軸突信號(hào)Neuregulin 1在施旺細(xì)胞發(fā)育及再生修復(fù)中的作用

鄭亞妮 綜述 張志英 審校

軸突信號(hào)Neuregulin 1在施旺細(xì)胞發(fā)育及再生修復(fù)中的作用

鄭亞妮 綜述 張志英 審校

神經(jīng)元軸突與施旺細(xì)胞（Schwann cells，SC）的相互接觸和信號(hào)交流，在周圍神經(jīng)發(fā)育早期及其損傷后的修復(fù)、再生過程中，均具有極其重要的作用。在發(fā)育早期，神經(jīng)元軸突對SC的增殖、遷移、分化和髓鞘化起著決定性作用。神經(jīng)損傷后，沃勒變性使軸突與遠(yuǎn)側(cè)SC失去接觸，SC基因及表型發(fā)生改變，細(xì)胞增殖，促進(jìn)軸突再生；當(dāng)再生軸突與失神經(jīng)SC形成接觸則觸動(dòng)其第二次增殖。研究顯示，神經(jīng)元軸突通過Neuregulin 1（NRG1）及其erbB受體介導(dǎo)，提高SC的增殖活力，應(yīng)用外源性NRG1能夠挽救軸突損傷后的SC凋亡，使SC增殖、遷移，促進(jìn)軸突再生。本文就NRG1對SCs增殖、分化、遷移、髓鞘化和損傷后的逆分化、再髓鞘化調(diào)控進(jìn)行綜述。

Neuregulin 1施旺細(xì)胞發(fā)育再生

1NRG1和ErbB受體

Neuregulins（NRGs）是一類細(xì)胞生長與分化調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白，神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白根據(jù)編碼基因不同分為神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1-6：NRG1、NRG2、NRG3、NRG4、NRG5和NRG6，其中NRG1最先被發(fā)現(xiàn)并得到大量研究[3]。NRG1對于心臟、乳腺，特別是神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育具有重要作用。NRG1蛋白質(zhì)異構(gòu)體結(jié)構(gòu)域包括：N末端結(jié)構(gòu)域、EGF樣結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)結(jié)構(gòu)域?；谄銷末端結(jié)構(gòu)域（Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型）、EGF樣結(jié)構(gòu)域（α型、β型），及其合成蛋白質(zhì)性質(zhì)（膜結(jié)合型、可溶型）的不同，而分為不同亞型。在NRG1Ⅰ和NRG1Ⅱ的N末端結(jié)構(gòu)域，存在一個(gè)免疫球蛋白（Ig）樣結(jié)構(gòu)域，區(qū)別在于NRG-1Ⅱ存在一個(gè)Kringle域（Kringle domain），而NRG1Ⅰ沒有，它們通過蛋白水解的方式，被剪切成可溶性NRG1，釋放到細(xì)胞表面，通過旁分泌發(fā)揮作用[2]。NRG1Ⅲ的N末端結(jié)構(gòu)域存在的不是一個(gè)Ig樣結(jié)構(gòu)域，而是一個(gè)半胱氨酸富集區(qū)（CRD）。它的激活需要蛋白酶切，并通過近分泌發(fā)揮作用[4]。NRG1亞型的表達(dá)水平和表達(dá)方式千差萬別。攜帶可導(dǎo)致特定亞型失活的突變小鼠表現(xiàn)出明顯不同的神經(jīng)發(fā)育過程，表明不同NRG1亞型具有不同的功能。其中，NRG1Ⅲ在周圍神經(jīng)的發(fā)育過程中作用顯著，而NRG1Ⅰ在周圍神經(jīng)損傷再生中扮演重要角色。

NRG1的EGF樣結(jié)構(gòu)可以結(jié)合并激活ErbB受體家族。ErbB受體酪氨酸激酶家族包括4個(gè)成員：ErbB1、ErbB2、ErbB3和ErbB4。ErbB4是唯一具有自主性的NRG1特異性ErbB受體，可作為酪氨酸激酶被配體單獨(dú)活化。而ErbB2活化需要ErbB3或ErbB4的參與，形成異源性二聚體，故ErbB2又被稱為共受體。ErbB3可與NRG1相結(jié)合，但本身具有較低的激酶活性，在ErbB2的協(xié)同下，其活性可大大提高，所以ErbB3須依賴異源二聚體激活[5]。

ErbB受體是以二聚體的形式發(fā)揮作用的。NRG1可直接與ErbB3或ErbB4結(jié)合，誘導(dǎo)ErbB二聚體的形成，從而激活酪氨酸激酶。ErbB受體激活后，ErbB2通過與ErbB3或ErbB4形成異源二聚體的方式，使酪氨酸自身磷酸化。在培養(yǎng)細(xì)胞體系中，ErbB受體可形成同源二聚體或異源二聚體，包括ErbB2/ErbB3、ErbB2/ErbB4異源二聚體和ErbB4/ErbB4同源二聚體。受體ErbB催化多肽鏈中的酪氨酸磷酸化，通過激活下游信號(hào)分子發(fā)揮作用。

