軸突再生過程中髓鞘相關(guān)抑制因子的研究進(jìn)展*

湯 欣 ，湯淳康

（1南通大學(xué)神經(jīng)再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，神經(jīng)再生協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇226001；2南通市中醫(yī)院）

軸突再生是神經(jīng)損傷后機(jī)體啟動(dòng)的一系列復(fù)雜協(xié)調(diào)過程。成年哺乳動(dòng)物周圍神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）與中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）相比，其內(nèi)源性神經(jīng)再生能力更強(qiáng)，能在損傷后實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)重塑和功能重建，此過程中發(fā)生多個(gè)細(xì)胞分子生物學(xué)事件，包括施萬細(xì)胞和巨噬細(xì)胞快速有效清除崩解的軸突髓鞘碎片，軸突軸漿運(yùn)輸能量分泌信號(hào)分子至末端生長(zhǎng)錐，細(xì)胞骨架蛋白的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，以及基底膜完整性的重建等，共同形成損傷局部的再生微環(huán)境。整個(gè)再生過程涉及神經(jīng)營養(yǎng)因子受體、神經(jīng)元細(xì)胞膜離子通道、生長(zhǎng)因子信號(hào)通路等激活，促使神經(jīng)元再生程序上調(diào)，近端軸突萌芽，再生神經(jīng)纖維通過損傷部位，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端靶器官的重新支配。

髓鞘主要成分為髓磷脂，具有保護(hù)神經(jīng)元，維護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)保持穩(wěn)定，增強(qiáng)軸突傳導(dǎo)特別是快速有效的動(dòng)作電位跳躍式傳導(dǎo)作用。損傷軸突重新獲得軸突包繞形成髓鞘，是神經(jīng)功能恢復(fù)的生物學(xué)基礎(chǔ)。髓鞘再生過程受正性促進(jìn)因素與負(fù)性抑制因素的共同調(diào)節(jié)。促進(jìn)軸突再生因子主要包括神經(jīng)營養(yǎng)因子，神經(jīng)調(diào)節(jié)素，神經(jīng)元離子通道電活動(dòng)以及成髓鞘的電生理過程等。近年越來越多的研究表明，影響軸突再生主要因素是髓鞘相關(guān)抑制因子的存在。因此，本文重點(diǎn)對(duì)軸突再生過程中髓鞘相關(guān)抑制因子進(jìn)行綜述，包括髓磷脂相關(guān)糖蛋白（myelin-associated glycoprotein，MAG），少突膠質(zhì)細(xì)胞的髓鞘糖蛋白（oligodendrocyte myelin glycoprotein，OMgp），軸突生長(zhǎng)抑制蛋白（neurite outgrowth inhibitor，Nogo）及其受體，以及與細(xì)胞黏附分子類、軸突導(dǎo)向因子類相關(guān)抑制因子。

1 髓磷脂相關(guān)抑制因子

1.1 MAG MAG主要表達(dá)于髓鞘形成膠質(zhì)細(xì)胞，即CNS少突膠質(zhì)細(xì)胞與PNS施萬細(xì)胞，在CNS和PNS中都是潛在抑制髓鞘再生關(guān)鍵因子[1]。MAG是高度特化的髓鞘組分，在髓鞘形成的早期階段就開始表達(dá)，不同的是，MAG在PNS髓磷脂中含量只有CNS的1/10。神經(jīng)損傷后，MAG能阻止神經(jīng)元軸突萌芽，繼而引發(fā)軸突生長(zhǎng)錐塌陷，最終抑制神經(jīng)突起生長(zhǎng)[2]。MAG基因敲除小鼠隨著發(fā)育過程，出現(xiàn)神經(jīng)纖維磷酸化表達(dá)水平降低，神經(jīng)軸突直徑減小，甚至出現(xiàn)髓鞘崩解現(xiàn)象。因此，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，MAG起到調(diào)節(jié)髓鞘發(fā)育成熟過程和成熟后維持髓鞘完整性的重要作用。神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育成熟后，MAG呈持續(xù)性高表達(dá)，MAG結(jié)合神經(jīng)節(jié)苷脂分布于軸突膜表面髓鞘形成的軸突和施萬細(xì)胞上。在PNS損傷后的再生過程中對(duì)髓鞘再生有顯著的抑制作用[3]。神經(jīng)元生長(zhǎng)錐中含有神經(jīng)節(jié)苷脂與脂質(zhì)，MAG結(jié)合神經(jīng)節(jié)苷脂信號(hào)，阻斷再生生長(zhǎng)錐對(duì)軸突導(dǎo)向信號(hào)的反應(yīng)[4]。另有研究表明，MAG通過激活抑制軸突再生的重要信號(hào)分子RhoA，顯著減少抑制體外培養(yǎng)以及動(dòng)物體內(nèi)損傷周圍軸突分支化過程[5]。

