Nogo-A與缺血后適應(yīng)腦保護(hù)作用的研究進(jìn)展

錢 芳(綜述)，李 燕(審校)

(昆明醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，昆明 650101)

在缺血性腦梗死后中樞神經(jīng)不能修復(fù)和再生是導(dǎo)致偏癱等嚴(yán)重后遺癥的主要原因之一。軸索過度生長抑制因子(neurite outgrowth inhibitor-A，Nogo-A)是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中發(fā)現(xiàn)的一種抑制軸突生長的蛋白，Nogo-A是最為強(qiáng)烈的神經(jīng)纖維抑制因子，通過與其受體NgR結(jié)合，阻礙神經(jīng)再生。缺血后適應(yīng)是一種新的干預(yù)措施，具有腦保護(hù)作用?，F(xiàn)就Nogo-A的結(jié)構(gòu)、分布、作用機(jī)制以及缺血后適應(yīng)的研究概況、作用機(jī)制等情況進(jìn)行綜述。

1 Nogo-A概述

成年哺乳類中樞神經(jīng)損傷后再生困難，很重要的原因是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的微環(huán)境不利于神經(jīng)再生，存在著抑制軸突再生的分子。神經(jīng)突起生長抑制因子Nogo-A是目前發(fā)現(xiàn)的最為強(qiáng)烈的神經(jīng)纖維再生抑制劑。

1.1 Nogo-A的結(jié)構(gòu) Nogo-A是含有1163個(gè)氨基酸的膜蛋白(大鼠序列相對分子質(zhì)量為2×105)。2000年，Chen等［1］同時(shí)克隆出大鼠和人類抑制受損軸突再生的基因——Nogo基因。Nogo基因編碼3種蛋白:Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C。Nogo異構(gòu)體都有一個(gè)由188個(gè)氨基酸組成的羧基端，包含兩個(gè)高度保守的疏水分支作為跨膜區(qū)，兩跨膜區(qū)之間存在一個(gè)短連接子即Nogo-66，它與Nogo受體(NgR)結(jié)合從而發(fā)揮神經(jīng)生長抑制作用，是造成腦梗死后遺癥的重要原因。NgR是一種富含亮氨酸的腦特異性蛋白，與神經(jīng)元的結(jié)合具有高親和性和可飽和性。

1.2 Nogo-A的分布 Nogo-A mRNA主要表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在其他組織系統(tǒng)(如肌肉、睪丸和心臟等)也有少量表達(dá)［2］。在成年大鼠，Nogo-A廣泛而散在表達(dá)于整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞。Huber等［3］通過用共聚焦免疫電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)Nogo-A在大鼠發(fā)育過程中表達(dá)于少突膠質(zhì)細(xì)胞和投射神經(jīng)元，這也較好地解釋了抑制軸突再生的作用和結(jié)構(gòu)上的可塑性。原位雜交實(shí)驗(yàn)顯示NgR廣泛表達(dá)于大腦皮質(zhì)神經(jīng)元、小腦浦肯野細(xì)胞、海馬神經(jīng)元和腦橋神經(jīng)元在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元細(xì)胞中。

1.3 Nogo-A的作用機(jī)制 多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后軸突再生中具有抑制作用，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元軸突生長抑制的最重要的因子，具有以下特點(diǎn):①Nogo-A主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞中。②Nogo-A抑制背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元軸突生長及3T3成纖維細(xì)胞延伸。③Nogo-A的單克隆抗體IN-1可中和Nogo-A的軸突生長抑制作用，從而促進(jìn)損傷后神經(jīng)元軸突再生［4］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A擁有兩個(gè)完全獨(dú)立的抑制結(jié)構(gòu)域:①可能位于細(xì)胞表面的 Nogo-66;②長的N端區(qū)段，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域在抑制軸突生長方面發(fā)揮著協(xié)同作用。Nogo-A與其他的生長抑制因子同神經(jīng)生長促進(jìn)因子呈平衡狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)外界刺激后，其內(nèi)部平衡被破壞，Nogo-A的抑制作用才能發(fā)揮出來，抑制神經(jīng)元的再生修復(fù)。

