層粘連蛋白-211缺失對(duì)骨骼肌組織發(fā)育、神經(jīng)髓鞘形成的影響及機(jī)制研究進(jìn)展

黃明清，吳靜 ，方克偉

(1昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，昆明650101;2昆明醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院)

層粘連蛋白-211是由定位于6q22～q23的LAMA2 基因編碼[1]，其分子量約為390 kDa，該蛋白是所有層粘連蛋白亞型中最重要的一種，由α2重鏈，β1、γ1輕鏈組成[2]。層粘連蛋白-211的主要功能是作為基膜的主要結(jié)構(gòu)成分對(duì)基膜的組裝起關(guān)鍵作用，其他作用如刺激細(xì)胞黏著、運(yùn)動(dòng)，刺激胚胎中神經(jīng)軸的生長,并促進(jìn)成年動(dòng)物的神經(jīng)損傷后重生長和再生等。研究[3]表明，層粘連蛋白-211在骨骼肌纖維和施萬細(xì)胞中發(fā)揮重要的作用，它的缺失會(huì)導(dǎo)致先天性肌營養(yǎng)不良，影響施萬細(xì)胞的髓鞘形成。目前，層粘連蛋白-211缺失對(duì)骨骼肌組織發(fā)育、神經(jīng)髓鞘形成影響的具體機(jī)制仍未明確，但學(xué)者們已在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行探討，并取得了一些成果，現(xiàn)就近年國內(nèi)外層粘連蛋白-211缺失對(duì)骨骼肌組織結(jié)構(gòu)、功能、再生和神經(jīng)髓鞘形成的影響及其機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 層粘連蛋白-211的結(jié)構(gòu)和功能

層粘連蛋白-211由1條重鏈(α2鏈)和2條輕鏈(β1鏈和γ1鏈) 經(jīng)二硫鍵交叉形成的具有“十”字形結(jié)構(gòu)的異源三聚體[4]。每種層粘連蛋白均由1條長臂和3條相似的短臂構(gòu)成。層粘連蛋白-211的長臂由3條多肽鏈的近C-末端區(qū)通過二硫鍵聚合形成的卷曲螺旋莖和由α2鏈C-末端延伸折疊而成的5個(gè)球形或LG(LG1～5)結(jié)構(gòu)域組成，LG結(jié)構(gòu)域采用β-夾心折疊，具有典型的鈣結(jié)合位點(diǎn)[5～7]。層粘連蛋白-211的3條子鏈N末端的短臂主要由N末端球狀域(LN)、層粘連蛋白表皮生長因子樣結(jié)構(gòu)域和層粘連蛋白IV結(jié)構(gòu)域[7, 8]組成。LN結(jié)構(gòu)域?yàn)榍驙钫郫B[9]。在骨骼肌細(xì)胞表面，層粘連蛋白-211自組裝成網(wǎng)絡(luò)，并且已經(jīng)證明α2鏈的LN結(jié)構(gòu)域?qū)τ趯诱尺B蛋白-211聚合成超分子網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要[10]。

層粘連蛋白-211的功能：①構(gòu)成基底膜。層粘連蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)分子，是構(gòu)成基底膜的主要成分。層粘連蛋白-211在肌纖維的肌膜和細(xì)胞外基質(zhì)之間建立了穩(wěn)定連接，是突觸外骨骼肌基底膜的主要成分，基底膜和膠原基質(zhì)共同被稱為肌基質(zhì)[11]。 骨骼肌基底膜維護(hù)了骨骼肌的完整性，促進(jìn)了肌細(xì)胞生成和突觸發(fā)生以及影響骨骼肌的再生[12]。②形成初級(jí)支架。層粘連蛋白形成的支架可以將細(xì)胞外基質(zhì)附著于細(xì)胞表面，并且可以作為平臺(tái)，將其他細(xì)胞外基質(zhì)成分如巢蛋白和膠原蛋白穩(wěn)定附著在該平臺(tái)上[11,13]。③層粘連蛋白-211 C末端的LG結(jié)構(gòu)域結(jié)合整合素α7β1和抗肌萎縮相關(guān)糖蛋白(DG)[2, 14, 15]。α7β1整合素主要在橫紋肌中表達(dá)，是由α-和β-亞基組成的異二聚體層粘連蛋白受體[16]，是第2個(gè)將層粘連蛋白-211與細(xì)胞骨架連接的跨膜單元，在卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域的參與下，通過層粘連蛋白α2LG1～3結(jié)構(gòu)域發(fā)生結(jié)合[14]。DG在翻譯后裂解為α-DG 和β-DG[17]，α-DG 的糖基化主要為人體內(nèi)少見的O-連接糖基化[18]。α-DG是高度糖基化的基底膜受體，通過它的多聚糖結(jié)構(gòu)“基質(zhì)聚糖”，與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM) 中含有層粘連蛋白 LG 1～3和4～5 結(jié)構(gòu)域的配體結(jié)合，在維持肌細(xì)胞完整性和腦發(fā)育方面發(fā)揮重要作用[18～20]。因此，這兩種受體都有助于將層粘連蛋白-211連接到細(xì)胞骨架上，并介導(dǎo)層粘連蛋白-211對(duì)骨骼肌完整性和功能的影響[21]，這兩種受體都有助于骨骼肌力量的生成，但只有dystroglycan才能維持肌纖維膜的完整性并保護(hù)骨骼肌免受損傷[21]。

