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Nogo受體相關(guān)研究進(jìn)展

2014-04-09 11:12:56姚宇晨劉英富陳旭義涂悅李建國
生物技術(shù)通訊 2014年5期
關(guān)鍵詞:軸突殘基膠質(zhì)

姚宇晨,劉英富,陳旭義,涂悅,李建國

1.武警后勤學(xué)院 附屬醫(yī)院,天津 300162;2.天津中醫(yī)藥大學(xué),天津 300193;3.武警后勤學(xué)院,天津 300309

Nogo 受體(Nogo receptor,NgR)作為一種特異性蛋白,通過與中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘中存在的3 種神經(jīng)再生抑制因子Nogo、髓鞘相關(guān)糖蛋白(MAG)和少突膠質(zhì)細(xì)胞的髓鞘糖蛋白(Omgp)特異性結(jié)合而發(fā)揮抑制作用。NgR 與和Lingo-1 或TROY 組合成受體復(fù)合體,并介導(dǎo)Nogo、MAG和Omgp對軸突的抑制作用。Lingo-1為LRR 家族成員。一直以來,NgR 多作為神經(jīng)損傷方面疾病的相關(guān)靶點(diǎn),近年來一些研究發(fā)現(xiàn)NgR也與神經(jīng)內(nèi)科疾病相關(guān)[1]。

1 NgR的結(jié)構(gòu)及亞型

NgR 富含亮氨酸殘基,由473 個氨基酸殘基構(gòu)成,從N 端至C 端,包括一個信號肽、亮氨酸殘基重復(fù)構(gòu)成的N 端(LRRNT)、包含8 個亮氨酸殘基的重復(fù)結(jié)構(gòu)(LRR)、特異性C 端、富含半胱氨酸殘基的C端延伸區(qū)(LRRCT)及糖基磷脂酰肌醇結(jié)構(gòu)(GPI)。LRR 結(jié)構(gòu)和C 端為2 個功能區(qū),其中LRR 結(jié)構(gòu)是結(jié)合3 種抑制分子(Nogo、MAG、Omgp)的主要部位。C端富含半胱氨酸殘基,與GPI 相連,使其與可溶性Nogo-66高度親和,同時(shí)NgR借助GPI固定于神經(jīng)細(xì)胞的表面。

通過GPI 的錨著結(jié)構(gòu),推測神經(jīng)細(xì)胞膜上可能存在其他的受體亞型協(xié)同NgR,向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制信號。

NgR 具有6 個診斷性殘基,包括4 個衍生性殘基;NgRH1 蛋白有7 個診斷性殘基,均為衍生性殘基;NgRH2 蛋白具有8 個診斷性殘基,包括7 個衍生性殘基[2]。NgR 的結(jié)構(gòu)圖譜顯示,其所含21 個診斷性殘基中有18 個位于表面,位置分別在NgR 的外功能區(qū)頂部和底部[3]。

2 NgR的表達(dá)

NgR 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中表達(dá)廣泛,在突觸前膜和突觸后膜都有NgR 的定位。熊南翔[4]通過免疫熒光染色法發(fā)現(xiàn)NgR分布于整個大鼠神經(jīng)元生長錐,但在P 區(qū)(peripheral domain)更為集中。之前NgR 被認(rèn)為在少突膠質(zhì)細(xì)胞中并無表達(dá)[5],孫芳等[6]通過免疫組織化學(xué)及免疫細(xì)胞化學(xué)熒光法的雙標(biāo)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NgR可在健康大鼠脊髓白質(zhì)中的少突膠質(zhì)細(xì)胞上表達(dá),尹小磊等[7]在新生24 h 內(nèi)的大鼠視網(wǎng)膜上觀察到NgR的表達(dá),Sun等[8]通過RT-PCR和Western 印跡發(fā)現(xiàn)原代培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞也有NgR 的表達(dá)。胡澤嵐等[9]通過免疫熒光雙標(biāo)及包埋前免疫電鏡染色等方法觀察到,NgR 主要分布于脊髓白質(zhì)中膠質(zhì)細(xì)胞胞體的周邊和突起上,并且與細(xì)胞膜相關(guān),推測NgR 可能有調(diào)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞之間通訊的作用。有研究表明[10],NgR 在大鼠脊髓來源單個神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)球均可顯著表達(dá),提示NgR 在脊髓神經(jīng)的干細(xì)胞階段已經(jīng)開始表達(dá)。另外,NgR 亦被發(fā)現(xiàn)可在膠質(zhì)瘤細(xì)胞上進(jìn)行表達(dá)[11]。

