。

GFAP是AS重要的骨架蛋白。细胞骨架是在 大量GFAP单体聚合的情况下形成。GFAP单体聚合形成聚合体，属细胞质内中间丝（IFs）的 一种成分，与波形蛋白、结蛋白、外周蛋白同属IFs超家族第Ⅲ型，它们之间有70%以上的同 源性。

所有类型的IFs蛋白包含三个主要结构域： 氨基端头、中心螺旋杆和羧基端尾结构域。IF蛋白的杆状结构域(310 - 350 aa残基)高度保 守，而头尾结构域的大小和氨基酸序列在物种间高度多态性。

GFAP不同的结构域以不同的方式参与IFs的 形成。

GFAP蛋白通过杆结构域形成二聚体和四聚 体。二聚体是由两个多肽链以螺旋结构相互缠绕形成的，以交错反平行方式结合形成四聚体 。

5. GFAP的表达调控

GFAP的表达受多种因素（例如脑损伤和疾 病）的影响，并且在昼夜周期下表现出波动。GFAP基因表达受GFAP启动子调控。基础启动子 对于正确转录是必不可少的，而启动子上的其他元件决定了表达特异性。基础启动子的一个 重要元件TATA-box，它对于结合一般转录因子IID（TFIID）是必不可少的。

GFAP还受到多种翻译后修饰，主要包括磷 酸化和去磷酸化调控。这些修饰对其结构和性质有重要影响。

GFAP的头部区域的特定氨基酸残基的磷酸化和去磷酸化修饰 参与了GFAP组装的调控，这对于细胞周期中GFAP的重新分配非常重要。这些被磷酸化的氨基 酸残基通常是保守的。除了磷酸化外，其他翻译后修饰如糖基化和瓜氨酸化也会影响GFAP的 结构和性质。

GFAP基因的表达和修饰可影响星形胶质细胞的功能：GFAP基 因的初始激活标志着星形胶质细胞的分化，而它的上调通常伴随着对中枢神经系统损伤的反 应性反应。

6. GFAP的功能

星形胶质细胞在大脑中含量丰富，是大脑 中最丰富的细胞类型，为神经元(包括神经递质谷氨酸循环和营养因子释放)提供结构和功能 支持，在神经生理活动、神经组织再生及免疫、多种神经疾病的发病中发挥重要作用。

作为星形胶质细胞内的主要骨架蛋白， GFAP在细胞核和细胞膜之间形成连接，参与细胞内细胞骨架重组、细胞黏附、维持脑内髓鞘 形成和神经元的结构以及作为细胞信号参与转导通路等^{[8] [9]}，还参与细胞迁 移、运动和有丝分裂。胶质纤维酸性蛋白具有维护星形胶质细胞形态稳定、参与血脑屏障形 成、调节突触功能等多种生物学功能。

GFAP的具体作用如下：

6.1 运动性/迁移

GFAP参与了细胞的运动和迁移，但其对不 同星形细胞亚型正常生理或病理功能的贡献程度尚不清楚。用可诱导GFAP表达的载体系统转 染神经胶质瘤细胞系U1242 MG和U251 MG，表明GFAP在细胞运动中发挥了作用。研究表明， GFAP强制性表达可抑制细胞运动。

在研究与AxD相关的突变GFAP时，发现了关 于GFAP在运动中作用的更多证据。与用野生型GFAPα或在尾部结构域中突变的突变型GFAPα 转染的细胞相比，用两个在GFAP的杆结构域中突变的突变型GFAP（V87G和R88C）转染的胶质 瘤细胞显示出增加的运动能力。

6.2 增殖

大量研究表明，GFAP表达的改变会改变星 形胶质细胞增殖的能力或星形胶质细胞转化的其他特征。GFAP表达水平与星形胶质细胞增殖 水平呈负相关^[10]。与野生型小鼠相比，来自GFAP-/-小鼠的原代星形细胞培养 物的增殖能力增强。

6.3 囊泡运输和自噬

星形胶质细胞可释放多种胶质递质，包括 经典递质、多肽、趋化因子和细胞因子。

胞吐是星形胶质细胞从囊泡中释放物质的 途径之一。在该过程中，囊泡沿着细胞骨架运输到质膜，并与质膜融合。IFs的一般解聚作 用会影响体外星形胶质细胞中囊泡的定向迁移，IF网络的破坏会减少囊泡的走线长度并降低 了囊泡的流动性。

