脊髓损伤后髓磷脂抑制分子及作用机制的研究进展

脊髓损伤后髓磷脂抑制分子及作用机制的研究进展作者：屈一鸣冯大雄肖百敏叶飞朱宗波来源：《中国现代医生》2011年第19期[摘要] 脊髓损伤（SCI）常导致损伤平面以下运动、感觉以及括约肌永久性功能障碍。

尽管国内外学者对此进行了不懈的探索，但是如何治愈SCI迄今仍是一全球性的医学难题。

脊髓损伤后轴突不能再生的主要原因包括髓磷脂相关抑制分子的存在、含抑制分子的胶质瘢痕形成、硫酸软骨素蛋白多糖等。

其中，髓磷脂相关神经生长抑制因子对中枢神经再生抑制起着关键作用，其相关抑制因子主要包括三种髓磷脂源性生长抑制蛋白：髓磷脂相关糖蛋白、少突胶质细胞髓磷脂糖蛋白、Nogo-A。

所有这些生长抑制因子都结合共同抑制蛋白受体—Nogo-66（NgR）受体复合体，激活远端的Rho信号途径。

激活Rho与其下游的效应器蛋白-Rho蛋白激酶Ⅱ（ROCKⅡ），激活的ROCKⅡ作用于多种蛋白质底物而产生级联瀑布信号传递，调节生长锥内细胞骨架的重组，改变神经的生长方向，影响肌球蛋白的收缩等,引起轴突生长锥的回缩及塌陷，介导脊髓损伤后轴突的再生抑制。

本文简要综述SCI后几类髓磷脂相关抑制分子及其通过Rho-ROCKⅡ信号途径传递及机制的研究进展。

[关键词] 脊髓损伤；髓磷脂抑制分子； Rho-ROCKⅡ；[中图分类号] R651.2 [文献标识码] B[文章编号] 1673-9701（2011）19-25-03脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）后，由于多种原因导致的轴突再生困难常引起永久性的神经功能缺损[1]，一直是治疗难点。

近年研究发现，SCI后修复困难的原因包括SCI后再生能力的下降、胶质瘢痕的屏障作用、神经营养因子的缺乏及髓鞘产生的轴突再生抑制因子等[2]。

SCI后的轴突再生抑制分子大致可分为3类：髓磷脂相关抑制物、胶质瘢痕起源的抑制物、斥性轴突导向分子（repulsive axon guidance molecules，RGM）。

本文主要针对SCI后髓磷脂相关抑制分子及其作用机制做一简要综述。

1 髓磷脂相关抑制因子及其生物学特性中枢神经系统内的髓鞘是由少突胶质细胞生成一种脂蛋白，包绕神经元轴突绝缘以保证电信号传导并保护轴突。

髓磷脂相关抑制因子已被证实是早期轴突再生失败的主要原因。

目前发现的抑制分子包括有Nogo-A、髓磷脂相关糖蛋白（myelin-associated glycoprotein，MAG）、少突胶质细胞髓磷脂糖蛋白（oligodendrocyte myelin glycoprotein，OMgp）等[3]。

髓磷脂抑制因子在SCI后少突胶质细胞表达量明显增加，与Nogo受体（Nogo receptor，NgR）及复合物结合后，引起神经元胞内骨架调节因子RhoA的活性改变，导致神经元细胞生长锥崩解，受损轴突的再生和延伸因而停止，从而发挥抑制神经再生的作用[4] 。

1.1 Nogo-A结构、分布与生物学特性研究人员2000年就成功克隆出了抑制轴突再生的Nogo基因。

其由不同启动子及剪切方式形成3个mRNA转录体，分别编码为Nogo-A、B、C三种结构蛋白。

Nogo-A抑制中枢神经再生的特性目前已明确，它具有抑制细胞黏附、迁移和轴突生长的特性，有很强的抑制轴突生长作用[5]。

Nogo-A是一种主要由少突胶质细胞表达的跨膜糖蛋白，由1163个氨基酸组成，分子量约220kD，包含一个由1024个残基组成的胞间结构域、7个N-糖基化位点、多个糖基化位点、2～3个跨膜结构域和一个短的胞内区。

Oertle [6]认为Nogo-A有3个结构功能域：①Nogo-A的C端区域（Nogo-66），Nogo-66是羧基端两个跨膜区之间的一个66个氨基酸形成的环状结构，存在于内质网腔或细胞表面，能抑制中枢神经细胞轴突生长、诱导生长锥塌陷。

②Nogo-A的N端，包括氨基端到第一个疏水区之间的片段，主要存在于胞外，能抑制神经纤维生长并对非神经细胞的伸展、迁移也起抑制作用，但表达量很少而对神经元影响甚微。

