PirB蛋白在中樞神經(jīng)損傷修復(fù)中的作用

袁容娣，范 圍

·綜 述·

PirB蛋白在中樞神經(jīng)損傷修復(fù)中的作用

袁容娣，范 圍

中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后再生困難的一個(gè)重要原因是因?yàn)樗枨手写嬖谂c其相關(guān)的神經(jīng)生長抑制性因子，而PirB蛋白是新發(fā)現(xiàn)的這些因子的共同受體。許多研究發(fā)現(xiàn)PirB在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，并參與調(diào)控神經(jīng)元發(fā)育、生長導(dǎo)向及可塑性等作用，阻抑PirB功能后存在促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)再生修復(fù)的作用。深入了解PirB的功能可能為神經(jīng)再生帶來新的希望。

神經(jīng)損傷； PirB蛋白； 抑制因子； 軸突再生

廣義中樞神經(jīng)損傷可以由創(chuàng)傷、炎癥、缺血、退行性改變等多種因素導(dǎo)致，而中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)損傷后神經(jīng)再生修復(fù)困難一直是世界醫(yī)學(xué)難題。影響神經(jīng)元修復(fù)或再生的調(diào)節(jié)機(jī)制十分復(fù)雜，細(xì)胞外微環(huán)境對神經(jīng)抑制作用是公認(rèn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。視神經(jīng)髓鞘通常包繞視神經(jīng)軸突，當(dāng)神經(jīng)損傷后暴露在抑制性髓鞘相關(guān)分子的環(huán)境中，這些抑制性因子特異性地與軸突上的受體結(jié)合，導(dǎo)致生長錐板狀偽足和絲狀偽足細(xì)胞骨架不穩(wěn)定，從而阻礙視神經(jīng)再生[1]。神經(jīng)髓鞘中存在3種主要的生長抑制性因子：Nogo-A蛋白、少突膠質(zhì)細(xì)胞髓磷脂糖蛋白(oligodendrocyte myelin glycoprotein，OMgp) 和髓磷脂相關(guān)蛋白(myelin-associated glycoprotein，MAG)，配對免疫球蛋白樣受體B(paired immunoglobulin-like receptor B，PirB)是繼NgR受體之后新發(fā)現(xiàn)的另一重要共同受體。許多文獻(xiàn)表明，PirB蛋白在CNS神經(jīng)軸突再生及神經(jīng)可塑性調(diào)控方面具有重要作用。PirB成為CNS神經(jīng)損傷修復(fù)新的研究靶點(diǎn)。

1 髓鞘相關(guān)抑制因子( myelin-associated inhibitors，MAI)

Nogo-A、OMgp和MAG統(tǒng)稱為髓鞘相關(guān)抑制因子(myelin-associated inhibitors，MAI)。Nogo蛋白有三種亞型：Nogo-A,Nogo-B和Nogo-C，但Nogo-B和Nogo-C廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)外，Nogo-A主要表達(dá)于少突膠質(zhì)細(xì)胞，它有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域Nogo-66和Amino-Nogo。OMgp也表達(dá)于少突膠質(zhì)細(xì)胞，同Nogo-A一樣是軸突再生抑制的重要因子[2]。MAG屬于免疫球蛋白Ig家族，表達(dá)于中樞神經(jīng)和周圍神經(jīng)的髓鞘中[3]。它們具有共同的受體NgR，NgR是糖基磷脂酰肌醇-錨式蛋白，因?yàn)镹gR缺乏下游信號的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)而依賴于共同受體發(fā)揮信號傳導(dǎo)作用，通常與p75神經(jīng)營養(yǎng)素受體(NTR)，腫瘤壞死因子受體超家族成員(TROY)和神經(jīng)系統(tǒng)特異性跨膜受體(LINGO-1)形成復(fù)合體，進(jìn)一步激活小分子G蛋白RhoA及其Rho激酶(RhoA/ ROCK)信號通路抑制軸突的生長[4]。