2NRG1對SC生長發(fā)育的調(diào)控

SC大部分起源于神經(jīng)嵴[6]，小部分從神經(jīng)上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來[7]，其生長發(fā)育過程包括3個(gè)階段：神經(jīng)嵴細(xì)胞（Neural crest cells）轉(zhuǎn)化為施旺細(xì)胞前體（Schwann cell precursors，SCP），再轉(zhuǎn)化為未成熟SC，最后發(fā)育為成熟SC，成熟SC分別包繞軸突，形成有髓神經(jīng)纖維和無髓神經(jīng)纖維。

研究發(fā)現(xiàn)，NRG1可以誘導(dǎo)神經(jīng)嵴細(xì)胞向SCP分化。在向未成熟SC轉(zhuǎn)化過程中，SCP隨軸突的延長而增殖、遷移并依賴于軸突信號(hào)而存活[8]。NRG1調(diào)控SCP的增殖和遷移[9]。體內(nèi)研究顯示，軸突切斷可使發(fā)育過程中SC的凋亡數(shù)量增加10倍，用外源性的NRG1處理可防止和降低內(nèi)源性細(xì)胞死亡的發(fā)生[10]。在NRG1Ⅲ敲除體中，神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移數(shù)量及SCP和未成熟SC的形成數(shù)量明顯減少[11]。

徑向排序（Radial Sorting）是未成熟SC邁向成熟SC的關(guān)鍵，決定了SC是形成有髓還是無髓SC。軸突的直徑影響SC的徑向排序。當(dāng)軸突的直徑≥1 μm時(shí)，SC與軸突形成1∶1的關(guān)系，包繞軸突形成成髓前期SC（Promyelinating SC）；當(dāng)軸突直徑＜1 μm，SC則包繞多根軸突，不形成髓鞘，稱為Remak SC[12]。NRG1/ErbB信號(hào)在此過程中至關(guān)重要，SC正是借ErbB受體接受軸突信號(hào)NRG1，識(shí)別軸突的性質(zhì)而形成髓鞘，而對NRG1不表達(dá)或者低表達(dá)的軸突則不能被SC識(shí)別和選中，也就不能被包繞成髓。

3NRG1調(diào)控SC髓鞘化進(jìn)程

盡管軸突達(dá)到一定直徑才會(huì)髓鞘化，但軸突信號(hào)對髓鞘的啟動(dòng)及維持至關(guān)重要，其中NRG1的作用最為顯著。

在NRG1家族中，盡管其他亞型也很重要，但是對髓鞘表型起決定作用的是NRG1Ⅲ[13]。NRG1Ⅲ不僅是SC識(shí)別并包繞軸突形成髓鞘的關(guān)鍵因素，還調(diào)控髓鞘厚度[14]。神經(jīng)元中，NRG1Ⅲ必須達(dá)到閾水平，軸突才可能形成髓鞘，在此閾水平之上，NRG1Ⅲ表達(dá)越高，髓鞘板層越多，厚度越高[15]。在NRG1Ⅲ過度表達(dá)的基因突變動(dòng)物中，纏繞軸突的髓鞘數(shù)量明顯增多。此外，在體外培養(yǎng)中，NRG1Ⅲ可以使未髓鞘化的脊神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元形成髓鞘，說明NRG1Ⅲ是SC髓鞘化重要的生長因子。Remak束的形成同樣需要其參與，這也說明NRG1Ⅲ信號(hào)通路對有髓和無髓SC都很重要。

NRG1Ⅲ需特定的分泌酶激活，淀粉樣前體β位點(diǎn)蛋白（BACE-1）通過激活NRG1Ⅲ下游效應(yīng)器PI3K促進(jìn)髓鞘化[16]。而腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)化酶（ADAM17）則通過作用于NRG1抑制髓鞘化[17]。BACE-1和ADAM17一起調(diào)控髓鞘化[18]。

NRG1Ⅲ發(fā)揮作用的信號(hào)通路是神經(jīng)軸突分泌的NRG1Ⅲ與SC上的ErbB2/3受體結(jié)合發(fā)生磷酸化，激活的ErbB促使自身與SC表達(dá)的FAK（Focal adhesion kinase）結(jié)合，形成神經(jīng)元和SC間的起始信號(hào)。NRG1與ErbB2/3結(jié)合后，產(chǎn)生的起始信號(hào)可激活下游的有絲分裂激活蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇23激酶（PI3K）、磷脂酶2C（PLC）、蛋白激酶C和Janus kinase（Jak2 Stat）等幾個(gè)主要信號(hào)通路，在髓鞘化過程中發(fā)揮作用[19]。

4 周圍神經(jīng)再生過程中NRG1對SC的調(diào)控

周圍神經(jīng)損傷后，SC由髓鞘型變?yōu)樯L支持型，開始分裂、增殖。增殖的SC形成Bungner's帶，引導(dǎo)軸突再生。同時(shí)，SC分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子和細(xì)胞外基質(zhì)，防止受損神經(jīng)元凋亡，為軸突再生提供良好環(huán)境[1]。因此，在神經(jīng)再生過程中，SC扮演十分重要的角色。而此時(shí)沃勒性變（Wallerian degeneration）使軸突和遠(yuǎn)側(cè)端SC失去接觸，從而阻斷了NRG1Ⅲ對SC的正常調(diào)控。