③Nogo-A特有区域（NiG-△20）是Nogo-A中间存在的一个含有181个氨基酸的区域，可以限制成纤维细胞迁移，抑制轴突生长并诱导生长锥萎陷。

Nogo-A主要在成体CNS少突胶质细胞中表达，表达位于髓鞘靠近轴突的内层膜，在少突胶质细胞分化和髓鞘形成过程中出现在细胞膜表面，最后以生长分叉包绕中枢系统白质，抑制其区域纤维生长，起到稳定神经元外纤维骨架来稳定神经系统功能的作用[7]。

1.2 MAG结构、分布与生物学特性MAG是免疫球蛋白超家族中一种跨膜蛋白质，分布在神经系统髓鞘中。

MAG包括5个细胞外免疫球蛋白样区域、1个跨膜区域和1个细胞内区域。

MAG又称siglec-4a（siglec是指免疫球蛋白超家族中唾液酸结合蛋白中的一个亚群）其抑制位点位于Ig5区[8]。

MAG有L-MAG 和S-MAG两种异构体，主要由少突胶质细胞表达于轴旁周的膜上。

MAG最突出特征是具有调节轴突双向生长的能力， MAG分布于CNS中与轴突接触髓鞘上，对发育中的神经元有促进作用，而对成熟神经元有抑制作用。

Venkatesh[9]报道，MAG可同时绑定NgRl和NgR2，但与NgR2的结合有特异性，亲和力高，故NgR2可能是MAG主要相关受体。

MAG也缺乏胞内片段，主要通过信号转导配体p75NtR结合NgR2来共同作用完成信号传递。

1.3 OMgp结构、分布与生物学特性OMgp是由440个氨基酸组成的糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白，通过糖磷脂酰肌醇（glycosyl phosphatidyl inositol，GPI）锚接于髓鞘外层，主要表达在CNS的髓鞘、少突胶质细胞表面和外周神经节旁区。

OMgp有四个结构域，包括氨基端较短富含半胱氨酸片段、富含亮氨酸重复序列、丝氨酸、苏氨酸富含区和疏水羧基片段。

2002年Wang及Kottis[10]等分别发现OMgp具有抑制轴突再生的作用。

Habib检测小鼠脑OMgp-mRNA及OMgp蛋白表达发现，出生时表达微弱，出生后逐渐升高分别于21、24d达最高峰后，略下降并稳定，P.Vourch等[11]检测大鼠出生后额颞区、中央核、脑干、小脑等部位OMgp-mRNA的表达发现，出生后逐渐升高于42d达高峰后下降，于48d时稳定。

发育过程中OMgp作用尚不清楚，根据其分布及损伤后抑制效应推测，可能作为一种正常环境因子参与轴突生长与联系的调节，因此随着发育时间的推移，神经元逐渐成熟，OMgp的表达也相应逐渐下降。

实验证实OMgp可与受体NgR结合抑制神经元轴突再生且与剂量相关。

2 NgR分子结构与生物学特性NgR作为三种髓鞘抑制蛋白共同受体，在轴突再生抑制信号传导通路中起枢纽作用。

NgR 是由473个氨基酸残基组成的GPI锚定蛋白，从N端至C端包含1个信号肽、8个亮氨酸重复序列（LRRs）、富含半胱氨酸型C端延伸区（LRRCT）、特异性C末端以及1个GPI结构，其中C羧基端通过糖基磷脂酰肌醇（GPI）定位于胞膜。

而LRRNT/LRRs/LRRCT为NgR的配体结合域（LBD）。

胚胎神经元中NgR并不表达也不敏感，而出生后广泛存在于CNS多种细胞，密集分布于细胞质和细胞膜以及神经突起内，而且延伸至生长锥内C区和P区（以P区密度最高），被认为是Nogo-66作用的始动，同时NgR也是MAG和OMgp的功能受体，因此NgR成为CNS髓磷脂中轴突抑制性因子共同发挥作用的靶点[12]。

研究[13]发现，NgR不仅在大脑皮层、海马、脑桥、小脑蒲肯野等细胞中存在，在少突胶质细胞，甚至在心、肾脏等外周组织也有分布与表达。

NgR的分子序列中没有跨膜成分，NgR 借助于C端的一个糖基化磷酸肌醇（GPI）结构附着于神经元胞膜表面，通过与GPI锚着点锚定糖基化后，被特异的磷脂酶磷脂酰肌醇化后通过胞质膜释放，在膜上存在的其他受体亚单位将细胞生长抑制信号向胞质内传导后，Nogo-66与NgR通过特异的结合，产生轴突生长的抑制作用。

受体亚单位有神经营养因子（N1F）受体p75NTR （p75neurotrophin receptor）和TROY 两种，p75NTR是一种单链跨膜糖蛋白，由1个信号肽、4个半胱氨酸富集区的胞外域、疏水的穿膜区以及1个富含碱性氨基酸的胞内域组成。