Nogo-A可能通過細(xì)胞-細(xì)胞方式(完整少突膠質(zhì)細(xì)胞表面的Nogo-66與損傷的神經(jīng)元NgR結(jié)合)、細(xì)胞-膜方式(從受損的少突膠質(zhì)細(xì)胞上脫落下來的含有Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合)、完全溶解的少突膠質(zhì)細(xì)胞釋放Nogo-A氨基端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段與其受體結(jié)合這三種方式抑制神經(jīng)元軸突再生［5］。Hsieh等［6］研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A的有效抑制片段Nogo-66的信號是通過LIM(LIM是Lin-11、Isl-1和Mec-3三個(gè)基因的首字母縮寫)激酶和彈弓磷酸酶調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而實(shí)現(xiàn)的。有研究發(fā)現(xiàn)Nogo-A作用于神經(jīng)元后發(fā)生鈣濃度改變，而且用鈣通道阻滯劑可以部分地解除一抑制軸突生長的作用。

1.4 Nogo-A在神經(jīng)系統(tǒng)的作用 Nogo-A蛋白是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂神經(jīng)元軸突抑制因子，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)和再生具有顯著的抑制功能。Skaper［7］認(rèn)為NgR是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中各種軸突生長抑制性蛋白發(fā)揮作用的集中點(diǎn)，可以通過Nogo-66和NgR的相互作用以及Nogo-A抗體對其抑制作用來促進(jìn)受損的神經(jīng)修復(fù)和再生?？茖W(xué)家們利用Nogo-A的生物學(xué)特性來解除Nogo-A對中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生的抑制，如利用基因剔除的辦法使Nogo-A不表達(dá)或是制備Nogo-A的單克隆抗體IN-1來中和Nogo-A的作用。Freund等［8］研究證明在恒河猴頸髓損傷后給予Nogo-A的抗體可以使其運(yùn)動(dòng)功能得到恢復(fù)。

2 缺血后適應(yīng)

2.1 缺血后適應(yīng)的概念 缺血后適應(yīng)指在腦缺血/再灌注開始時(shí)給予短暫的、重復(fù)的、非致死性的血管閉塞與再通的過程，可明顯減輕隨后長時(shí)間再灌注引起的組織損傷，是近期發(fā)現(xiàn)的一種新的干預(yù)措施，具有腦保護(hù)作用［9］。

2.2 缺血后適應(yīng)的研究狀況 2005年，Staat等［10］在急性心肌梗死患者冠狀血管成形術(shù)時(shí)給予缺血后適應(yīng)干預(yù)，證實(shí)了缺血后適應(yīng)的心肌保護(hù)作用。相繼于2008年在小兒法洛四聯(lián)癥外科手術(shù)［11］和2009年成人外科手術(shù)［12］中明確了缺血后適應(yīng)具有保護(hù)效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)缺血后適應(yīng)尚能減少損傷后神經(jīng)元的凋亡，減少缺血半暗帶的神經(jīng)元凋亡可能是缺血預(yù)適應(yīng)能夠促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵所在［13］。

2.3 缺血后適應(yīng)的腦保護(hù)機(jī)制 大量研究表明，缺血后再灌注早期，產(chǎn)生大量的氧自由基、脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，自由基可以攻擊血管內(nèi)皮細(xì)胞膜，造成血-腦脊液屏障破壞和腦水腫，還可使大腦缺血半暗區(qū)的血管痙攣及血管內(nèi)凝血，導(dǎo)致腦梗死范圍擴(kuò)大從而加重腦組織的損傷［14］。血-腦脊液屏障遭到破壞后，神經(jīng)細(xì)胞賴以生存的環(huán)境被破壞，導(dǎo)致大量的神經(jīng)細(xì)胞死亡，同時(shí)血-腦脊液屏障的破壞使得血-腦脊液屏障通透性增加，促進(jìn)了腦水腫形成;活性自由基引起細(xì)胞膜和基膜的損傷，從而破壞血-腦脊液屏障的完整性，三者之間互相影響，使得腦組織的損傷不斷加重。大量氧自由基的產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)會造成神經(jīng)元內(nèi)線粒體膜結(jié)構(gòu)的損傷，使得氧化磷酸化的過程受阻，ATP的產(chǎn)生減少，同時(shí)也使細(xì)胞色素C能夠從線粒體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中，激活細(xì)胞凋亡。Wang等［15］研究證明，缺血/再灌注后能夠在細(xì)胞質(zhì)中檢測到細(xì)胞色素C。

