劉雁偉 楊世強(qiáng) 張 梅 馮學(xué)敏 周春奎

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院二部神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春 130021)

神經(jīng)纖維再生抑制因子(Nogo-A)是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損后具有抑制軸突再生的因子，稱為髓鞘相關(guān)蛋白。胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF-1)是胰島素家族成員之一，促進(jìn)神經(jīng)元的存活、分裂及軸突的生長(zhǎng)以及維持和調(diào)節(jié)神經(jīng)功能，并有助于神經(jīng)細(xì)胞受損后的功能恢復(fù)〔1〕。慢性腦缺血(CCI)是指大腦整體水平的血液供應(yīng)減少(低于40～60 ml·100 g-1·min-1)的狀態(tài)，而非局灶性的大腦缺血，經(jīng)顱多普勒(TCD)、正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)(PET)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層核素顯像(SPECT)證實(shí)有癥狀的CCI患者，大腦皮層各部位腦血流量(CBF)均低于同齡正常人；與多種原因引發(fā)的長(zhǎng)期慢性腦血管疾病密切相關(guān)，多種原因引發(fā)的長(zhǎng)期慢性腦血流灌注不足可導(dǎo)致持久性或進(jìn)展性認(rèn)知功能障礙〔2～4〕，還是血管性癡呆、Alzheimei病及Binswanger病等多種疾病的共同病理基礎(chǔ)，其主要的病理學(xué)改變包括皮質(zhì)萎縮、皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元變性、白質(zhì)疏松、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生和毛細(xì)血管床的改變等。

1 Nogo-A

1.1Nogo-A的發(fā)現(xiàn) 2000年，Chen，grandpre和Prinijha所在的3個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)分別克隆出大鼠和人類抑制受損軸突再生的基因Nogo基因〔5〕，Nogo基因編碼Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C三種蛋白，其中Nogo-A是Nogo蛋白中最大的亞型，也是Nogo蛋白中軸突生長(zhǎng)抑制作用最明顯的。Nogo-A是含有1 163個(gè)氨基酸的膜蛋白。

1.2Nogo-A的分布 Nogo-A主要表達(dá)于投射神經(jīng)元和形成髓鞘的少突膠質(zhì)細(xì)胞中，在胞膜、胞質(zhì)和胞核中都存在。Hasegawa 等采用原位雜交組織化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)，Nogo-A mRNA廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞中〔6〕。Jin等〔7〕采用Western印跡、免疫組化方法和免疫金電子顯微鏡技術(shù)證實(shí)，在腦和脊髓組織的細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器有Nogo-A廣泛分布。

1.3Nogo-A的作用特點(diǎn) 既往多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A是中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后軸突再生中具有抑制作用，具有以下特點(diǎn)：(1)Nogo-A能以劑量依賴的方式抑制3T3成纖維細(xì)胞軸突的伸展和背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元神經(jīng)纖維生長(zhǎng)〔8〕。(2)Nogo-A單克隆抗體(IN-1)可拮抗Nogo-A的軸突生長(zhǎng)抑制作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A有兩個(gè)單獨(dú)表達(dá)的抑制性功能區(qū)域：一個(gè)是包含66個(gè)氨基酸親水結(jié)構(gòu)域的Nogo-66〔9〕；另一個(gè)是長(zhǎng)的氨基酸區(qū)段(NiG)。這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域在抑制軸突生長(zhǎng)方面起著協(xié)同作用。

目前所知，Nogo-A可能通過以下3種方式抑制神經(jīng)元軸突再生〔10〕：(1)細(xì)胞方式：完整少突膠質(zhì)細(xì)胞表面的Nogo-66與損傷神經(jīng)元的受體(NgR)結(jié)合；(2)細(xì)胞膜方式：從受損少突膠質(zhì)細(xì)胞脫落下來的含Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合；(3)完全溶解的少突膠質(zhì)細(xì)胞釋放Nogo-A抑制性功能區(qū)(amino-Nogo)和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段，amino-Nogo和Nogo-66共同產(chǎn)生更強(qiáng)的抑制作用。Hsieh等〔11〕發(fā)現(xiàn)Nogo-66的信號(hào)是通過LIM(LIM是Lin-11、Isl和Mec-3三個(gè)基因的首字母縮寫)激酶和彈弓磷酸酶調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而實(shí)現(xiàn)的。在損傷脊髓神經(jīng)組織中，多數(shù)情況下3種方式同時(shí)存在，介導(dǎo)Nogo-A抑制中樞神經(jīng)元軸突再生作用。