6.4 星形胶质细胞-神经元相互作用

星形胶质细胞参与了神经元的多种功能， 包括突触的形成和可塑性，能量和氧化还原的代谢，以及神经递质和离子的突触稳态停滞。

图3 星形胶质细胞的功能

6.5 血脑屏障和髓鞘形成

血脑屏障（BBB）由毛细血管内皮细胞形成 ，周围被基底层和血管周星形胶质细胞的特定末端包围。

在小鼠模型中，突变的小鼠BBB包含一层单 层的星形胶质细胞，IF很少，与野生型小鼠相比，BBB具有更高的渗透性。GFAP-/-小鼠还表 现出迟发性中枢神经系统髓鞘形成障碍、老年小鼠白质丢失和脑积水。

7. GFAP相关信号通路

在Jak-STAT信 号通路中，通过调控GFAP的表达，从而控制细胞的分化，实现对细胞周期的调控。信号 图如下图所示：

图4 Jak- STAT信号通路

8. GFAP与疾病的关系

星形胶质细胞涉及多种中枢神经系统疾病，包括 创伤、缺血和神经退行性变。

在多种疾病中，GFAP mRNA和蛋白水平升高。这 些疾病主要包括：阿尔茨海默病、痒病和库贾氏症。在中枢神经系统损伤包括脑血管意外、 刺伤和其他损伤以及实验性变应性脑脊髓炎等疾病中，GFAP的表达也同样增加。

8.1 阿尔茨海默病

星形胶质细胞病是AD中一个显著的神经病理学改 变，AD病理的严重程度与反应性星形胶质细胞的密度和GFAP在组织和脑脊液中表达的强烈上 调有关。

比其他老年大脑的海马体相比较而言，阿尔茨海 默病人海马体受到星形胶质细胞的影响更严重。GFAP mRNA水平与AD大脑额叶新皮层神经元 斑块的密度具有很强的相关性。

8.2 抑郁症

星形胶质细胞在建立和维持血脑屏障方面具有重 要作用，可以控制可溶性分子和有害物质的进出，具有调节大脑内稳态、调节神经元功能、 促进成人神经发生的作用，因此胶质细胞的功能失调可能影响抑郁症病理过程。

研究发现GFAP在精神分裂症、双相情感障碍以及 抑郁症中表达减少^[11]。GFAP参与抑郁症发病过程中多种神经递质的调节。

8.3 亚历山大病（AxD）

亚历山大病的发生与GFAP基因突变有关 ^[12]。这是由于GFAP基因突变导致GFAP装配发生改变，GFAP聚集并在细胞内发生病理 性沉积。亚历山大病属于中枢神经系统退行性病变，它是一种遗传疾病。

该疾病的特征是伴有渐进性肌无力婴儿期发展， 并伴有进行性痉挛和精神障碍。

Messing等提出，通过靶向治疗的方法可阻止 GFAP聚集及病理性沉积，提高蛋白酶体清除突变的GFAP的速度。

研究发现反义寡核苷酸抑制GFAP可以为治疗亚历 山大病提供一种治疗策略^[13]。

图5 亚历山大病与星形胶质细胞

9. GFAP在诊断方面的应用

正常情况下，GFAP在细胞内或细胞外自发的降解 ，血中GFAP水平较稳定；而在病理情况下，当患者中枢神经系统发生损伤，AS受损或死亡时 ，GFAP聚合物断裂分解，从损伤的胶质细胞中溢出，进入周围细胞间隙，通过血‐脑屏障进 入血液中，使血液中GFAP水平上调。

因此，GFAP体液水平是评估星形胶质细胞增多和 激活的重要手段，间接反馈神经损伤的程度。

9.1 脑外伤

脑损伤后中枢神经系统中星形胶质细胞常出现增 生，这是退行性病变及中枢神经损伤引发神经组织变化的主要表现。S100β蛋白和胶质纤维酸性蛋白是两种主要的神经胶质 细胞标记蛋白^[14]，与NSE、S100β蛋白相比，GFAP在血性脑损伤患者的血清中出现峰值的时 间更早、特异性更强、敏感性更高^[15]。

9.2 脑卒中

脑卒中早期、快速、准确的诊断，对其治疗和预 后有着积极的意义。GFAP作为反映脑部损伤的新型标志物被广泛地研究。急性缺血性脑卒中 患者的血浆GFAP水平升高，通过测定血浆GFAP水平能够反映急性缺血性脑卒中患者中枢神经 细胞的损伤和死亡情况。GFAP水平与脑梗死面积有关^[16]。