硫酸乙酰肝素蛋白聚糖在神经损伤再生反应中的作用

硫酸乙酰肝素蛋白聚糖在神经损伤再生反应中的作用
朱莉(综述);吴连俊(综述);王彦亮(审校)
【摘要】硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）由核心蛋白和硫酸乙酰肝素共同组成，主要有多配体蛋白聚糖、磷脂酰肌醇蛋白聚糖、基膜蛋白聚糖和集聚蛋白四大类别，广泛参与神经从轴突生长和运动终板恢复到骨骼肌细胞再生的全过程。

本文就HSPG及其在轴突生长过程中的引导作用、在神经元损伤-修复过程中的表达变化、在神经肌肉接点形成过程中的作用等研究进展作一综
述。

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plate?recovery?to?skeletal?muscle?cell?regeneration.?This?review?focuses? on?HSPG?and?its?guiding?function?in?the?axonal?growth?process.?It?also discusseschangesintheneuronaldamageexpression-
repair?process?and?the?function?of?HSPG?in?the?formation?process?of?n eural?muscle?junctions.
【期刊名称】《国际口腔医学杂志》
【年(卷),期】2013(000)005
【总页数】4页(P687-690)
【关键词】硫酸乙酰肝素;蛋白聚糖;糖胺聚糖;神经损伤;再生
【作者】朱莉(综述);吴连俊(综述);王彦亮(审校)
【作者单位】温州医学院附属口腔医院修复科温州 325052;温州医学院口腔医学
院口腔医学研究所温州 325035;温州医学院口腔医学院口腔医学研究所温州325035
【正文语种】中文
【中图分类】R51
蛋白聚糖（proteoglycan，PG）由糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）和
蛋白质结合而成。

由氨基糖和糖醛酸组成的二糖单元GAG组成蛋白聚糖的侧链，对蛋白聚糖的结构和性能起决定性的作用。

在神经的损伤和再生中起重要作用的GAG有硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（heparan sulphate proteoglycan，HSPG）、
硫酸软骨素蛋白聚糖（chondroitin sulphate proteoglycan，CSPG）和硫酸角
质素蛋白聚糖（keratan sulphate proteoglycan，KSPG）。

HSPG广泛存在于
神经细胞外基质、间隙和膜性成分中，并在神经系统发育和形成过程中发挥重要的作用[1]。

1 HSPG的结构与生物学作用
HSPG广泛存在于细胞膜及细胞外基质中，根据分布位置的不同，可以分为两大类。

一类为存在于细胞表面的跨膜多配体蛋白聚糖（syndecan）及与糖基磷脂酰肌醇
锚定蛋白（glycosyl-phosphatidyl inositol-anchored proteins，GPI）结合的
磷脂酰肌醇蛋白聚糖（glypican），一类为存在于细胞外基质中的基膜蛋白聚糖（又称串珠素）和集聚蛋白（agrin）[2]。

HSPG可与细胞外基质分子、细胞表面受体和生长因子结合，为一种稳定基质结构和细胞-基质相互作用的黏合剂，介导
了生长因子信号对细胞增生和分化的作用。

1.1 多配体蛋白聚糖
多配体蛋白聚糖包括21、22、23和24四大类别，具有共同的结构特点，即细胞外结构、跨膜部分和细胞内结构。

细胞外结构包括一个蛋白酶切位点和一个硫酸乙酰肝素连接位点。

跨膜部分和细胞内结构为高度保守序列，与细胞内的信号转导作用是靠细胞内结构完成的，含有二个保守区和一个可变区，四种多配体蛋白聚糖的可变区均不同，且均隔离二个保守区。

不同的组织和细胞，不同发育阶段的组织和细胞均有多配体蛋白聚糖的表达，每种细胞都会表达多配体蛋白聚糖，且可以表达多种多配体蛋白聚糖[3]。

多配体蛋白聚糖24可在各种组织细胞上表达，而上皮细胞多表达多配体蛋白聚糖21，成纤维细胞多表达多配体蛋白聚糖22，神经细胞主要表达多配体蛋白聚糖23；但这种分布并非绝对，在细胞分化和细胞形态发生变
化时，四种多配体蛋白聚糖的表达也是有变化的。