2 配對免疫球蛋白樣受體B(paired immunoglobulin-like receptor B，PirB)

PirB是一種具有 6 個(gè)免疫球蛋白樣胞外結(jié)構(gòu)域和一個(gè)胞內(nèi)有 4 條免疫受體酪氨酸抑制性基序(ITIM多肽基序)的跨膜糖蛋白[5]。PirB來源于鼠類，與人白細(xì)胞免疫球蛋白樣受體(humanleucocyte immunoglobulin-like receptors，LILR)直系同源。PirB是典型的免疫球蛋白樣受體家族，廣泛表達(dá)于免疫系統(tǒng)的各種細(xì)胞中，參與了多種巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的免疫性疾病, 并在移植排斥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。PirB胞外結(jié)構(gòu)可結(jié)合主要組織相容復(fù)合體I類分子(MHC-I)，主要參與MHC-I類分子的識別[6]。研究認(rèn)為在免疫系統(tǒng)中，當(dāng)MHC-I與Nogo共同存在時(shí)，兩者競爭性結(jié)合PirB，但PirB與Nogo的親和力比MHC-I強(qiáng)[7]。而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中MHC-I和MAI與PirB的結(jié)合特性還需進(jìn)一步研究。

3 PirB 蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)情況

許多研究證實(shí)PirB廣泛表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的許多部位，而少見于周圍神經(jīng)系統(tǒng)。Syken等[8]發(fā)現(xiàn)PirB在小鼠的大腦皮層、海馬區(qū)、小腦、嗅球的神經(jīng)元細(xì)胞有較強(qiáng)的表達(dá)，包括神經(jīng)元的軸突、突觸部位及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。Adelson等[9]在大鼠大腦動(dòng)脈栓塞模型中發(fā)現(xiàn)，損傷側(cè)半腦PirB表達(dá)水平比未損傷側(cè)或假手術(shù)組顯著增加。Cai等[10]發(fā)現(xiàn)PirB蛋白在小鼠視網(wǎng)膜、視神經(jīng)、視皮質(zhì)、小腦、脊髓中均陽性表達(dá)，視網(wǎng)膜上主要分布在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層，小腦主要位于小腦顆粒狀細(xì)胞及浦肯野細(xì)胞，脊髓中主要在前后角神經(jīng)元。Gou等[11]采用小鼠短暫局灶性腦缺血模型發(fā)現(xiàn)PirB蛋白的mRNA在缺血再灌注2h后開始上升，24h 達(dá)到高峰，至缺血后第7天仍保持較高水平。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中PirB廣泛表達(dá)增高，表明PirB在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)中可能具有重要作用。

4 阻抑PirB對神經(jīng)再生修復(fù)的作用

CNS損傷后，單純靶向地抑制MAI可以調(diào)節(jié)未受損軸突的代償性出芽，但對已損傷的軸突再生的作用仍然有限[12]。因此，采用各種方法來抑制或阻斷MAI的受體NgR和PirB成為主要研究靶點(diǎn)。Zheng等[13]在早期研究中通過對小鼠NgR基因敲除后，發(fā)現(xiàn)損傷后的皮質(zhì)脊髓束神經(jīng)元再生有限，尤其是對Nogo-66抑制體外培養(yǎng)神經(jīng)元軸突生長毫無作用，這可能提示有其他受體的存在。隨后他們通過cDNA文庫篩選出LILRB2是Nogo-66的共同受體，而小鼠只有PirB是LILRB2的直系同源。對NgR基因敲除鼠體外培養(yǎng)神經(jīng)元行 PirB 抗體封閉后，在髓鞘抑制因子培養(yǎng)環(huán)境中培養(yǎng)的神經(jīng)元去抑制作用明顯降低，軸突長度及生長錐塌陷率接近正常陰性對照組，結(jié)論認(rèn)為PirB可能是比NgR更為重要的髓鞘抑制因子受體，但PirB與NgR兩者間是否存在協(xié)同作用還不明確[14]。