1.2 OMgp OMgp是糖基磷脂酰肌醇結(jié)合的髓鞘蛋白，在CNS神經(jīng)元和成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞中都有表達(dá)，有研究表明也存在于PNS髓鞘中，具有抑制神經(jīng)突起生長(zhǎng)作用[6-7]。OMgp大約只占髓磷脂蛋白的0.05%。OMgp基因是神經(jīng)纖維瘤基因-1內(nèi)含子上的三個(gè)鑲嵌基因之一，編碼OMgp基因的整個(gè)編碼區(qū)位于第二號(hào)外顯子上。OMgp主要通過與NgR/P75/TROY/Lingo-1組成的受體復(fù)合物發(fā)生特異性結(jié)合，引發(fā)生長(zhǎng)錐塌陷和抑制軸突生長(zhǎng)，以及通過cAMP第二信使激活RhoA，RhoA調(diào)節(jié)生長(zhǎng)錐內(nèi)的細(xì)胞骨架，通過其收縮引起軸突生長(zhǎng)錐的回縮及塌陷[8]。

1.3 Nogo Nogo是阻止成年脊椎動(dòng)物CNS軸突再生和損傷后功能恢復(fù)的關(guān)鍵因子之一，在CNS神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞廣泛表達(dá)[9]。Nogo基因編碼的三種蛋白Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C，均是CNS髓鞘中具有抑制神經(jīng)生長(zhǎng)活性的跨膜蛋白。Nogo基因敲除小鼠出生后一個(gè)月內(nèi)即出現(xiàn)少突膠質(zhì)細(xì)胞分化發(fā)育遲緩，導(dǎo)致髓鞘形成減慢，以及軸突直徑體積的減小[10]。少突膠質(zhì)細(xì)胞為合成Nogo-A的主要場(chǎng)所。Nogo-A在神經(jīng)生長(zhǎng)發(fā)育的過程中參與神經(jīng)細(xì)胞遷移、軸突導(dǎo)向、樹突分支延伸等[11]。Nogo-A在處于發(fā)育期的神經(jīng)元中呈高表達(dá)，主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞遷移和軸突生長(zhǎng)，發(fā)育成熟后Nogo-A表達(dá)水平不斷下降，僅在大腦特定區(qū)域主要是神經(jīng)突觸可塑性高的區(qū)域高表達(dá)。在成年CNS中，Nogo-A蛋白介導(dǎo)的神經(jīng)抑制活性能防止神經(jīng)元突起在不正確的位置萌芽，保持CNS環(huán)路的穩(wěn)定性[12]。Nogo-A在正常PNS髓鞘中無表達(dá)，外源性表達(dá)Nogo-A在坐骨神經(jīng)損傷模型的施萬細(xì)胞中，會(huì)破壞PNS軸突再生和功能恢復(fù)，表明Nogo-A在PNS中亦是潛在抑制軸突再生的關(guān)鍵因子。Nogo-A能夠顯著抑制PC12細(xì)胞、背根神經(jīng)元神經(jīng)突起生長(zhǎng)，引起生長(zhǎng)錐坍塌。Nogo對(duì)軸突再生抑制作用主要通過其功能性片段與另一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞上Nogo受體（NgR）結(jié)合實(shí)現(xiàn)。Nogo-66是髓鞘抑制蛋白Nogo的主要活性功能片段，位于C末端兩個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜區(qū)域，通過抑制背根神經(jīng)元Nogo-66可調(diào)節(jié)周圍神經(jīng)損傷后的免疫性疼痛反應(yīng)[13]，抑制視神經(jīng)Nogo-66的表達(dá)能逆轉(zhuǎn)損傷后視神經(jīng)的萎縮[14]。