2 層粘連蛋白-211缺失對(duì)骨骼肌組織結(jié)構(gòu)、功能、再生的影響及機(jī)制

層粘連蛋白-211的完全缺失,通常與LAMA2中功能突變的雙等位基因缺失有關(guān)，可導(dǎo)致嚴(yán)重的先天性肌營養(yǎng)不良表型[22]。部分層粘連蛋白-211的缺失，多由于錯(cuò)義或框架內(nèi)外顯子跳過突變引起，可能在兒童晚期或成人期表現(xiàn)為較輕的表型[23]。研究[24, 25]報(bào)道，層粘連蛋白-211的缺失可影響骨骼肌組織的結(jié)構(gòu)及功能，其機(jī)制如下 ：層粘連蛋白α2鏈的缺失干擾了層粘連蛋白-211的自聚合(通過LN結(jié)構(gòu)域)，從而影響成纖維細(xì)胞(主要是成纖維細(xì)胞-1)的積累，不能為巢蛋白提供支架，導(dǎo)致層粘連蛋白和IV型膠原之間不能形成關(guān)鍵的高親和力橋[26]，使得肌基底膜結(jié)構(gòu)遭到破壞,而肌基底膜的缺陷會(huì)導(dǎo)致骨骼肌纖維在收縮負(fù)荷下受損，肌纖維發(fā)生變性、再生、慢性炎癥和纖維化[27]；層粘連蛋白-211 α2鏈的缺失同時(shí)也干擾了層粘連蛋白-211與細(xì)胞表面受體如α-肌營養(yǎng)不良蛋白或整合素α7β1的相互作用(通過LG結(jié)構(gòu)域)[28, 29]，導(dǎo)致骨骼肌的結(jié)構(gòu)和功能異常。其具體機(jī)制：α-DG 通過跨膜蛋白β-DG 與細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白抗肌萎縮蛋白相連，形成抗肌萎縮蛋白-糖蛋白復(fù)合物，由于層粘連蛋白-211 α2鏈缺失導(dǎo)致α-DG不能與LG 1～3和4～5 結(jié)構(gòu)域的配體結(jié)合，從而導(dǎo)致該復(fù)合物不能通過層粘連蛋白-211把細(xì)胞外基質(zhì)連接到細(xì)胞骨架上，不能維持收縮過程中肌肉的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致骨骼肌結(jié)構(gòu)和功能異常；α7β1是由α-和β-亞基組成的異二聚體層粘連蛋白受體，在肌肉骨骼系統(tǒng)中主要分布于肌膜、神經(jīng)肌肉和肌腱連接處，層粘連蛋白-211 α2鏈缺失時(shí)，α7β1不能與LG1～3結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而影響細(xì)胞外基質(zhì)與細(xì)胞骨架的連接和信號(hào)的傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致肌肉的發(fā)育(如成肌細(xì)胞遷移、融合、分化)缺陷和功能異常[30]。

肌衛(wèi)星細(xì)胞在成熟的骨骼肌穩(wěn)態(tài)和再生中起前體細(xì)胞的作用，它在肌纖維和基底膜形成的微環(huán)境中處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且基底膜中的層粘連蛋白-211 α2鏈?zhǔn)枪趋兰〗M織中衛(wèi)星細(xì)胞生態(tài)位的組成部分[31, 32]。層粘連蛋白-211 α2鏈的缺失使得維持肌衛(wèi)星細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)的微環(huán)境被破壞，最終肌衛(wèi)星細(xì)胞池枯竭[33]，嚴(yán)重影響了骨骼肌的再生。