3 NgR的作用機(jī)制

NgR 的陽性表達(dá)與中樞神經(jīng)細(xì)胞再生能力低下有直接關(guān)系[12]。NgR 通過與p75和Lingo-1組成受體復(fù)合體而介導(dǎo)Nogo-66、MAG和OMgp 的抑制作用。當(dāng)抑制因子與NgR 特異性結(jié)合后,其介導(dǎo)的信號通過p75 傳遞給RhoA,再通過RhoA 作用于效應(yīng)器ROCK,完成胞體內(nèi)信號傳遞,調(diào)節(jié)生長錐中的微絲,促使生長錐潰變,從而抑制軸突再生[13-15]。生長錐是哺乳動物神經(jīng)的惟一生長點(diǎn),僅出現(xiàn)于神經(jīng)生長早期或神經(jīng)再生期,絲狀偽足持續(xù)伸縮感受周圍環(huán)境,以此決定神經(jīng)突起的前進(jìn)。生長錐與其靶細(xì)胞相接觸,分化成突觸前部。有學(xué)者認(rèn)為[16]Nogo 與NgR 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中Rho 家族發(fā)揮重要作用,其中Cdc-42和Rac 能夠調(diào)節(jié)生長錐、引導(dǎo)神經(jīng)軸突生長,RhoA 則引起生長錐的崩解。ROCK 是Rho 相關(guān)激酶[17],Ca2+及ROCK 是Nogo-A 的膜內(nèi)信號分子,其信號分子傳遞機(jī)制目前尚不清楚[18]。有文獻(xiàn)稱,阻斷ROCK 或RhoA 能夠明顯促進(jìn)神經(jīng)生長。此外,阻斷RhoA 有明顯的神經(jīng)保護(hù)作用[19]。van Gaalen 等[1]在NgR基因敲除小鼠水迷宮實(shí)驗(yàn)中觀察到其空間學(xué)習(xí)、記憶能力明顯較正常野鼠遲緩,但對遠(yuǎn)期記憶并無影響,提示NgR在正常動物體內(nèi)并不可缺失。

4 NgR與中樞神經(jīng)疾病相關(guān)性研究進(jìn)展

4.1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷

Sroga 發(fā)現(xiàn),在損傷的脊髓局部的小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上有較多的NgR 表達(dá),其作用可能在于調(diào)節(jié)脊髓損傷后炎癥反應(yīng)和繼發(fā)的損傷[20]。通過對人工造成脊髓損傷的Nogo 基因敲除小鼠的研究,發(fā)現(xiàn)其皮質(zhì)脊髓束明顯再生[21]。阻斷Nogo-A 可增強(qiáng)軸突再生能力,其功能可見明顯恢復(fù)[22]。有文獻(xiàn)報(bào)道,抑制NgR1 可促進(jìn)腦外傷大鼠的認(rèn)知功能恢復(fù)[23]。朱莊臣[24]通過構(gòu)建大鼠NgR 基因慢病毒載體并轉(zhuǎn)染巨噬細(xì)胞使之表達(dá)NgR,可表達(dá)NgR 的巨噬細(xì)胞體外能促進(jìn)損傷神經(jīng)元的修復(fù),其機(jī)制可能與NgR 介導(dǎo)的胞內(nèi)信號途徑對巨噬細(xì)胞吞噬功能的調(diào)節(jié)作用有關(guān)。王東等[25]用沉默NgR 基因的方法對重型顱腦損傷大鼠進(jìn)行治療,觀察到治療效果明顯優(yōu)于對照組,提示NgR 基因沉默后的神經(jīng)干細(xì)胞對改善大鼠重型顱腦創(chuàng)傷神經(jīng)學(xué)功能效果明顯。