1.4 NgR NgR在CNS灰質(zhì)呈高表達(dá)，是抑制髓鞘再生的關(guān)鍵性受體，NgR1和NgR2在發(fā)育期和成熟期CNS及PNS神經(jīng)元中都有表達(dá)。以上三個(gè)髓鞘相關(guān)抑制因子MAG、OMgp和Nogo-A都與NgR1，富含亮氨酸重復(fù)跨膜蛋白LINGO-1，神經(jīng)營養(yǎng)因子受體p75NTR或TNF受體TAJ/TROY結(jié)合[15-16]。NgR1形成的受體復(fù)合體能夠啟動(dòng)級(jí)聯(lián)信號(hào)的傳導(dǎo)，引起生長(zhǎng)錐局部肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的改變，絲狀偽足和薄片狀偽足收縮，改變了生長(zhǎng)錐的形態(tài)和穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致生長(zhǎng)錐的坍塌。NgR2只能特異性結(jié)合MAG，而非Nogo-A或OMgp。研究發(fā)現(xiàn)，PNS損傷后遠(yuǎn)端神經(jīng)施萬細(xì)胞表面髓鞘抑制因子MAG與巨噬細(xì)胞表面NgR受體相互作用，MAG/NgRs信號(hào)對(duì)瓦勒氏變性后及時(shí)清除巨噬細(xì)胞和消退過度的炎癥反應(yīng)起重要作用[17]。另外，包含唾液酸的糖苷神經(jīng)鞘脂類GD1a和GT1b，亦是MAG受體，能夠抑制軸突再生。TROY作為髓鞘相關(guān)抑制因子受體的組成成分，可以通過與RhoGDIa相互作用介導(dǎo)髓鞘相關(guān)抑制因子的神經(jīng)突起抑制作用。

2 細(xì)胞黏附分子類

神經(jīng)細(xì)胞黏附分子（NCAM）是一種糖蛋白，多聚唾液酸（PSA）主要粘附在NCAM，NCAM的唾液酸化由多聚唾液酸轉(zhuǎn)移酶ST8SIA2和ST8SIA4所催化。NCAM和ST8SIA2能促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化和髓鞘形成，但ST8SIA4阻滯少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化，抑制髓鞘的再生[18]。少突膠質(zhì)前體細(xì)胞通過與PSA結(jié)合修飾NCAM，在分化為成熟的髓鞘形成少突膠質(zhì)細(xì)胞之前少突膠質(zhì)前體細(xì)胞下調(diào)PSA的合成是其分化成熟達(dá)到有效髓鞘形成以及維持髓鞘穩(wěn)定的前提[19]。軸突與膠質(zhì)連接部位的細(xì)胞黏附分子（CAMs）也是CNS髓鞘抑制因子。在少突膠質(zhì)細(xì)胞中，過表達(dá)Cadm4結(jié)合于細(xì)胞膜胞外區(qū)，能顯著減少軸突與膠質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)接觸，進(jìn)而進(jìn)一步減少髓鞘形成[20]。

PNS軸突再生依賴于生長(zhǎng)錐細(xì)胞外基質(zhì)中結(jié)合素類的相互作用，如層粘連蛋白laminin，整合素蛋白β1-integrin。在神經(jīng)損傷退變和修復(fù)再生過程中，細(xì)胞外基質(zhì)整合素類蛋白的快速下調(diào)和再表達(dá)與PNS成功再生密切相關(guān)。PNS中l(wèi)aminin/integrin信號(hào)途徑與施萬細(xì)胞分化、軸突末端生長(zhǎng)錐生長(zhǎng)調(diào)節(jié)及髓鞘形成等一系列細(xì)胞分子生物學(xué)活動(dòng)有關(guān)[21]。最近有研究認(rèn)為整合素類是髓鞘相關(guān)抑制蛋白，這種調(diào)節(jié)不依賴于NgR受體復(fù)合物，β1-integrin可直接與MAG相互作用抑制軸突生長(zhǎng)錐的再生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，α5和αv整合素類能與氨基-Nogo特異性結(jié)合，通過氨基-Nogo介導(dǎo)細(xì)胞黏附和軸突生長(zhǎng)過程。這些研究結(jié)果提出了髓鞘介導(dǎo)的抑制和laminin介導(dǎo)的激活相互競(jìng)爭(zhēng)，調(diào)節(jié)通路匯聚于整合素信號(hào)途徑，因此細(xì)胞黏附分子類能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)軸突再生和髓鞘形成[22]。