Omoto等[15-17]在PirB基因敲除小鼠的腦損傷模型和脊髓損傷模型中，通過觀察PirB基因敲除小鼠損傷后運(yùn)動(dòng)恢復(fù)情況、軸突的生長情況及軸突數(shù)量上的變化，結(jié)果卻未發(fā)現(xiàn)基因敲除PirB后可以促進(jìn)神經(jīng)再生或運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。但他們在小鼠視神經(jīng)損傷模型中證實(shí)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)可增加PirB敲除鼠視神經(jīng)軸突再生，但不增加野生型鼠的神經(jīng)再生，或許能間接說明PirB在神經(jīng)再生修復(fù)中的必要性。

也有許多研究證據(jù)表明去除PirB后可以促進(jìn)神經(jīng)的損傷修復(fù)。Dickson等[18]采用siRNA干擾大腦皮質(zhì)神經(jīng)元PirB的表達(dá)，可增加髓鞘抑制因子環(huán)境下培養(yǎng)的大腦皮質(zhì)神經(jīng)元生長進(jìn)度，同時(shí)阻止髓鞘抑制因子的抑制作用。Wang等[19]在大鼠腦缺血低氧模型中，采用PirB抗體阻斷處理后的大腦皮層神經(jīng)元具有更強(qiáng)的耐受性，并且軸突再生能力增強(qiáng)。Adelson等[9]采用小鼠腦缺血低氧損傷模型，發(fā)現(xiàn)PirB 基因敲除小鼠的梗死面積減小，同時(shí)運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，對PirB 基因敲除小鼠海馬進(jìn)行離體組織培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的死亡率顯著下降。

5 PirB在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的其他作用

在發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，大腦容易受外界環(huán)境刺激而改變，但這種神經(jīng)可塑性隨年齡增長逐漸下降。PirB抑制神經(jīng)可塑性可貫穿整個(gè)生命，通過關(guān)鍵期的治療和成年期PirB功能的干擾可使神經(jīng)可塑性得到提高[20]。研究還表明PirB可抑制眼視覺優(yōu)勢的可塑性。在PirB基因敲除鼠中，樹突棘密度和穩(wěn)定性明顯高于野生型鼠，在成年P(guān)irB敲除鼠中，眼視覺優(yōu)勢可塑性比野生型鼠更大而快速。PirB基因敲除鼠的樹突棘密度增加，并且對視覺剝奪變得不敏感，通過阻斷PirB功能有可能促進(jìn)弱視的恢復(fù)。PirB對視皮質(zhì)可塑性具有較強(qiáng)的抑制作用，可以調(diào)節(jié)皮質(zhì)樹突棘的密度，意味著阻斷PirB功能可能提高認(rèn)知功能或者恢復(fù)損傷后的認(rèn)知功能[21]。在阿爾茨海默病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)PirB是Aβ寡聚物的又一受體，缺乏PirB的小鼠可以不受Aβ對海馬功能的有害影響，PirB不僅加重成年小鼠記憶功能的缺失，還參與幼年小鼠視皮質(zhì)突觸可塑性的缺失[22]。PirB對神經(jīng)元生長抑制作用和突觸抑制作用具有相關(guān)性，哺乳動(dòng)物CNS損傷后可引起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改變以及多重水平上的神經(jīng)結(jié)構(gòu)重塑，CNS損傷后延長神經(jīng)活性有利于影響可塑性程度和功能恢復(fù)；同時(shí)，CNS損傷后還可引起一系列的功能性突觸改變。而PirB參與了調(diào)控神經(jīng)元發(fā)育、生長導(dǎo)向及可塑性等，這可能是未來治療CNS損傷修復(fù)的重要研究目標(biāo)。