4.2 腦腫瘤

Nogo 蛋白對于中樞神經(jīng)腫瘤的影響機(jī)制已有較多相關(guān)論述。Nogo-A 與NgR 在多種人類腦腫瘤細(xì)胞中均有表達(dá)。何主強(qiáng)[26]通過免疫組織化學(xué)等方法證實(shí),Nogo-A 與NgR 在星形膠質(zhì)瘤組織中的表達(dá)量與腫瘤的惡性程度正相關(guān),推測Nogo-A 與NgR對星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤的發(fā)病存在促進(jìn)作用。少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤Nogo-A和NgR的表達(dá)量明顯高于正常范圍,推測2 種蛋白可能作為細(xì)胞黏附分子存在。Liao 等[27]發(fā)現(xiàn)Nogo-66和MAG 對人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87MG 的黏附和遷移能力有明顯影響,證實(shí)NgR 可在U87MG 細(xì)胞上表達(dá),并參與了Nogo-66 等抑制因子對U87MG 細(xì)胞的抗黏附和抑制遷移作用,提示NgR可能作為對抗中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤新的切入點(diǎn)。

4.3 阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease,AD)

AD 的主要病理改變?yōu)樯窠?jīng)元及突觸缺失細(xì)胞外β淀粉樣蛋白(amyloid β protein,Aβ)。Nogo-P4抑制皮質(zhì)神經(jīng)元突起再生是通過NgR及下游信號分子ROCK和PKC 激活來實(shí)現(xiàn)的,并且Nogo-P4 能夠促進(jìn)Aβ42,且與ROCK 的激活相關(guān),提示NgR 可作為治療AD 的參考標(biāo)靶[28]。但通過用NgR 競爭性抑制劑NEP1-40 作用于大鼠神經(jīng)元的實(shí)驗(yàn),觀察到NEP1-40可促進(jìn)神經(jīng)元突起再生,但不能減少Aβ42的表達(dá)。即便如此,NgR亦可作為AD輔助治療的靶向蛋白。

4.4 卒中

研究表明,哺乳動物大腦在缺氧缺血性損傷時(shí),Nogo-A 及其受體NgR 基因和蛋白表達(dá)增多,高表達(dá)狀態(tài)會持續(xù)較長時(shí)間,這也可能是造成大腦缺氧缺血性損傷后神經(jīng)恢復(fù)較差的重要原因之一。腦梗死在發(fā)生后較長的一段時(shí)間內(nèi)均存在明顯的軸突損傷,這種現(xiàn)象可能與RhoA/ROCK/JNK/c-Jun 信號通路的激活相關(guān),最終抑制軸突的再生。對大鼠皮層局灶性缺血模型腦室內(nèi)注射NgR 拮抗劑sNgR1-Fc,其對腦組織的保護(hù)效果明顯優(yōu)于PBS 對照組,推測抑制NgR 的表達(dá)可能促進(jìn)軸突的再生[29]。在大鼠內(nèi)囊腦出血模型的腦組織中,NgR 表達(dá)的變化與腦組織急性期的病理學(xué)變化一致,發(fā)病后72 h,NgR的表達(dá)量達(dá)到峰值。對動物腦出血模型的研究發(fā)現(xiàn),腦出血后周圍組織在沒有出現(xiàn)脫髓鞘病變的情況下,呈現(xiàn)軸突的損害,推測其可能參與了發(fā)病早期對軸突的損害[30]。唐超剛[31]發(fā)現(xiàn)自由基清除藥物依達(dá)拉奉可能減少大鼠腦出血模型病灶周圍Nogo-A 蛋白的表達(dá),同時(shí)延長神經(jīng)細(xì)胞再生相關(guān)蛋白GAP-43的表達(dá)時(shí)間,從而達(dá)到對神經(jīng)保護(hù)的作用,同時(shí)也提示Nogo-A 及其受體NgR 可能參與腦出血后神經(jīng)損害的病理過程。相關(guān)研究均提示NgR作為腦出血后減少神經(jīng)損傷及促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)治療靶點(diǎn)的可行性。

