Nogo-A蛋白及其抗體與中樞神經(jīng)軸突再生的研究進展

黎羅明綜述， 陳志斌審校

有關(guān)Nogo-A蛋白及其抗體的研究是目前神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的新課題。眾多研究表明，成年哺乳動物周圍神經(jīng)系統(tǒng)(PNS)損傷后可以再生，而中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)神經(jīng)軸突損傷后卻不能再生或再生極其低下。究其原因，主要是CNS內(nèi)存在著抑制神經(jīng)軸突生長的抑制物，當中Nogo-A蛋白被認為是抑制神經(jīng)軸突再生的關(guān)鍵因素。有研究表明，抗Nogo-A蛋白抗體通過中和Nogo-A蛋白，有效促進神經(jīng)軸突的再生，促進神經(jīng)功能恢復(fù)。本文就Nogo-A蛋白及其抗體與中樞神經(jīng)軸突再生的研究進行綜述。

1 Nogo-A蛋白及其受體(NgR)的分子結(jié)構(gòu)

Nogo的功能位點可能位于其在細胞質(zhì)的N端623-640氨基酸殘基及胞外段的1028-1089氨基酸殘基［1，2］。Nogo蛋白包括Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C3種異構(gòu)體，這三者都有一個共同的羧基端，靠近其羧基端有2個跨膜區(qū)，2個跨膜區(qū)之間存在著一個含有66個氨基酸的親水結(jié)構(gòu)域(Nogo-66)［3］。Grandpre等［1］研究發(fā)現(xiàn)Nogo-66使Nogo蛋白具有中樞神經(jīng)軸突抑制活性，即抑制神經(jīng)元軸突生長。其中Nogo-A是Nogo蛋白中最主要的形式，是一種跨膜蛋白，由CNS少突膠質(zhì)細胞及一些神經(jīng)元產(chǎn)生，存在于髓鞘的內(nèi)外環(huán)和少突膠質(zhì)細胞的表面［4］。Nogo-A包含有1163個氨基酸，除Nogo-66外還有 amino-Nogo-A、NiG-Δ20等主要結(jié)構(gòu)域，其中 amino-Nogo-A具有抑制成纖維細胞播散的作用，而NiG-Δ20使 Nogo-A具有限制神經(jīng)細胞遷移、軸突生長和誘導(dǎo)生長錐塌陷的功能。Nogo-A具有最強的中樞神經(jīng)抑制作用［5］。NgR是Nogo-66的受體，自2001年Fournier等［6］發(fā)現(xiàn) NgR以來，已證明它是一種富含亮氨酸的廣泛存在于CNS的特異蛋白。NgR分布于神經(jīng)元胞體和整個軸突中，廣泛表達于CNS的皮質(zhì)、海馬、脊髓等處，含有473個氨基酸殘基，N端有一個信號肽，C端富含半胱氨酸，與糖基化磷脂酰肌醇(GPI)相連，并通過后者固定在神經(jīng)元細胞膜表面上。

2 Nogo-A蛋白及NgR的作用機制

生理狀態(tài)下，Nogo蛋白對生長較晚的CNS神經(jīng)束起到限定作用，纖維束只能進入特定的區(qū)域?qū)觾?nèi)，在成年哺乳動物的CNS，Nogo蛋白的主要作用是保持CNS的穩(wěn)定，防止不必要的出芽，有助于保持神經(jīng)聯(lián)系的特異性，防止形成不必要的、錯誤的投射，Nogo-A可通過微管動力學(xué)調(diào)節(jié)參與軸突生長和樹突塑形的進程［7］。NgR是Nogo蛋白、髓鞘相關(guān)性蛋白(MAG)和少突膠質(zhì)細胞蛋白多糖(OMgp)3種神經(jīng)軸突再生抑制因子的共同受體。Nogo蛋白與NgR結(jié)合在海馬連接的發(fā)育中可能起關(guān)鍵的作用，并與成熟的神經(jīng)元可塑性相關(guān)，并且在學(xué)習及記憶方面有促進作用［8，9］。而另一方面，NgR首先與其復(fù)合受體P75NTR結(jié)合，再與Nogo-66、MAG、OMgp三者結(jié)合，通過第二信使cAMP、Ca2+啟動RhoA傳導(dǎo)抑制信號，導(dǎo)致生長錐潰變，最終神經(jīng)軸突的再生受到抑制［10，11］。Raiker等［12］研究也表明 Nogo、OMgp 及其高親和力受體共同負調(diào)控神經(jīng)元生長和突觸功能。Joset等［13］報道Nogo-A蛋白的特殊片段(NogoΔ20)通過激活RhoA誘導(dǎo)生長錐塌陷、抑制神經(jīng)軸突生長。Cafferty等［14］進一步證實MAG、Omgp與Nogo-A協(xié)同作用限制脊髓創(chuàng)傷后軸突生長和神經(jīng)功能恢復(fù)。