2 IGF-1

2.1IGF-1的研究現(xiàn)狀 IGF-1是由70個(gè)氨基酸殘基組成的單鏈堿性多肽，分子量為7 694 kD，t體內(nèi)大部分組織產(chǎn)生IGF-1，并通過內(nèi)分泌、自分泌和旁分泌發(fā)揮作用，大量存在于循環(huán)中〔12〕，也廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中，它的生物活性受到IGF-1結(jié)合蛋白(IGFBP)-1調(diào)控〔13〕。近年來發(fā)現(xiàn)IGF-1在調(diào)控神經(jīng)生長(zhǎng)方面十分重要，具有保護(hù)作用，能夠減輕多種病理因素對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成的損傷，有助于神經(jīng)細(xì)胞受損后功能恢復(fù)，對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)、發(fā)育也起著非常重要的作用〔14〕。

2.2IGF-1的分布 IGF-1屬于胰島素家族成員之一，是一種在體內(nèi)外均具有生物活性的細(xì)胞因子，廣泛存在于正常腦組織中，促進(jìn)軸突的生長(zhǎng)以及維持和調(diào)節(jié)神經(jīng)功能的表達(dá)，在腦損傷時(shí)被激活，能阻止細(xì)胞凋亡和死亡〔15〕。

2.3IGF-1對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用特點(diǎn)

2.3.1調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子 細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平升高是引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡的重要途徑。缺血、缺氧低灌注時(shí)由于鈣泵失靈導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度異常增高，觸發(fā)一系列有關(guān)的酶反應(yīng)過程，導(dǎo)致不可逆損傷。Selinfreund等〔16〕對(duì)CH4C4細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)IGF-1能夠引起鈣通道電流快速增加。在IGF-1調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞電壓依賴型鈣通道的研究中，Kleppisch等〔17〕提出鈣通道電流密度改變與調(diào)節(jié)突觸傳遞、新突觸結(jié)構(gòu)形成、軸突生長(zhǎng)及動(dòng)作電位方式變化生理相關(guān)，鈣離子被認(rèn)為是神經(jīng)細(xì)胞軸突形成及有絲分裂活性調(diào)節(jié)劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Venters〔18〕研究一致，指出在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)IGF-1的生物活性至少有一部分是由于IGF-1刺激了電壓依賴型鈣通道使細(xì)胞內(nèi)鈣離子升高所致。

2.3.2調(diào)節(jié)酶活性 IGF-1R具有內(nèi)在酪氨酸激酶活性，也具有其他細(xì)胞內(nèi)酪氨酸激酶的能力，能夠激活PI3-K 的PI10催化亞單位，PI3-K的激活是IGF-1促進(jìn)小腦神經(jīng)細(xì)胞存活的實(shí)質(zhì)，并促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分化為星形和少突膠質(zhì)細(xì)胞〔19〕。IGF-1增加PI3-K活性為劑量依賴性，IGF-1也能激活蛋白激酶C，在其參與下IGF-1促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞有絲分裂。多項(xiàng)研究表明酪氨酸激酶能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)鈣通道，長(zhǎng)期增強(qiáng)突觸囊泡和神經(jīng)遞質(zhì)釋放〔20〕。

