肖嵐,王永堂,位景香,舒亞海,魯秀敏,余瑛
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配對免疫球蛋白樣受體B與神經(jīng)再生
肖嵐1,王永堂2,位景香1,舒亞海1,魯秀敏1,余瑛1
[摘要]成年哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)損傷后難以恢復,主要是由于中樞微環(huán)境中髓磷脂相關(guān)抑制因子介導的神經(jīng)生長抑制作用引起的。配對免疫球蛋白樣受體B(PirB)作為其主要受體之一,在CNS損傷后高表達,參與神經(jīng)生長抑制信號的傳遞。敲除或阻斷PirB,能促進脊髓損傷動物神經(jīng)再生,緩解β-淀粉樣蛋白對阿爾茨海默病的病理影響,顯著誘導缺氧缺血損傷后皮層神經(jīng)元軸突再生,恢復中樞炎性神經(jīng)病模型動物的神經(jīng)功能,視神經(jīng)損傷后的視覺重塑功能加強。
[關(guān)鍵詞]配對免疫球蛋白樣受體B;髓磷脂相關(guān)抑制因子;軸突生長;神經(jīng)再生;綜述
[本文著錄格式]肖嵐,王永堂,位景香,等.配對免疫球蛋白樣受體B與神經(jīng)再生[J].中國康復理論與實踐,2016,22(5): 544-547.
作者單位:1.重慶理工大學藥學與生物工程學院,重慶市400054;2.第三軍醫(yī)大學大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所,創(chuàng)傷、燒傷與復合傷國家重點實驗室,重慶市400042。
外周神經(jīng)系統(tǒng)(peripheral nervous system,PNS)軸突受損后,神經(jīng)元具有很強的調(diào)節(jié)軸突再生能力;而成年哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)受損后則很難再生。一方面是因為神經(jīng)纖維生長能力受限、膠質(zhì)瘢痕的形成及神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏等多種因素致使損傷軸突再生困難;另一方面由于損傷的中樞微環(huán)境中髓磷脂相關(guān)抑制因子(myelin-associated inhibitors,MAIs)大量存在。中樞微環(huán)境MAIs主要包括髓磷脂相關(guān)糖蛋白(myelin-associated glycoprotein,MAG)、少突膠質(zhì)細胞髓磷脂糖蛋白(oligodendrocyte myelin glycoprotein,OMgp)及Nogo蛋白。
MAG是最早確定的MAIs,在神經(jīng)元發(fā)育早期起促進作用,對成熟神經(jīng)元生長則起抑制作用,CNS少突膠質(zhì)細胞表達量高于外周神經(jīng)系統(tǒng)施萬細胞[1]。
Nogo是另一種重要的MAIs。Nogo蛋白由于啟動子和mRNA剪接方式的不同,呈現(xiàn)出Nogo-A、Nogo-B及Nogo-C三種亞型,但普遍認為Nogo-A對神經(jīng)再生的抑制作用最強,研究也最為廣泛[2-3]。Nogo-A蛋白是一種跨膜蛋白,發(fā)揮抑制作用的區(qū)域為胞外Nogo-66及胞內(nèi)氨基末端區(qū)域(Amino-Nogo-A)。Amino-Nogo-A區(qū)域的NogoΔ20能通過激活Ras同源基因家族成員A(Ras homolog gene family,member A,RhoA),誘導生長錐坍塌,并抑制軸突生長;特異性封閉該區(qū)域可能解除CNS髓磷脂對軸突再生的抑制效應(yīng)[4]。
OMgp主要在CNS少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元以及PNS中表達。最早發(fā)現(xiàn)缺乏OMgp的小鼠CNS郎飛結(jié)側(cè)支出芽增加,表明OMgp對軸突出芽具有抑制作用[5]。脊髓損傷后,體內(nèi)缺乏OMgp表達的小鼠軸突生長及功能恢復均不同程度改善[6]。
Nogo、MAG及OMgp雖均能與Nogo受體(Nogo-66 receptors,NgR)結(jié)合,但不能有效促進神經(jīng)軸突生長[7]。配對免疫球蛋白樣受體B(paired immunoglobulin like receptor B,PirB)作為一種親和力更高的MAIs受體,不僅參與神經(jīng)突起的生長及突觸可塑性調(diào)節(jié)[8],還能與NgR一起作為MAIs共同受體,介導髓磷脂抑制信號傳遞,進而發(fā)揮再生抑制效應(yīng)[4]。體內(nèi)外針對PirB的突變體及功能性阻斷PirB均能很好解除神經(jīng)軸突再生及突觸可塑抑制作用,最終達到神經(jīng)再生的目的。