3 Nogo-A蛋白及其抗體在CNS中的實驗應(yīng)用

Nogo-A蛋白是神經(jīng)軸突再生的重要抑制因子，但其全部功能尚不十分清楚，可能是一種多功能蛋白，參與神經(jīng)軸突生長、突觸可塑性、樹突棘調(diào)控［15］，通常于各種CNS損傷后表達增加。Lackner等［16］發(fā)現(xiàn)Nogo-A蛋白在實驗性腦型瘧疾小鼠中表達增加，考慮跟應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。Cheatwood等［17］研究認為大腦中動脈缺血性卒中后28d成年大鼠腦神經(jīng)元Nogo-A蛋白的表達仍增加，Nogo-A蛋白是其抗體治療的重要靶點。目前研究證明，通過敲除編碼Nogo蛋白的Nogo基因或者用抗Nogo-A蛋白的抗體中和Nogo-A蛋白能有效促進神經(jīng)軸突再生延長，同時改善實驗動物神經(jīng)功能缺損所致的功能障礙。Masliah等［18］通過剔除Nogo基因促進神經(jīng)軸突的萌芽再生，從而改善早中期阿爾茨海默病(AD)APP轉(zhuǎn)基因小鼠的學(xué)習和記憶功能(Morris水迷宮法評價)。類似地，Gillani等［19］通過抗-Nogo-A抗體免疫療法使實驗性卒中老年大鼠的認知障礙得到改善，同時發(fā)現(xiàn)其與海馬神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)改變沒有關(guān)聯(lián)性，但仍認為該療法對卒中后認知功能缺損有治療作用。Freund等［20］在非人靈長類動物實驗中證實抗-Nogo-A抗體治療組恒河猴手靈巧度的恢復(fù)較對照抗體組快且顯著。但用抗-Nogo-A抗體治療并不能阻止中樞神經(jīng)元胞體的皺縮，從而表明其影響的主要是神經(jīng)軸突［21］。當然除上述治療方法外，也有報道通過小干擾RNA(SiRNA)沉默Nogo-A促進脫髓鞘疾病功能恢復(fù)，也許會成為多發(fā)性硬化(MS)所致永久神經(jīng)功能缺損患者的治療選擇［22］。有學(xué)者認為綜合治療較單一治療效果更理想，如Schnell等［23］聯(lián)合應(yīng)用抗Nogo-A抗體、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3、NMDA-NR2d亞基干預(yù)脊髓半切大鼠，結(jié)果顯示其在改善脊髓損害功能障礙方面與對照組比較有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。而 Maier等［24］的研究顯示抗Nogo-A抗體聯(lián)合跑臺訓(xùn)練在脊髓損傷大鼠后肢功能恢復(fù)上并沒有協(xié)同作用。以上表明，通過沉默、基因敲除、抗體中和等方法干預(yù)Nogo-A可以促進神經(jīng)缺損功能恢復(fù)，但有學(xué)者認為刪除Nogo蛋白、MAG、OMgp 3大髓鞘抑制因子可以增加未受損神經(jīng)軸突的萌芽，卻與哺乳動物的行為改善無關(guān)，認為這3種抑制因子在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷神經(jīng)軸突再生失敗中并沒有起到關(guān)鍵的作用［25］。至于治療時機方面，有研究者認為成年大鼠永久性大腦中動脈阻塞缺血性卒中后9w給予抗-Nogo-A抗體(11C7)治療仍能改善其神經(jīng)缺損功能，同時通過示蹤劑觀察到運動皮質(zhì)區(qū)神經(jīng)軸突的出芽［26］。但新近有研究表明，抗-Nogo-A抗體治療應(yīng)于脊髓損害急性期或損傷后1w，最遲不超過2w，才能收到較好的治療效果［27］。

4 問題與展望

至目前為止，雖然已知Nogo-A蛋白是抑制CNS神經(jīng)軸突再生最強烈的抑制因子，但是其全部功能尚不十分清楚，有待今后進一步研究探索。Nogo-A蛋白只是抑制神經(jīng)軸突再生的一個靶點，尚有 MAG、OMgp及 Nogo-66和其受體(NgR)等參與，尤其NgR，它是Nogo、MAG、OMgp三者的共同受體，這又是另外一個重要靶點。目前動物實驗已表明，針對NgR的受體拮抗劑(NEP1-40)也能夠促進神經(jīng)軸突再生。因此，抗Nogo-A蛋白抗體的治療效果與NEP1-40比較是否還有優(yōu)勢?最近，抗Nogo-A抗體已開始應(yīng)用于脊髓損傷患者的臨床試驗［27］，其結(jié)果將如何?另外，抗Nogo-A蛋白抗體與常規(guī)藥物(如鼠神經(jīng)生長因子)比較療效有否差別及差別是否有意義?以上問題需要我們共同努力去探究，相信隨著分子生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，不久將會得出滿意的結(jié)果。

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