此前研究普遍認(rèn)為，損傷后SC的再分化和再髓鞘化依然依賴軸突源性的NRG1Ⅲ調(diào)控。但Stassart等[19]研究發(fā)現(xiàn)，坐骨神經(jīng)損傷后2周，NRG1Ⅲ表達(dá)水平很低，即NRG1Ⅲ在再髓鞘化及神經(jīng)功能恢復(fù)過程中發(fā)揮的作用有限。而在神經(jīng)元中過表達(dá)NRG1Ⅰ，對再生神經(jīng)髓鞘厚度和神經(jīng)功能恢復(fù)都有較好的效果。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，損傷后的SC可以自己合成NRG1Ⅰ，將SC NRG1Ⅰ基因敲除小鼠與野生小鼠相比，其再生的髓鞘變薄，形成髓鞘的軸突數(shù)量變少，信號(hào)傳導(dǎo)變慢，軸突的再生以及運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)皆受到影響。此時(shí)SC通過自身合成NRG-1Ⅰ，替代軸突源性的NRG1Ⅲ，成為髓鞘再生的關(guān)鍵[20]。

軸突源性的NRG1Ⅰ過表達(dá)小鼠，再髓鞘化程度高于野生小鼠，說明其對再髓鞘化有一定的影響，但依然與正常的髓鞘厚度相差甚遠(yuǎn)。軸突源性的NRG-1Ⅰ可以通過旁分泌的作用，對遠(yuǎn)側(cè)端的SC發(fā)揮作用，將SC NRG1Ⅰ基因敲除小鼠進(jìn)行軸突源性的NRG1Ⅰ表達(dá)，發(fā)現(xiàn)髓鞘再生改善有限。提示軸突源性的NRG1Ⅰ不能替代SC源性的NRG1Ⅰ，兩者在髓鞘和周圍神經(jīng)再生中發(fā)揮不同的作用。SC源性NRG1Ⅰ的作用發(fā)揮于神經(jīng)損傷早期，而軸突源性NRG1Ⅰ的作用則主要在神經(jīng)損傷后期，即軸突再生和SCs再髓鞘化時(shí)，軸突源性和SCs源性的NRG1Ⅰ，在周圍神經(jīng)損傷后，共同致力于神經(jīng)的再分化和再髓鞘化調(diào)控作用[17]。

NRG1Ⅰ通過ErbB受體和MAPK通路發(fā)揮作用。有體外研究認(rèn)為，MAPK通路對SC分化有負(fù)調(diào)控作用[21]。而最近研究表明，MAPK信號(hào)在SC的分化和髓鞘化過程中具有重要作用[22]。

5 展望

研究表明，NRG1Ⅲ和NRG1Ⅰ分別在周圍神經(jīng)發(fā)育和損傷再生中發(fā)揮重要作用，在SC的分化、增殖、髓鞘化，以及再髓鞘化過程中扮演重要角色。周圍神經(jīng)損傷后，軸突源性的NRG1對遠(yuǎn)側(cè)端SCs的調(diào)控作用減弱甚至消失。大量研究顯示，移植的神經(jīng)元能在周圍神經(jīng)存活，并促進(jìn)周圍神經(jīng)損傷修復(fù)[23-25]，其作用機(jī)制是否與NRG1及其受體通路有關(guān)，還有待進(jìn)一步的深入研究。

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The Effect of Axonal Signal Neuregulin 1 on the Development and Regeneration of Schwann Cells

Neuregulin 1;Schwann cell;Development;Regeneration

R338

B

1673－0364（2017）01－0045－03

ZHENG Yani, ZHANG Zhiying．
Department of Human Anatomy,Research Center of Regenerative Medicine,Second Military Medical U-niversity,Shanghai 200433,China．Corresponding author:ZHANG Zhiying(E-mail:zhiying1963@163.com)．

2016年8月7日；

2016年10月14日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.01.013

國家自然科學(xué)基金（81271396）。

200433上海市第二軍醫(yī)大學(xué)解剖教研室、再生醫(yī)學(xué)中心。

張志英（E-mail：zhiying1963@163.com）。

【Summary】Physiological interactions and reciprocal signaling between axons and Schwann Cells(SC)play important roles in nerve development and regeneration after peripheral nerve injury.During development,axonal signaling is essential for SC proliferation,migration,differentiation and myelination.After nerve injury,Wallerian degeneration completely disrupts axon-SC contacts,SC genetic and phenotypic changes,cell proliferate and promote axon regeneration.When the regenerated axon contacts with denervated SC,the second proliferation wave begins.Studies have shown that neuronal axons through Neuregulin 1(NRG1)and its erbB receptor to mediate the SCs proliferation activity,application of exogenous NRG1 can save SC and prevent apoptosis,promote SC proliferation and migration and axon regeneration.In this paper,NRG1 as a driving force for SC proliferation,differentiation,migration,myelination during development and redifferentiation,remyelination after injury were reviewed.