2.3.3調(diào)節(jié)腦的糖代謝 在出生后早期，發(fā)育中腦需要大量熱量供應(yīng)以支持神經(jīng)膠質(zhì)營(yíng)養(yǎng)腦形成，當(dāng)缺乏營(yíng)養(yǎng)時(shí)可導(dǎo)致終生智力缺陷，胰島素在腦內(nèi)合成量小，也很少通過血腦屏障，然而IGF-1與胰島素同源，大量存在于發(fā)育的腦中。Cheng等〔20〕認(rèn)為發(fā)育的小鼠腦區(qū)域的二脫氧D-葡萄糖(2DGU)與IGF-1的表達(dá)平行，在缺乏IGF-1腦中葡萄糖的利用明顯下降，成熟的小鼠表達(dá)量較小，但若注射微量IGF-1，可引起明顯的局部2DGU增加，在腦損傷時(shí)IGF-1表達(dá)與2DGU增加一致。也有人提出IGF-1在動(dòng)物模型中保護(hù)海馬和中隔神經(jīng)細(xì)胞并能抵抗低糖損傷。

3 CCI白質(zhì)損傷

3.1CCI模型 結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈(2VO)是目前公認(rèn)比較好的CCI模型，經(jīng)證實(shí)這一模型能使大鼠術(shù)后數(shù)月CBF仍明顯下降，不同腦區(qū)CBF下降的程度不同。Otori等〔21〕用放射性同位素測(cè)定Wistar大鼠2VO術(shù)后局部CBF變化，觀察到術(shù)后2 d及1、4、8 w側(cè)腦室旁白質(zhì)胼胝體的血流量分別為對(duì)照組的33.3%、41.8%、56.4%、81.4%。該模型操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，且完全結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈造成全腦不完全性缺血程度基本相同，使實(shí)驗(yàn)各組時(shí)間、個(gè)體間均具有很大的可比性。根據(jù)大鼠2VO術(shù)后局部CBF的恢復(fù)程度、代謝和病理學(xué)的改變情況，有人認(rèn)為術(shù)后8 w～3個(gè)月的損傷過程與臨床更為接近〔22，23〕。

3.2病理改變 缺血性白質(zhì)損傷病理變化主要包括小膠質(zhì)細(xì)胞激活、星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生和肥大、少突膠質(zhì)細(xì)胞減少、白質(zhì)疏松和脫髓鞘〔24〕。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的免疫效應(yīng)細(xì)胞，在病理情況下被激活，產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，釋放細(xì)胞毒素，造成腦白質(zhì)損傷。Vicente等〔25〕研究Wistar大鼠2VO術(shù)后13 w的病理變化，發(fā)現(xiàn)在視束中激活的小膠質(zhì)細(xì)胞是對(duì)照組的將近10倍。星形膠質(zhì)細(xì)胞在慢性缺血缺氧情況下反應(yīng)性胞體增大、突觸增長(zhǎng)、數(shù)量增多、膠質(zhì)纖維酸性蛋白呈強(qiáng)陽性表達(dá)。反應(yīng)性變化的星形膠質(zhì)細(xì)胞一方面對(duì)缺血后組織損傷的修復(fù)及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起重要作用〔26〕；另一方面產(chǎn)生的一氧化氮和腫瘤壞死因子(TNF)-α，可介導(dǎo)少突膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡，加重白質(zhì)的損傷〔27〕。

3.3機(jī)制特點(diǎn)

3.3.1免疫炎性損傷 腦白質(zhì)區(qū)含有大量炎性膠質(zhì)細(xì)胞，炎性膠質(zhì)細(xì)胞在缺血后大量激活，與通過損傷的血腦屏障進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)的激活白細(xì)胞、免疫球蛋白、補(bǔ)體等共同引起免疫炎性反應(yīng)，通過產(chǎn)生絲氨酸蛋白酶、尿激酶、膠原酶、彈性蛋白酶等毒性蛋白酶和分泌TNF-α、一氧化氮、白細(xì)胞介素1β等炎性介質(zhì)引腦白質(zhì)損傷〔28，29〕。

3.3.2氧化應(yīng)激反應(yīng) 在腦缺血等病理情況下氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致反應(yīng)性氧自由基過多，且自由基清除酶如超氧化物歧化酶(SOD)等活性降低，動(dòng)態(tài)平衡破壞，啟動(dòng)自由基連鎖反應(yīng)，造成組織缺血損傷進(jìn)一步惡化。Bharti等〔28〕觀察到，2VO術(shù)后10 d腦組織氧化自由基毒性代謝產(chǎn)物丙二醛增加，而谷胱甘肽顯著減少、SOD活性顯著下降。