3 層粘連蛋白-211對(duì)神經(jīng)髓鞘形成的影響及機(jī)制

神經(jīng)髓鞘是包裹在神經(jīng)細(xì)胞軸突外面的一層膜，由施萬細(xì)胞和髓鞘細(xì)胞膜組成，其主要起電氣絕緣作用，以避免神經(jīng)信號(hào)在傳導(dǎo)過程中出現(xiàn)相互干擾。髓鞘的形成要經(jīng)歷軸突分選、包裹和髓鞘化等過程，而軸突分選取決于施萬細(xì)胞的增殖、分化和細(xì)胞骨架重塑，是髓鞘形成的先決條件。大量研究表明，層粘連蛋白-211對(duì)髓鞘的形成有重要影響，其主要機(jī)制有：①層粘連蛋白-211通過調(diào)節(jié)軸突分選來影響髓鞘的形成。研究[34]發(fā)現(xiàn)，軸突神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1的Ⅲ型(Nrg1Ⅲ)水平是調(diào)節(jié)髓鞘形成和髓鞘厚度的關(guān)鍵，Nrg1Ⅲ通過與ErbB2/ErbB3蛋白的受體酪氨酸激酶結(jié)合來促進(jìn)早熟的小直徑纖維髓鞘化，同時(shí)Nrg1Ⅲ過表達(dá)會(huì)導(dǎo)致髓鞘增生最終形成厚髓鞘。層粘連蛋白-211通過限制PKA的激活，阻礙了Nrg1Ⅲ與ErbB2的結(jié)合，使Nrg1Ⅲ的功能被抑制，從而防止在軸突分選過程中施萬細(xì)胞的過早分化，防止直徑小于1 μm的纖維形成髓鞘并且減少小口徑軸突的髓鞘厚度[35]。同時(shí)，層粘連蛋白和ErbB2衍生的信號(hào)可以調(diào)控結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白1，以調(diào)節(jié)p27的表達(dá)水平，從而調(diào)節(jié)施萬細(xì)胞的分化和增殖[36]。也有研究[37]表明，層粘連蛋白-211可通過調(diào)控黏附G蛋白偶聯(lián)受體(GPR126)介導(dǎo)的局部黏著斑激酶(FAK)來調(diào)控軸突分選。GPR126可裂解為N末端片段(NTF)和含7個(gè)跨膜的C末端片段，GPR126-NTF 與層粘連蛋白-211和β1整聯(lián)蛋白結(jié)合后可以激活局部FAK，F(xiàn)AK通過促進(jìn)施萬細(xì)胞在不成熟的基底膜上擴(kuò)散和收縮，從而促進(jìn)施萬細(xì)胞增殖并抑制分化，直至施萬細(xì)胞達(dá)到高密度。當(dāng)施萬細(xì)胞達(dá)到高密度時(shí)，細(xì)胞對(duì)cAMP的敏感性增加，cAMP通過PKA介導(dǎo)的磷酸化抑制RhoA激酶(調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖及周期性變化)和肌球蛋白輕鏈激酶(調(diào)節(jié)平滑肌收縮)，從而抑制施萬細(xì)胞增殖和收縮，最終促使施萬細(xì)胞分化，從而調(diào)節(jié)軸突分選[38]。②層粘連蛋白-211通過調(diào)控髓鞘化影響髓鞘形成。層粘連蛋白-211在施萬細(xì)胞表面上組裝基底膜(BM)促進(jìn)周圍神經(jīng)早期階段髓鞘的形成，并促使β1整聯(lián)蛋白(α6β1/α7β1)和其他受體活化[39]，活化的β1整聯(lián)蛋白與層粘連蛋白-211的LG結(jié)構(gòu)域相互作用，參與髓鞘化過程，同時(shí)也參與細(xì)胞骨架重塑；并且有效的髓鞘化需要高BM配體密度[40]。綜上可知，層粘連蛋白-211在髓鞘形成過程中發(fā)揮著重要作用，它的部分或完全缺失會(huì)影響周圍神經(jīng)髓鞘的形成。

總之，層粘連蛋白-211的缺失和突變可導(dǎo)致骨骼肌組織發(fā)育異常、神經(jīng)髓鞘形成障礙。層粘連蛋白-211通過其肽鏈的相應(yīng)區(qū)域與特殊的細(xì)胞受體及基底膜成分連接,而發(fā)揮其生物學(xué)功能,其α2鏈有多種受體的結(jié)合位點(diǎn)，是發(fā)揮功能的主要區(qū)域,已成為研究的熱點(diǎn)，但其β1鏈和γ1鏈的生物學(xué)功能仍需深入探討。