PirB蛋白由單一PirB基因編碼,定位于7號染色體近端,結(jié)構(gòu)相對保守[9]。PirB最早作為免疫抑制性受體發(fā)現(xiàn)于小鼠免疫細胞,為Ⅰ型跨膜糖蛋白,胞外有6個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域,跨膜區(qū)域為疏水片段,胞內(nèi)含4個免疫受體酪氨酸抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif,ITIM)樣結(jié)構(gòu)的功能區(qū),可以招募酪氨酸磷酸酶SHP-1/SHP-2,從而促進下游抑制信號的傳遞。在免疫系統(tǒng)中,PirB作為主要組織相容性復合物(major histocompatibility complexⅠ,MHCⅠ)受體,參與多種免疫反應(yīng)[10]。
有研究證實,CNS也可檢測到免疫分子如MHCⅠ分子及其受體PirB蛋白及mRNA的表達;同時,PirB也是繼NgR后發(fā)現(xiàn)的第二種MAIs受體,能與CNS中的Nogo、MAG及OMgp高親和力結(jié)合[8,11]。在受損CNS中,不同神經(jīng)元表面,包括大腦皮層、小腦神經(jīng)元及軸突細胞等,都能檢測到PirB表達;PirB在損傷位點及特定神經(jīng)傳入和傳出信號中的表達增加,但在正常成年脊髓中的表達卻很低[12-13]。另外,PirB具有多種同源物,人類同源物是人白細胞球蛋白樣受體(leukocyte immunoglobulin-like receptors,LILRs)[14]。
研究發(fā)現(xiàn),PirB突變小鼠運動皮層外傷后,皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract,CST)和皮質(zhì)紅核束出芽纖維數(shù)量沒有增加,行為學測試也未見運動功能恢復,單純阻斷PirB可能并不能很好促進皮層損傷后軸突再生及運動功能改善[15]。
NgR1和PirB作為MAIs的共同受體,可能共同參與髓鞘軸突再生抑制信號的傳遞。NgR1缺失神經(jīng)細胞在應(yīng)用PirB功能阻斷性抗體治療后,CNS髓鞘基質(zhì)中神經(jīng)突起增長明顯,且與NgR1基因敲除相比,PirB基因敲除后軸突再生似乎更為明顯;體外研究發(fā)現(xiàn),NgR1基因敲除對PirB基因敲除引起髓磷脂軸突再生抑制作用的逆轉(zhuǎn)也具有促進作用[8,15]。
免疫系統(tǒng)中,PirB作為MHCⅠ類分子受體,參與免疫抑制信號傳遞[10]。在CNS中,神經(jīng)元及軸突損傷后再生的調(diào)節(jié)機制比較復雜,環(huán)磷酸腺苷-蛋白激酶A(cAMP-protein kinase A, cAMP-PKA)與Rho-Rho相關(guān)螺旋卷曲蛋白激酶(Rho/Rho-associated coil-forming protein kinase,Rho-ROCK)信號通路是調(diào)節(jié)神經(jīng)元及軸突再生的關(guān)鍵途徑[16],而PirB介導的神經(jīng)軸突生長及突觸可塑性的抑制作用途徑并不十分明確。
MAG與PirB胞外段結(jié)合,使SHP-1/SHP-2聚集,調(diào)節(jié)原肌球蛋白受體激酶磷酸化,導致Trk受體去磷酸化,促使神經(jīng)元生長相關(guān)酶失活,從而誘導受損中樞神經(jīng)軸突再生抑制信號傳遞;阻斷SHP-1/SHP-2活性將一定程度緩解MAG介導的神經(jīng)生長抑制作用;體內(nèi)轉(zhuǎn)染SHP-1/SHP-2小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)能誘導小鼠損傷視神經(jīng)軸突再生,而在神經(jīng)元中也檢測到磷酸化的PirB胞內(nèi)段[14,17-18]??梢奡HP-1/ SHP-2在神經(jīng)生長抑制作用中扮演重要角色。