3.3.3少突膠質(zhì)細(xì)胞的損害 白質(zhì)缺血后免疫炎性反應(yīng)釋放大量的炎性細(xì)胞因子、蛋白酶和氧自由基等，這些物質(zhì)直接或間接促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡。少突膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少可導(dǎo)致脫髓鞘病變，并使髓鞘包繞的軸突出現(xiàn)嚴(yán)重功能障礙。Masumura等〔30〕認(rèn)為，由活性小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的TNF-α可能通過TNF受體1、半胱氨酸蛋白酶(caspase-2)和caspase-3介導(dǎo)少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，從而導(dǎo)致白質(zhì)損害。

4 結(jié)語與展望

神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的保護(hù)和修復(fù)一直是神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。腦神經(jīng)損傷后，Nogo-A蛋白和IGF-1受體蛋白各自發(fā)揮著不同的生物學(xué)作用。Nogo-A抑制神經(jīng)再生；IGF-1受體促進(jìn)神經(jīng)再生。通過對(duì)這些神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)相關(guān)問題的不斷研究，為CNS損傷再生的研究提供了新思路。

5 參考文獻(xiàn)

1杜秀民，劉 紅，劉廣義.大鼠腦缺血-再灌注損傷后Nogo-A及IGF-1的表達(dá)和意義〔J〕.中國(guó)老年學(xué)雜志，2008；28(11)：1061-3.

2唐云安.慢性腦缺血對(duì)大鼠認(rèn)知功能障礙及影響機(jī)制研究〔J〕.四川醫(yī)學(xué)，2010；31(9)：1226-3.

3Ueno Y，Zhang N，Miyanoto N，etal.Edaravone attenuates white matter lesions through endothelial protection in a rat chronic hypoperfusion model〔J〕.Neuroscience,2009；162(2):317-27.

4Mracskoa E,Hugyecz M,Institoris A,etal.Changes in pro-oxidant and antioxidant enzyme levels during cerebral hypoperfusion in rat〔J〕.Brain Res,2010；1321:13-9.

5Chen MS,Huber AB,van der Haar ME,etal.Nogo-A is a myelin-associated neurite outgrowth inhibitor and an antigen for monoclonal antibody IN-1〔J〕.Nature,2000；403(6768):434-9.

6Hasegawa T,Ohno K,Sano M,etal.The differential expression patterns of messenger RNAs encoding Nogo-A and Nogo-receptor in the rat central nervous systerm〔J〕.Brain Res Mol,2005；133(1):119-30.

7Jin WL,Liu YY， Liu HL,etal.Intraneuronal localization of Nogo-A in the rat〔J〕.J Comp Neuol，2003；458(11):1-10.

8Wang KC,Kin JA,Sivasankaran R,etal.P75 interacts with the Nogo receptor as a co-receptor for Nogo，MAG and OMgp〔J〕.Nature，2002；420:74-8.

9Borrie SC，Baeumer BE，Bandtlow CE.The Nogo-66 receptor family in the intact and diseased CNS〔J〕.Cell Tissue Res，2012；349(1):105-17.

10Wang T，Xiong JQ，Ren XB,etal.The role of Nogo-A in neuroregeneration：a review〔J〕.Brain Res Bull，2012；87(6):499-503.

11Hsieh SH，F(xiàn)erraro GB，F(xiàn)ournier AE，etal.Myelin-associated inhibitors regulate cofilin phosphorylation and neuronal inhibition through LIMm kinase and Slingshot phosphatase〔J〕.J Neurosci，2006；26(3):1006-15.

12Knapp J，Teschendorf P，Vogel P,etal.Effects of intracerebroventricular application of insulin-like growth factor 1 and its N-terminal tripeptide on cerebral recovery following cardiac arrest in rats〔J〕.Resuscitation，2013；84(5)：684-9.

13Guan J,Williams CE,Skinner SJ,etal.The effects of insulin-like growth factor(IGF)-1,IGF-2,and des-IGF-1 on neuronal loss after hypoxic-ischemic brain injur in adult rats:evidence for a role for IGF binding proteins〔J〕.Endocrinolgy,1996；137(3):893-8.