6 PirB在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中介導(dǎo)的信號通路

有關(guān)PirB 蛋白是如何發(fā)揮效應(yīng)促進(jìn)中樞神經(jīng)元軸突生長和突觸可塑性抑制作用的下游信號途徑尚不明確，有關(guān)研究報(bào)道也較少。在免疫系統(tǒng)中，PirB同多數(shù)免疫球蛋白樣受體一樣通過招募癌基因Src的同源結(jié)構(gòu)域1和2的酪氨酸蛋白磷酸酶(SHP-1和SHP-2)至ITIM進(jìn)行細(xì)胞的負(fù)調(diào)控[6]。Fujita等[17]發(fā)現(xiàn)小鼠小腦顆粒狀神經(jīng)元中也存在MAG-PirB-SHP1/2信號通路，MAG可以與PirB 結(jié)合，進(jìn)一步招募SHP-1和SHP-2到PirB胞內(nèi)段，然后使TrkB受體去磷酸化，最終抑制神經(jīng)元軸突再生。Ramasamy等[23]研究發(fā)現(xiàn)Nogo-A也可通過PirB-SHP1/2信號通路來刺激神經(jīng)元干細(xì)胞存活和增殖。Dickson等[18]同樣在小鼠小腦顆粒狀神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)支架蛋白復(fù)合體(POSH)參與Nogo-A、PirB的下游信號，POSH再分別通過下游的亮氨酸拉鏈激酶(LZK)蛋白和Shroom家族成員3(Shroom3)蛋白經(jīng)兩條途徑發(fā)揮作用，但兩條通路最終都作用于肌球蛋白導(dǎo)致細(xì)胞骨架受損。那么在相同細(xì)胞模型中PirB分別采用完全不同的下游信號通路發(fā)揮作用，兩條通路的關(guān)系值得進(jìn)一步研究。同樣有意思的是，在阿爾茨海默病模型中，淀粉樣β蛋白(Aβ)可結(jié)合PirB受體后進(jìn)一步激活肌動(dòng)蛋白解聚因子(cofilin)，導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架改變，而非像NgR抑制神經(jīng)生長的信號通路是通過ROCK-LIM激酶途徑來激活cofilin[22]。到目前為止所發(fā)現(xiàn)的PirB下游信號通路還存在許多問題，各條通路是否存在交叉關(guān)聯(lián)也不明確，如何理清不同抑制性分子介導(dǎo)的信號通路間的關(guān)系還需進(jìn)一步探索(見圖1)。

圖1 PirB介導(dǎo)的信號通路

總之，神經(jīng)損傷修復(fù)仍然存在許多亟待解決的問題，不同神經(jīng)元損傷后進(jìn)行PirB阻斷的方法有不同神經(jīng)修復(fù)效果，仍有部分神經(jīng)損傷后阻抑PirB不能發(fā)揮作用。更全面地了解PirB的功能及信號通路才能進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)有效的藥物靶點(diǎn)。當(dāng)然，要想實(shí)現(xiàn)神經(jīng)的再生，可能還需要聯(lián)合多種手段，如增加細(xì)胞內(nèi)在生長潛能，減少神經(jīng)損傷后的神經(jīng)元凋亡，減少神經(jīng)損傷形成的瘢痕抑制作用，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞間的連接溝通關(guān)系等。

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(本文編輯： 黃小英)

The roles of PirB in repair of central nervous system injuries

YUANRong-di,FANWei

(Department of Ophthalmology,Xinqiao Hospital,Third Military Medical University，Chongqing 400037,China)

Regeneration after central nervous system injury is failed due to inherentmyelin-associated inhibitors.These inhibitors interact with a new receptor named paired immunoglobulin-like receptor B(PirB). Many studies have found that PirB,inhibition of which would bring about repair and regeneration of central nervous system,was widely expressed in central nervous system and participated in neuron growth and plasticity. A deep understanding of the function of PirB may bring new hope to nerve regeneration.

nerve injury; PirB; inhibitors; axonal regeneration

1009-4237(2017)01-0074-03

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81470630)

400037 重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院眼科

R 651

A 【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2017.01.024

2016-05-05；

2016-06-09)