4.5 脫髓鞘疾病

研究表明,Nogo-A 與其受體NgR 亦參與免疫性脫髓鞘疾病的發(fā)生發(fā)展[32],如急性播散性腦脊髓炎(ADEM)、多發(fā)性硬化癥(MS)等。相關(guān)研究證實(shí)[33],T 細(xì)胞、單核細(xì)胞等免疫細(xì)胞中可表達(dá)NgR1,患有MS 的病人外周血液中單核細(xì)胞表達(dá)NgR1 增多,提示NgR1 可能參與MS 的發(fā)病[34]。李晟等[35]通過對60名確診的MS 患者進(jìn)行基因多態(tài)性分析,發(fā)現(xiàn)Nogo基因多態(tài)性可能是造成MS 的遺傳因素之一。進(jìn)一步的研究[36]表明,Nogo 基因3'端編碼區(qū)的CAA 片段Del 等位基因頻率增高,可能增加MS 發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)。池英[37]對動物試驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)的腦側(cè)腦室附近組織的研究表明,NgR 在EAE 發(fā)病中期較其他時(shí)間段明顯升高,推測發(fā)病中期NgR 的表達(dá)可能與早期軸突損害及炎癥細(xì)胞的黏附、移行相關(guān)。變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎的腦組織中,Nogo-A 及其受體NgR 的表達(dá)明顯增多,用大劑量甲強(qiáng)龍干預(yù)后可見下降,提示甲強(qiáng)龍可能對Nogo-NgR系統(tǒng)的神經(jīng)抑制功能有拮抗作用[38-39]。

4.6 癲癇

癲癇是一種嚴(yán)重的腦部疾病,反復(fù)的癲癇發(fā)作可對神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害,并產(chǎn)生相應(yīng)的神經(jīng)生物學(xué)、認(rèn)知、心理學(xué)和社會功能障礙等方面的后果。癲癇可造成病灶區(qū)域內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞增生、突觸的重組及神經(jīng)元的缺失。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),顳葉癲癇的海馬神經(jīng)元上的Nogo-A 表達(dá)明顯增多[40]。楊雷等[41]的研究表明,造模后早期的癲癇大鼠海馬組織中NgR 的表達(dá)量明顯降低,7 d 后其表達(dá)量逐漸增多,推測這種現(xiàn)象為NgR的短期“降量調(diào)節(jié)”來幫助海馬組織苔蘚纖維發(fā)芽及突觸重組的發(fā)生。Nogo-A 信號通路在癲癇發(fā)病過程中的表達(dá)變化趨勢提示其很可能參與顳葉癲癇的神經(jīng)重塑[42]。

5 結(jié)語

NgR 作為正常機(jī)體內(nèi)存在的蛋白,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的生理和病理過程中均扮演了重要角色。研究發(fā)現(xiàn),NgR 在神經(jīng)損害初期的抑制作用能妨礙神經(jīng)功能的恢復(fù),反之NgR 的缺失亦會導(dǎo)致嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。Nogo、NgR 蛋白的特性,為藥物治療相關(guān)疾病提供了新的靶點(diǎn)。由于諸如血腦屏障通過率、免疫等因素,NgR 及相關(guān)蛋白藥物距離臨床運(yùn)用尚須進(jìn)一步研究。但近年來納米及立體定向技術(shù)的發(fā)展,為NgR 用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了更多的可行性。

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microRNA在神經(jīng)元軸突退行性病變中的研究進(jìn)展
“殘基片段和排列組合法”在書寫限制條件的同分異構(gòu)體中的應(yīng)用
人類星形膠質(zhì)細(xì)胞和NG2膠質(zhì)細(xì)胞的特性
視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞的研究進(jìn)展
蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)序列與殘基種類間關(guān)聯(lián)的分析
側(cè)腦室內(nèi)罕見膠質(zhì)肉瘤一例
磁共振成像(2015年1期)2015-12-23 08:52:21
神經(jīng)干細(xì)胞移植聯(lián)合腹腔注射促紅細(xì)胞生成素對橫斷性脊髓損傷大鼠神經(jīng)軸突的修復(fù)作用
基于支持向量機(jī)的蛋白質(zhì)相互作用界面熱點(diǎn)殘基預(yù)測
中樞神經(jīng)損傷后軸突變性的研究進(jìn)展
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