3 軸突導(dǎo)向因子類

軸突導(dǎo)向因子netrins家族蛋白是一類分泌蛋白，能引導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞和軸突遷移，影響軸突樹枝狀分枝和突觸形成過程。netrin-1或netrin-1受體敲除小鼠，在胚胎期致死，表明netrin信號(hào)通路在發(fā)育過程中發(fā)揮至關(guān)重要作用。netrin-1在少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育譜系的不同節(jié)點(diǎn)有三個(gè)不同作用：排斥祖細(xì)胞的遷移，在分化過程中促進(jìn)突起精細(xì)化以及維持成熟細(xì)胞之間的特化結(jié)構(gòu)[23]。成熟CNS髓鞘化少突膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)表達(dá)netrin-1及其受體DCC[24]。netrin-1和DCC在少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘節(jié)旁區(qū)呈高豐度表達(dá)，netrins有維持少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘節(jié)旁區(qū)組織結(jié)構(gòu)的作用[25-26]。

同時(shí)，netrins亦是一類與層粘連蛋白laminin相關(guān)的細(xì)胞外蛋白家族，能與整合素integrins家族相互作用，integrins家族是一大類將肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相連接的跨膜受體。研究表明，netrins家族中只有netrin-4能通過netrins的VI結(jié)構(gòu)域與laminins的VI結(jié)構(gòu)域相互作用，進(jìn)而整合進(jìn)入組織基底膜中。因此，netrin-4通過干擾laminin的多聚化抑制基底膜形成，進(jìn)而影響神經(jīng)組織再生[27]。另外，slit2作為軸突排斥性導(dǎo)向分子，在發(fā)育過程中以排斥性的方式調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)胞的遷移[28]。軸突導(dǎo)向因子ephrin B3和sema 4D能抑制髓鞘再生，兩種能與膠原蛋白結(jié)合的蛋白CBD-EphA4LBD和CBD-PlexinB1LBD能中和ephrin B3和sema 4D的抑制髓鞘再生，起到促進(jìn)脊髓髓鞘再生和功能恢復(fù)的作用[29]。ephrin A3基因敲除小鼠的髓鞘再生能力優(yōu)于野生型小鼠，但弱于Nogo-A基因敲除小鼠的髓鞘再生能力。Nogo-A/EphA4基因雙敲除小鼠軸突萌出和髓鞘再生能力明顯強(qiáng)于EphA4基因敲除小鼠的髓鞘再生能力[30]。

4 展 望

神經(jīng)再生整個(gè)過程需要神經(jīng)元胞體對(duì)傷害性刺激作出應(yīng)答、軸漿運(yùn)輸信號(hào)分子、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)建以及軸突末端生長(zhǎng)錐形成等一系列協(xié)調(diào)的相互作用，才能實(shí)現(xiàn)再生軸突生長(zhǎng)。神經(jīng)損傷后，CNS軸突再生困難是外源性與內(nèi)源性因素共同作用的結(jié)果。來源于髓鞘抑制軸突再生蛋白和化學(xué)誘向性排斥因子蛋白，都在軸突導(dǎo)向的發(fā)育和再生中發(fā)揮重要作用。雖然近年來越來越多的研究讓我們更深入了解軸突再生機(jī)制，為將來臨床治療CNS損傷提出了潛在的途徑，但仍有一些關(guān)鍵問題仍無答案。雖然在嚙齒類動(dòng)物模型中某種程度上實(shí)現(xiàn)了軸突再生，但再生神經(jīng)元僅局限于小部分成熟神經(jīng)元，并且再生效果并未達(dá)到滿意程度。在靈長(zhǎng)類動(dòng)物和人類中，是否有同樣的調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

哺乳動(dòng)物PNS雖然受損傷神經(jīng)元內(nèi)源性的保留了再生能力，但實(shí)際臨床工作中發(fā)現(xiàn)患者近端神經(jīng)運(yùn)動(dòng)感覺功能的恢復(fù)仍十分困難，尤其是較長(zhǎng)距離缺損。這可能是由于自發(fā)性軸突再生速度非常緩慢，如果能外源性加快軸突再生速度和功能性恢復(fù)將具有重要意義。要實(shí)現(xiàn)特定的行為學(xué)恢復(fù)，需要有多少再生軸突以及多少再生軸突上功能性突觸的形成？根據(jù)損傷神經(jīng)元種類不同，其特定再生過程亦有不同，對(duì)于功能性神經(jīng)環(huán)路的重建，哪些行為學(xué)上的表型能通過調(diào)控一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵因子實(shí)現(xiàn)？未來臨床上要實(shí)現(xiàn)更加有效更加可靠的促進(jìn)軸突再生治療策略，需要進(jìn)一步深入研究以上生物學(xué)基礎(chǔ)問題。