1.2 磷脂酰肌醇蛋白聚糖
磷脂酰肌醇蛋白聚糖包括21、22、23、24、25和26六大类，存在于细胞膜上，但其没有跨膜结构，而是通过GPI结合在细胞膜上的。

六种磷脂酰肌醇蛋白聚糖
的核心蛋白的相对分子质量大小接近，在保守区含与硫酸乙酰肝素连接的结构[4]。

与多配体蛋白聚糖相似，磷脂酰肌醇蛋白聚糖也存在于各种细胞组织中，包括脑、血管、肾、肠、四肢、平滑肌细胞等，但在胚胎发育中的表达尤其显著，在神经系统中表达的则是磷脂酰肌醇蛋白聚糖21、22、24和25，其表达方式类似于生长
因子与其受体[5]。

1.3 基膜蛋白聚糖
基膜蛋白聚糖存在于细胞外基质中，相对分子质量约为7×105，其核心蛋白共含
有五个结构域，有四条硫酸乙酰肝素分别结合在65、71和76结构域Ⅰ以及结构
域Ⅴ上，不同组织来源的基膜蛋白聚糖，其硫肝素侧链也不同。

基膜蛋白聚糖主要
存在于骨、软骨、血管和牙胚中，介导着细胞的增殖分化及细胞信号转导等。

基膜蛋白聚糖对脑卒中后的神经有保护作用，其第五结构域促进了星型胶质细胞的黏附、迁移和分化[6]。

1.4 集聚蛋白
集聚蛋白也存在于细胞外基质中，相对分子质量约为4×105，含有多个结构域，
主要包括蛋白激酶抑制剂结构域及表皮生长因子结构域[7]。

集聚蛋白分布于整个
神经系统，在神经肌肉接点（neural muscle junction，NMJ）可促进突触后膜
上乙酰胆碱受体（acetylcholine receptor，AChR）的集聚，在中枢神经系统（central nervous system，CNS）中也集聚在突触后膜上。

集聚蛋白不仅可促
进轴突生长，还可以促进树突伸展延长，在促进树突分支延长上更有优势，更加有益于突触的形成。

2 HSPG在轴突生长过程中的引导作用
神经元损伤后的重建，需要轴突在生长过程中成功地通过众多复杂的组织结构。

细胞外基质和靶细胞产生的大量相互作用的分子，既存在于组织局部，又可对轴突起到全程引导作用，是轴突生长导航的关键分子。

这些分子依赖于与细胞外基质的相互作用来对神经元受体发挥功能。

硫酸乙酰肝素链与大量的细胞表面蛋白结合，促进生长因子-受体的相互作用[8]。

HSPG调控和引导轴突的体内生长，包括中枢和周围神经轴突的生长、寻径以及靶细胞识别等过程，即硫酸乙酰肝素链有利于轴突的外生；然而，HSPG对轴突的定向引导还需要其他分子信号的参与。