與NgR一樣,PirB介導的MAIs抑制信號的傳遞也需要低親和力的神經(jīng)營養(yǎng)素受體p75(p75 neurotrophin receptor,p75NTR)參與。MAG與PirB結(jié)合時,p75NTR能激活SHP-2和TrkB去磷酸化,誘導軸突生長抑制信號的傳遞;突變的視神經(jīng)損傷小鼠,神經(jīng)軸突再生及TrkB去磷酸化程度更低。由此可見,對于特定的神經(jīng)束,p75NTR可能在PirB介導的神經(jīng)軸突再生抑制信號中發(fā)揮重要作用[17,19]。p75NTR共同受體和PirB下游重要底物信號分子POSH依賴的RhoA-ROCK信號也參與NgR及PirB介導的軸突抑制信號通路,調(diào)節(jié)神經(jīng)突觸可塑及神經(jīng)軸突再生[20]。同時,PirB也可作為MHCⅠ類分子受體,與MHCⅠ相互作用,參與神經(jīng)發(fā)育及可塑性調(diào)節(jié),MHCⅠ及PirB基因敲除對小鼠的視神經(jīng)具有保護效果[21]。
軸突損傷是許多中樞神經(jīng)損傷的關(guān)鍵病理學表現(xiàn)。CNS軸突損傷修復困難主要是由于中樞微環(huán)境中MAIs的存在,通過與其共同受體結(jié)合,介導下游軸突再生抑制信號的傳遞。在CNS中,PirB表達于神經(jīng)元亞型,參與抑制視覺皮質(zhì)經(jīng)驗依賴性重塑過程,并且作為CNS軸突再生及突觸可塑性修復的一種重要的MAIs功能性受體,參與神經(jīng)再生抑制效應(yīng)的調(diào)控[13]。近年來,人們對PirB在神經(jīng)損傷修復調(diào)節(jié)作用的研究也越來越深入。
3.1脊髓神經(jīng)再生
脊髓損傷是發(fā)生在神經(jīng)椎管內(nèi)神經(jīng)元劇烈的創(chuàng)傷性損傷而導致暫時或永久性的感覺及運動功能缺損。中樞微環(huán)境中PirB 與MAIs結(jié)合,抑制CNS損傷后軸突再生及突觸可塑。大鼠脊髓半切動物模型中,損傷后10 d內(nèi),PirB蛋白表達顯著升高[22]。免疫組化研究顯示,單側(cè)腰髓損傷10 d時,損傷側(cè)背根神經(jīng)節(jié)、坐骨神經(jīng)及脊髓節(jié)段PirB表達增加,并延神經(jīng)元和軸突膜分布,損傷位點PirB的表達與腦及周圍神經(jīng)系統(tǒng)具有一定的生理功能聯(lián)系[13]。體內(nèi)免疫組化檢測到PirB在CST中表達[14]。胸髓損傷后,大腦皮層內(nèi)PirB表達小幅升高,3 d后,損傷部位PirB表達明顯上調(diào)。但背側(cè)脊髓半切的PirB突變小鼠卻沒有表現(xiàn)出顯著的CST出芽或再生,且后肢運動功能與野生型小鼠相比也沒有明顯改善;PirB基因敲除小鼠皮質(zhì)受損后,既沒有皮質(zhì)紅核束和CST重塑,也沒有運動功能改善[14,23]。因此,CNS損傷后阻斷PirB并不足以引起廣泛軸突再生。早期研究發(fā)現(xiàn),同時阻斷NgR和PirB將能抵消MAIs對軸突再生的抑制作用[12]。這表明,除NgR外,PirB在CNS再生過程中可能扮演著重要角色。
3.2腦神經(jīng)再生
阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease,AD)是一種常見的神經(jīng)退行性疾病,可導致老年人記憶力衰退及認知功能障礙。研究表明,可溶性β-淀粉樣蛋白(β-amyloid,Aβ)是AD主要的病理因素,Aβ低聚物影響突觸可塑性,并導致與AD有關(guān)的突觸數(shù)量減少。PirB人鼠同源物是LILRB2[24],不僅可作為MAIs受體,還可作為Aβ低聚物受體之一參與AD的發(fā)生發(fā)展過程。PirB也是MHCⅠ受體。MHCⅠ抗原誘導處理海馬神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細胞信號通路,能通過增強神經(jīng)免疫信號或改變突觸體內(nèi)平衡誘導老年性海馬功能障礙,在認知障礙老年大鼠中,PirB的表達增加都伴隨海馬的衰老[25]。小鼠Aβ低聚物對海馬的有害影響需要PirB的高表達。AD轉(zhuǎn)基因小鼠模型中,PirB不僅誘導成年大鼠記憶力衰退,還介導青少年視覺皮層突觸的可塑性損傷;在人大腦中,Aβ低聚物受體LILRB2可能誘導突觸丟失及認知功能障礙;通過PirB,Aβ低聚物才能確保神經(jīng)肌動蛋白組織信號通路,導致突觸丟失[24,26]。小鼠的學習記憶測試結(jié)果表明,PirB敲除小鼠能夠緩解Aβ毒性引起的不利影響,腦片培養(yǎng)結(jié)果顯示海馬體長時程增強,AD小鼠模型中PirB有助于Aβ誘導的記憶障礙[27]。