其胞质部分与Rho作用，与NgR形成的复合物能将胞外抑制信号跨膜传入靶神经元胞内；此外p75NTR-NgR复合物中尚有一种新的跨膜蛋白成分LINGO-1，由614个氨基酸残基组成，胞外段具有LRR和IgC2两个结构域，有一个跨膜结构域和一个较短的胞质区，另一种受体亚单位TROY是TNR超家族成员，其作为p75N1R代替物在其缺乏部位选择性表达，与NgR和LINGO-1形成受体复合体，完成髓磷脂抑制因子的信号传递从而抑制轴突再生。

3 Rho及RhoA分布与生物学特性Rho是一种结合在胞膜内壁的鸟苷三磷酸酶（guanosine triphosphate，GTP）。

RhoA在少突神经胶质细胞和轴突均可表达，而大脑白质的胶质细胞散布有RhoB；SCI后被Rho激活，第1天RhoA表达开始增加，第3天达最大，维持到第7天后逐渐下降。

而Rho-GTP激酶是一个大家族，在人类包含21不同基因，至少有23种信号蛋白，其中最有特征的家族成员是RhoA、Rac1和Cdc42，彼此属于不同亚群、亚家族。

Rho-GTP激酶两种构象（GDP灭活态与GTP激活态）是发挥RhoA作用的关键。

髓磷脂相关抑制因子促进p75NTR与Rho-GDI的结合后，在鸟苷酸交换因子的作用下，形成Rho-GTP [14]，再由Rho介导激活其下游的效应器，进而诱导肌动蛋白聚合，最后导致生长锥的塌陷和轴突生长的抑制。

4 髓磷脂抑制分子引起生长锥塌陷的信号传递及机制上述几类髓鞘相关的抑制分子与NgR特异性结合后通过：（1）与低亲和力的神经营养因子跨膜受体P75NTR结合形成P75NTR-NgR复合物[15]。

（2）跨膜糖蛋白LINGO-1与NgR或与P75 NTR /NgR结合，形成NgR/LINGO-1、P75NTR /NgR/ LINGO-11复合物[16]。

（3）在不表达P75NTR神经元中，孤儿受体TROY与NgR及LINGO-1结合形成受体复合物[17]，传递胞外抑制信号至质膜内，作用于GTP酶-Rho[18]，它在Rho鸟苷酸交换因子（GEFs）作用下与三磷酸腺苷（ATP）结合而激活。

激活Rho与其下游的效应器蛋白-Rho蛋白激酶Ⅱ（Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase Ⅱ，ROCKⅡ）的Rho结合结构域相结合后，自身抑制环打开，ROCKⅡ与ATP结合而磷酸化，激活的ROCKⅡ作用于多种蛋白质底物而产生级联瀑布信号传递[19]，包括：（1）使其底物肌球蛋白轻链（myosin light chain，MLC）第19位丝氨酸残基磷酸化，Ⅱ型肌球蛋白被磷酸化后，使肌动蛋白活化ATP酶的活性增加，水解肌球蛋白ATP，使生长锥内的肌球蛋白和肌动蛋白丝收缩，从而将肌动蛋白丝向生长锥中心牵拉，其方向与轴突生长方向相反，导致生长锥回缩[19]；（2）使肌球蛋白轻链磷酸酶（myosin light chain Phosphatase，MLCP）去磷酸化，从而调节生长锥内MLC的数量来影响轴突及生长锥[19，20]；（3）肌球蛋白轻链激酶1（myosin light chain kinase1，MLCK1）第508位苏氨酸和肌球蛋白轻链激酶2（myosin light chain kinase 2， MLCK2）第505位苏氨酸磷酸化，使丝切蛋白（cofilin）调节的肌动蛋白丝解聚，使轴突生长锥处于被抑制状态[18-21]；（4）崩溃反应介质蛋白2（collapsing response mediator protein，CRMP-2）第555位苏氨酸残基磷酸化，抑制CRMP-2与微管异二聚体的连接并影响微管的动态平衡，从而抑制微管的组装[21]；（5）微管结合蛋白2（microtubule-associated protein 2，MAP2）第1796位丝氨酸残基，同时使微管结合蛋白第245位、377位苏氨酸，第262位、409位丝氨酸残基磷酸化，影响微管的平衡及神经元黏附分子的胞饮作用，使微管的解聚[22]；（6）使ERM（ezrin/radixin/moesin）蛋白质复合体及其他细胞骨架调节蛋白，如波形蛋白（vimentin）、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）和神经纤维丝（neurofilaments）磷酸化，导致肌动蛋白解聚，生长锥塌陷[20]。