应用降解酶清除HSPG，生长锥排斥因子Slit与细胞表面的结合受阻，从而减弱了Slit对生长锥的排斥性[9]。

神经受伤后，其轴突要经过较长路程再生到远处靶器官，带有硫酸软骨素的GAG
链可能抑制神经损伤后的轴突生长，而HSPG对此过程可能发挥调控作用。

HSPG 的调控可能是创伤反应的一部分，而某些HSPG可能对再生轴突有抑制作用。

在
宿主自身移植神经试验中，用类肝素酶Ⅰ处理宿主自身神经移植物后，神经轴突再生增加了2倍[10]；而另一些试验显示，硫酸乙酰肝素交联后，神经突起生长加倍。

3 HSPG在神经元损伤-修复过程中的表达变化
神经损伤后轴突的成功再生，需要神经元与其周围基质分子的相互作用。

这些基质分子可以来源于胶质细胞或神经元自身，蛋白聚糖携带的GAG糖苷链广泛参与了此过程。

它们黏附于细胞膜表面，调控细胞对各种胞外分子的黏附和结合，包括生长因子和细胞外基质蛋白。

HSPG主要参与了CNS轴突引导、突触形成和突触重塑等过程，但HSPG在神经再生过程中的作用机制还不完全清楚。

有研究认为，HSPG的降解使其结合的生长因子释放，从而促进了轴突的再生。

HSPG的生物合成受到一系列的酶的参与和调控。

其中，最重要的是EXT（exostosin）1和EXT2，它们把葡糖胺和葡糖醛酸转移到聚合的糖链上，是硫酸乙酰肝素合成过程中最重要的步骤。

在大脑发育期，EXT1和EXT2基因与HSPG基因同步表达。

研究显示，在运动神经损伤后，神经元中的糖基合成酶EXT2、HSPG蛋白以及mRNA的水平均升高，而随着神经再
生的进展，其表达逐渐下降。

这就提示HSPG，尤其是磷脂酰肌醇蛋白聚糖和多配体蛋白聚糖积极参与了周围神经再生的过程；所以，有研究[11]认为，HSPG在神经再生时不仅引导轴突的再生，而且其自身的降解还能进一步加快轴突的再生数量和速度；亦有研究认为，CSPG对神经再生的调控作用主要表现为对神经再生的抑制。

4 HSPG在NMJ形成过程中的作用
神经冲动在运动神经-骨骼肌的传递是通过NMJ完成的。

当神经冲动到达运动神
经末梢时，突触前膜的突触小泡发生出胞作用并释放乙酰胆碱（acetylcholine，ACh），ACh分子与突触后膜上N型AChR结合，产生终板电位，从而诱发肌膜的动作电位。

骨骼肌失神经支配后会出现一系列的反应，其中包括质量降低，肌纤维变性、萎缩及其代谢水平下降等。

在失神经支配后数小时后，神经末梢释放更多的ACh，引
起微型终板电位（miniature end-plate potential，MEPP）瞬时攀升。

随着神经末梢退变，MEPP降低，肌纤维息止膜电位下降，到2~3周时，还可出现纤颤电位。

同时，失神经支配肌纤维表面AChR分布出现弥散化，NMJ以外的肌膜AChR激活，肌膜对ACh的敏感性增加。

在原有运动终板完全溃变前，运动神经
在髓内的再生沿溃变的轴突到达NMJ，原有的运动终板复苏；而在原有运动终板
完全溃变后，运动神经只能在髓外再生，在肌膜的非终板区这一独特的生活环境中分化，形成新的终板。

运动神经与骨骼肌间建立突触连接的位置是由运动神经与肌细胞相互诱导来确定的。

长期以来，肌纤维周围的基膜一直被认为是这种调控作用的重要因素，但其具体机制还不清楚。

随着对NMJ中AChR复合体研究的深入，基膜中的多种HSPG在
此过程中起到的主导作用亦越来越明晰，即运动神经末梢通过所释放的神经递质诱导了突触后膜上信号蛋白的积聚，使AChR复合体定位在突触后膜上[12]。

基膜蛋白聚糖在NMJ处高表达，是NMJ处AChE的独特受体分子，在把AChE定位在
突触基膜上的过程中发挥主要的作用[13]。

AChE复合体在突触后膜的定位，是通过基膜蛋白聚糖结合AChE和肌营养不良蛋白聚糖来达到的[8]。

在运动神经-肌肉共培养模型中，HSPG可明显促进二者间的相互诱导生长和突触的形成。

在NMJ
形成后，HSPG还可以继续维持突触的稳定。

此外，HSPG是神经膜细胞胞外基质的主要成分，在神经突生长和再生的过程中起到引导作用[14]。

5 小结
目前，神经损伤后的功能恢复仍然是临床上的难题，包括提高修复神经干缺损的长度，促进神经再生并引导轴突到达神经干远端，降低再生过程中的炎症反应等。

HSPG广泛参与神经损伤后修复的全过程，深入研究HSPG的分子结构特点和生
物学活性调节，将有利于进一步揭示神经损伤后的再生过程。

6 参考文献
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