14喬彥霞，李艷芝.IGF-1對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用的研究進(jìn)展〔J〕.國(guó)外醫(yī)學(xué)·兒科學(xué)分冊(cè)，2002；129(3)：129-31.

15劉廣義，張 笛，杜秀民，等.大鼠局灶性腦缺血再灌注損傷后GAP-43及IGF-1促進(jìn)神經(jīng)元再生表達(dá)的實(shí)驗(yàn)研究〔J〕.腦卒中與神經(jīng)疾病雜志，2007；24(4)：398-402.

16Selinfreund RH，Blair LA.Insulin-like growth factor-1 induces a rapid increase in calcium currents and spontaneous membrane activity in clonal pituitary cells〔J〕.Mol pharmacol,1994；45(6):1215-20.

17Kieppisch T，Klinz FJ,Hescheler J.Insulin-like growth factor-1 modulates voltage-dependent Ca2+channels in neuronal cells〔J〕.Brain Res，1992；591(2):283-8.

18Venters HD，Tang Q,Liu Q,etal.A new mechanism of neurodegeneration:a proinflammatory cytokine inhibits receptor signaling by a survival peptide〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,1999；96(17):9879-84.

19Ozdemir D，Aksu I，Baykara B,etal.Effects of administration of subtoxic doses of acetaminophen on liver and blood levels of insulin-like growth factor-1 in rats〔J〕.Toxicol Ind Health，2013；〔Epub ahead of print〕.

20Cheng CM，Reinhardt RR,Lee WH，etal.Insulin-like growth factor -1 regulates developing brain glucose metabolism〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，2000；97(18)：10236-41.

21Otori T，Katsumata T，Muramatsu H，etal.Long-term measurement of cerebral blood flow and metabolism in a rat chronic hypoperfusion mode〔J〕.Clin Exp Pharmacol Physiol，2003；30(4):266-72.

22Farkas E,Luiten PG,Bari F.Permanent，bilateral common carotid artery occlusion in the rat：a model for chronic cerebral hypoperfusion related neurodegenerative diseases〔J〕.Brain Res Rev,2007；54(1):162-80.

23Valdés Hernández del C，Booth T，Murray C,etal.Brain white matter damage in aging and cognitive ability in youth and older age〔J〕. Neurobiol Aging，201334(12):P2740-7.

24Farkas E,Donka G,de Vos RA,etal.Experimental cerebral hypoperfusion induces white matter injury and microglial activation in the rat brain〔J〕.Acta Neuropathol,2004；108(1):57-64.

25Vicente E,Degerone D,Bohn L,etal.Astroglial and cognitive effects of chronic cerebral hypoperfusion in the rat〔J〕.Brain Res,2009；1251:204-12.

26Kim DH,Kim S,Jung WY,etal.The neuroprotective effects of the seeds of cassia obtusifolia on transient cerebral global ischemia in mice〔J〕. Food Chem Toxicol,2009；47(7):1473-9.

27Farkas E,Timmer NM,Domoki F,etal.Post-ischemic administration of diazoxide attenuates long-term microglial activation in the rat brain after permanent carotid artery occlusion〔J〕.Neurosci Lett，2005；387(3):168-72.

28Bharti VK，Srivastava RS.Fluoride-induced oxidative stress in rat′s brain and its amelioration by buffalo (Bubalus bubalis) pineal proteins and melatonin〔J〕.Biol Trace Elem Res,2009；130(2):131-40.

29杜明華.少突膠質(zhì)細(xì)胞能促進(jìn)大腦白質(zhì)損傷后的血管重塑〔J〕.中國(guó)危重病急救醫(yī)學(xué),2012；24(4):248-8.

30Masumura M,Hata R,Nagai Y,etal.Oligodendroglial cell death with DNA fragmentation in the white matter under chronic cerebral hypoperfusion：comparison between normotensive and spontaneously hypertensive rats〔J〕.Neurosci Res,2001；39(4):401-2.