nogo蛋白與中樞神經(jīng)損傷修復(fù)機(jī)制

nogo蛋白與中樞神經(jīng)損傷修復(fù)機(jī)制

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（cns）軸突再生的主要障礙之一是缺乏抑制再生的蛋白質(zhì)。Nogo是目前已發(fā)現(xiàn)的三種重要的軸突再生抑制蛋白之一,另外兩種即髓磷脂相關(guān)糖蛋白(myelin-associatedglucoprotein,MAG)和少突膠質(zhì)髓磷脂糖蛋白。有關(guān)研究表明,上述各種物質(zhì)均通過(guò)一種糖基磷脂酰肌醇(glycosyl-phosphatidyl-inositol,GPI)受體——Nogo受體(NgR)起作用,進(jìn)而提出了通過(guò)阻斷NgR來(lái)促進(jìn)神經(jīng)元軸突再生的設(shè)想。1nogo蛋白的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能1.1nogo-a在n、n組織及安全性中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)有關(guān)Nogo蛋白的研究大多是2000年以后進(jìn)行的。Chen和PrInjha以及Grandpre的課題組在2000年成功地克隆了Nogo基因,其中Chen和PrInjha是用相關(guān)序列探針?lè)椒◤拇笫骳DNA文庫(kù)中克隆得到,而Grandpre等的研究工作都是在Schwab等研究相對(duì)分子質(zhì)量為250kD的軸突生長(zhǎng)抑制性蛋白NI-250(即Nogo-A)同源物肽段序列的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。Nogo分子有A、B和C三個(gè)不同的異構(gòu)體,它們是同一Nogo基因(在人類位于染色體2p13-14)通過(guò)不同的啟動(dòng)子或RNA剪接方式形成的。Nogo-A、B和C在N端沒(méi)有典型的分泌信號(hào)肽序列,在C端有一共同的氨基酸序列,其中有兩個(gè)長(zhǎng)的疏水序列形成跨膜區(qū),這一區(qū)域與主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的漿膜蛋白家族有很高的同源性。大多數(shù)Nogo分子分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,少數(shù)分布于細(xì)胞表面。在CNS,Nogo主要分布于白質(zhì)中,在髓鞘和培養(yǎng)的少突膠質(zhì)中均可以檢測(cè)到,而Nogo-A主要存在于CNS髓磷脂和少突膠質(zhì)中。大鼠的Nogo-A轉(zhuǎn)錄體編碼1163個(gè)氨基酸。Nogo-A的活性部位可能有兩個(gè):位于兩個(gè)疏水區(qū)域之間的Nogo-66和N末端到第一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)域這部分肽鏈,即N-Nogo。Nogo-A主要表達(dá)于CNS,位于投射神經(jīng)元和形成髓鞘的少突膠質(zhì)中,在胞膜、胞質(zhì)和胞核中都存在。曾有學(xué)者采用原位雜交方法發(fā)現(xiàn)了Nogo-A在人或大鼠體內(nèi)的分布規(guī)律。第三軍醫(yī)大學(xué)葉劍等報(bào)道,大鼠的大腦皮質(zhì)、基底神經(jīng)節(jié)、丘腦、下丘腦、延髓、腦橋、小腦、中腦、脊髓前后角及視神經(jīng)中均有Nogo-AmRNA分布,且主要位于胞漿;在腦、脊髓組織中呈散在分布,脊髓腹側(cè)2/3部分有強(qiáng)烈表達(dá),在背根神經(jīng)節(jié)、自主神經(jīng)節(jié)中也有較強(qiáng)活性,而坐骨神經(jīng)中則無(wú)Nogo-A表達(dá)。Huber等研究發(fā)現(xiàn),Nogo-A在鼠胚神經(jīng)組織中、海馬、皮質(zhì)的梨狀細(xì)胞層、紅核和動(dòng)眼神經(jīng)核中有明顯的表達(dá),除CNS之外,在其他組織系統(tǒng)如肌肉、睪丸和心臟也發(fā)現(xiàn)有表達(dá)。Nogo-B與Nogo-A相比,缺少了186~1004殘基,相當(dāng)于大鼠的相對(duì)分子質(zhì)量為35kD(NI-35)的蛋白。而Nogo-C在相同位置缺少了相同數(shù)目的殘基,但N端更短,故分子質(zhì)量最小,相當(dāng)于以往描述的大鼠的VP20和foocen-s。1.2nogo-a和ngr在軸突生長(zhǎng)過(guò)程中的作用Nogo-A是在CNS外傷后具有軸突再生抑制作用的因子,被稱為髓鞘相關(guān)蛋白。它可以使生長(zhǎng)錐潰變并抑制軸突生長(zhǎng),針對(duì)Nogo-A的抗體在體外可以中和CNS髓鞘的大部分抑制活性。許多研究表明,Nogo-A和NgR在軸突生長(zhǎng)的過(guò)程中就有表達(dá);細(xì)胞核上免疫金標(biāo)記的Nogo-A主要存在于染色體的核小體上,表明其可能與基因轉(zhuǎn)錄有關(guān);Nogo-A的表達(dá)與一些髓鞘形成有關(guān)的因子如α-微管蛋白、髓鞘基礎(chǔ)蛋白的表達(dá)有密切聯(lián)系,這也暗示Nogo-A可能與髓鞘形成有關(guān)。通過(guò)進(jìn)一步的研究闡明Nogo-A的功能是有必要的。而Nogo-B的N末端可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)而抑制血管平滑肌的生長(zhǎng),因此可以調(diào)節(jié)血管內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定及血管重建。Nogo-C在體外也能導(dǎo)致背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元生長(zhǎng)錐潰變,但由于二者分布較廣,其作用靶點(diǎn)可能不僅限于CNS中。