新生大鼠缺血缺氧性腦?。╤ypoxic-ischemic brain damage,HIBD)皮層神經(jīng)元中,PirB蛋白及mRNA表達水平增加;加入胞外區(qū)域特異性抗PirB抗體,能顯著誘導皮層神經(jīng)元軸突再生[28]。腦內(nèi)注射胞外段特異性抗PirB抗體,培養(yǎng)阻斷PirB表達的HIBD細胞72 h,ROCK活性降低[29]。
健康大腦中的MHCⅠ及PirB可抑制軸突可塑及學習運動功能。缺血性腦卒中不僅導致缺血區(qū)梗死,還會造成二級損傷區(qū)域選擇性神經(jīng)元丟失,最終影響腦卒中后神經(jīng)功能的恢復[30-31]。腦卒中能上調(diào)PirB表達并激活其下游信號,引起行為障礙;PirB敲除小鼠大腦中動脈阻塞后,神經(jīng)元突觸可塑性損傷明顯緩解,從而促進其功能恢復[21]。此外,PirB在免疫系統(tǒng)中具有重要作用,可能會加重缺血后腦損傷。
內(nèi)毒素脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導急性及慢性腦內(nèi)炎癥大鼠模型中,皮質(zhì)及海馬內(nèi)神經(jīng)元及活化星形膠質(zhì)細胞PirB表達上調(diào)[32]。Deng等給大鼠右側(cè)海馬注射脂多糖1個月后,發(fā)現(xiàn)與對照組相比,同側(cè)海馬及皮層PirB蛋白表達水平顯著升高,免疫反應(yīng)明顯增強,且在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞中PirB陽性細胞增加;水迷宮檢測發(fā)現(xiàn),大鼠學習記憶能力減弱[33]。給大鼠腹腔注射脂多糖,海馬內(nèi)椎體神經(jīng)元頂樹突長度及樹突棘密度降低[34]。脂多糖誘導腦炎引起的海馬結(jié)構(gòu)改變及突觸丟失,同時上調(diào)活化的星形膠質(zhì)細胞中PirB的表達,PirB可能參與腦內(nèi)炎癥突觸可塑性調(diào)節(jié),阻斷PirB將有可能作為神經(jīng)退行性疾病的干預及治療提供新的思路。
3.3視神經(jīng)再生
視覺損傷是不可逆的,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cells,RGCs)損傷后軸突再生困難。RGCs神經(jīng)元位于視網(wǎng)膜最內(nèi)層,從視網(wǎng)膜沿著神經(jīng)元向大腦傳遞視覺信號,RGCs凋亡也是多種眼科疾病發(fā)生的最終途徑[35]。PirB對視覺皮層可塑性基板結(jié)構(gòu)有強大的負性調(diào)節(jié)作用,能調(diào)節(jié)皮層神經(jīng)元樹突棘的密度;功能性阻斷PirB能提高認知及損傷修復能力[36]。視神經(jīng)受損后,存在多種影響其軸突再生的因素,PirB作為其中一種重要的軸突生長抑制因子受體,除了表達于CNS,還表達于小鼠RGCs[37]。PirB在完整的視神經(jīng)及視網(wǎng)膜上均有表達。視神經(jīng)損傷后,PirB蛋白表達水平提高[38]。
PirB也表達于前腦神經(jīng)元,PirB敲除小鼠顯示出很強的視覺皮層可塑性[12]。間接阻斷PirB信號通路,視神經(jīng)損傷小鼠RGCs軸突再生能力明顯增強[19]。小鼠視覺皮質(zhì)通過微量泵注入可溶性PirB胞外段后,小鼠軸突可塑性增強;靶向阻斷PirB將能誘發(fā)形成新的功能性突觸,增強成年視覺皮層神經(jīng)可塑性[39]。體外慢病毒轉(zhuǎn)染研究證實,PirB表達于RGCs中,培養(yǎng)5 d時PirB mRNA水平達到最高,7 d時PirB蛋白水平達峰值,提示PirB可能是在軸突分化階段抑制神經(jīng)發(fā)育[40]。體內(nèi)外實驗均證實,PirB可能是視神經(jīng)損傷后MAIs軸突再生抑制的關(guān)鍵分子,高表達PirB可能是視神經(jīng)損傷后軸突難以再生的重要因素,功能性阻斷PirB或抑制PirB表達將增強視神經(jīng)損傷軸突可塑性并提高神經(jīng)軸突的再生能力。