缺血后適應(yīng)可以通過減少炎性介質(zhì)的釋放來實(shí)現(xiàn)腦保護(hù)作用，Xing等［16］研究發(fā)現(xiàn)，缺血后適應(yīng)可以降低再灌注后髓過氧化物酶的活性，減少炎性介質(zhì)的表達(dá)，抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)水平，進(jìn)而減少缺血/再灌注損傷中的神經(jīng)元凋亡。有研究表明缺血后適應(yīng)能夠通過減少基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)來減輕腦水腫的程度，達(dá)到缺血后適應(yīng)的腦保護(hù)作用［17］。Ren等［18］在延遲性缺血后適應(yīng)的研究中證明缺血后適應(yīng)可以減輕腦水腫的產(chǎn)生，保護(hù)血-腦脊液屏障的完整性。Wang等［15］研究發(fā)現(xiàn)缺血后適應(yīng)可以降低細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞色素C的濃度，提示缺血后適應(yīng)可能通過抑制細(xì)胞色素C的釋放阻止凋亡程序的激活，從而達(dá)到腦保護(hù)的作用。

在缺血后適應(yīng)的神經(jīng)保護(hù)作用中，Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具有重要的作用。Pignataro等［19］研究發(fā)現(xiàn)，在缺血早期進(jìn)行后適應(yīng)處理能夠提高Akr磷酸化水平，增強(qiáng)其活性使得神經(jīng)細(xì)胞能夠生存。同時(shí)，腦缺血引起的細(xì)胞凋亡受蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路的調(diào)節(jié)。δPKC激活導(dǎo)致細(xì)胞死亡，ζPKC則促進(jìn)細(xì)胞存活［15］。Gao等［20］研究發(fā)現(xiàn)，缺血后適應(yīng)處理阻止δPKC蛋白的折疊，對δPKC沒有影響，促進(jìn)腦缺血后ζPKC的磷酸化，降低腦缺血損傷。

2.4 缺血后適應(yīng)對神經(jīng)功能的影響 缺血預(yù)適應(yīng)促進(jìn)損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)，表現(xiàn)在肢體運(yùn)動(dòng)、共濟(jì)和皮質(zhì)功能各個(gè)方面，短期和長期療效都比較顯著。對缺血/再灌注后不同時(shí)間點(diǎn)Nogo-A的表達(dá)觀察發(fā)現(xiàn)Nogo-A蛋白表達(dá)于再灌注后1 d增加，7 d回到基礎(chǔ)水平，14 d再次升高，28 d再次降低。腦缺血早期Nogo-A升高提示Nogo-A在損傷早期抑制神經(jīng)再生中發(fā)揮了重要作用，而在腦缺血后期表達(dá)的減少提示在神經(jīng)纖維的再生修復(fù)和可塑性的調(diào)整中起到了一定的作用。在大鼠腦缺血/再灌注適應(yīng)術(shù)后1 h、48 h神經(jīng)功能評分結(jié)果發(fā)現(xiàn)手術(shù)后1 h夾閉頸總動(dòng)脈后處理組神經(jīng)功能缺損程度比缺血/再灌注組減輕［21］。說明缺血后適應(yīng)能夠改善早期缺血/再灌注大鼠的神經(jīng)功能障礙。神經(jīng)功能評分是在術(shù)后1 h測定的，排除了大鼠神經(jīng)功能損傷后的自我恢復(fù)，說明神經(jīng)功能的改善是由缺血后適應(yīng)引起的。

3 結(jié)語

近年來神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的保護(hù)和修復(fù)一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。神經(jīng)纖維再生抑制因子Nogo-A的表達(dá)與神經(jīng)損傷的修復(fù)密切相關(guān)。Nogo-A表達(dá)變化與缺血后神經(jīng)再生關(guān)系的研究對臨床上應(yīng)用新方法促進(jìn)缺血損傷后神經(jīng)再生有重要意義，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷再生的研究提供了新思路。因此，腦缺血后的神經(jīng)功能恢復(fù)以及各種缺血后適應(yīng)的處理方法都需要通過更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行摸索和驗(yàn)證，以獲得臨床可行的、保護(hù)效果最佳的干預(yù)方法。

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