PirB不僅是免疫系統(tǒng)MHCⅠ類分子受體,還作為MAIs受體表達于CNS,介導中樞神經(jīng)軸突再生及突觸可塑性抑制信號的傳遞。靶向干預PirB可能有助于CNS損傷及神經(jīng)退行性疾病的緩解,為中樞神經(jīng)損傷治療提供了新的治療靶點。但由于功能性阻斷PirB對CNS系統(tǒng)損傷治療結(jié)果的不一致性,哺乳動物CNS受損后PirB介導抑制信號作為一種潛在治療靶點尚需進一步研究。同時,PirB在CNS中對小鼠學習和記憶也有重要作用,PirB作為健康大腦的功能分子也需要更深入的研究。
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Role of Paired Immunoglobulin-like Receptor B in Nerve Regeneration(review)
XIAO Lan1,WANG Yong-tang2,WEI Jing-xiang1,SHU Ya-hai1,LU Xiu-min1,YU Ying1
1.College of Pharmacy and Biological Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China;2.State Key Laboratory of Trauma,Burns and Combined Injury,Institute of Surgery Research,Daping Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400042,China
Correspondence to LU Xiu-min,YU Ying.E-mail:luxm@cqut.edu.cn(LU Xiu-min);xxyy@cqut.edu.cn(YU Ying)
Abstract:It is difficult for regeneration of central nervous system(CNS)in adult mammals,and myelin-associated inhibitors(MAIs)are believed to be major contributors.Paired immunoglobulin-like receptor B(PirB),as a co-receptor of MAIs,and expresses highly in CNS after injury,plays a vital role in the signal transduction of inhibition in the injured CNS.Knockout or block of PirB in vitro and in vivo may promote the neuro-regeneration after spinal cord injury or hypoxic-ischemic brain damage,release the damage induced by β-amyloid in Alzheimer's disease,recover the neural function in brain inflammation models,improve the reconstruction of vision after optic nerve injury,and so on.PirB may be a potential therapeutic target for neuro-regeneration and synaptic plasticity.
Key words:paired immunoglobulin-like receptor B;myelin-associated inhibitors;axonal growth;nerve regeneration;review
[中圖分類號]R741
[文獻標識碼]A
[文章編號]1006-9771(2016)05-0544-04
DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2016.05.012
基金項目:1.國家自然科學基金項目(No.81101464);2.重慶理工大學研究生創(chuàng)新基金項目(No.YCX2014231)。
作者簡介:肖嵐(1987-),女,漢族,四川南充市人,碩士研究生,主要研究方向:神經(jīng)再生及相關(guān)藥物研究。通訊作者:魯秀敏、余瑛。E-mail:luxm@cqut.edu.cn(魯秀敏);xxyy@cqut.edu.cn(余瑛)。
收稿日期:(2015-12-20修回日期:2016-01-18)