2ngr的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能2.1x線晶體衍射目前,有關(guān)NgR的結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)取得了一致的意見(jiàn)。即NgR屬GPI錨定蛋白,具有多個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)。NgR由473個(gè)氨基酸殘基組成,從N端至C端包含1個(gè)信號(hào)肽、亮氨酸重復(fù)序列型N端(LRRNT)、8個(gè)亮氨酸重復(fù)序列(LRR)、富含半胱氨酸型C端延伸區(qū)(LRRCT)、特異性C末端以及1個(gè)GPI結(jié)構(gòu)。X線晶體衍射提示NgR分子形似彎曲的香蕉,有一個(gè)凹面與一個(gè)凸面,長(zhǎng)寬高大約為0.80nm×0.35nm×0.35nm,含有少量的二級(jí)結(jié)構(gòu)。分子凹面為平行的β片層,凸面為一些連接β片層的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。LRR結(jié)構(gòu)域占據(jù)了NgR分子的大部分空間,每一個(gè)亮氨酸重復(fù)序列由一個(gè)凹面的β片層與延伸至凸面的環(huán)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。NgR的GPI結(jié)構(gòu)域與其他分子中的LRR結(jié)構(gòu)域有一定的同源性。使用特異性磷脂酰肌醇磷脂酶C可以將NgR分子從胞膜上解離,說(shuō)明NgR分子通過(guò)GPI結(jié)構(gòu)固定于細(xì)胞膜表面。而GPI錨著結(jié)構(gòu)的存在提示胞膜上可能還存在著其他受體亞單位,與NgR協(xié)同作用,向胞漿內(nèi)傳導(dǎo)Nogo-66細(xì)胞生長(zhǎng)抑制信號(hào)。2.2神經(jīng)末梢生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)因子的作用NgR的作用主要是保持皮質(zhì)海馬等區(qū)域神經(jīng)元回路的穩(wěn)定性以及允許這些區(qū)域在結(jié)構(gòu)上有一定的可塑性。某些部位的NgR蛋白在CNS有突觸聯(lián)絡(luò)作用,暫時(shí)性的NgR下調(diào)將允許活性差的神經(jīng)纖維在有關(guān)營(yíng)養(yǎng)因子的作用下再造,而且NgR和細(xì)胞黏附因子下調(diào)在多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的共同作用下允許神經(jīng)末梢生長(zhǎng),NgR還可能有調(diào)節(jié)活性依賴的突觸再造和長(zhǎng)時(shí)程記憶的作用。3nogo蛋白質(zhì)與ngr以及中樞神經(jīng)再生之間的關(guān)系3.1nogo-a抑制劑目前一致認(rèn)為,Nogo-A是CNS髓磷脂神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)抑制因子。研究表明,神經(jīng)元在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)Nogo基因的表達(dá)變化特別敏感,因此,Nogo在具有高度可塑性的腦區(qū)域(比如海馬)的神經(jīng)元回路塑型過(guò)程中發(fā)揮重要作用。最近研究表明,Nogo蛋白、MAG通過(guò)Rho的激活抑制神經(jīng)元生長(zhǎng),而Rho的激活又是由于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體p75NTR和NgR復(fù)合物的作用。Nogo-A抑制背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)及肺成纖維細(xì)胞(3T3)延伸生長(zhǎng),呈劑量依賴性,并能被單克隆抗體IN-1(Nogo-A抗體)和ASBruna所阻斷。IN-1可中和Nogo-A蛋白,拮抗Nogo-A對(duì)軸突生長(zhǎng)的抑制作用,促進(jìn)損傷后神經(jīng)元軸突再生。Nogo-A的N端及Nogo66均有很強(qiáng)的軸突生長(zhǎng)抑制作用。國(guó)外的研究發(fā)現(xiàn),給予IN-1抗體可使成年大鼠受損脊髓的運(yùn)動(dòng)功能得到部分恢復(fù)。Nogo-A可能通過(guò)以下幾種方式抑制神經(jīng)元軸突再生:完整少突膠質(zhì)表面的Nogo-66直接與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合,簡(jiǎn)稱細(xì)胞-細(xì)胞方式;從受損少突膠質(zhì)脫落下來(lái)的含Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合,稱為細(xì)胞-膜方式;還有一種是完全溶解的少突膠質(zhì)釋放Nogo-A的N端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段,與其受體結(jié)合,其抑制作用更強(qiáng)。另外,Nogo-A還通過(guò)下調(diào)軸突生長(zhǎng)相關(guān)基因發(fā)揮抑制神經(jīng)生長(zhǎng)的作用,因?yàn)檩S突再生需要受損神經(jīng)元上調(diào)某些與生長(zhǎng)相關(guān)的基因,如c-jun、jun-D、gap-43等。當(dāng)神經(jīng)元去除了某些來(lái)自軸突的抑制信號(hào)(如Nogo-A等)時(shí),上述基因的表達(dá)上調(diào),從而軸突得以再生。其依據(jù)是使用IN-1后,細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),軸突再生明顯。此抑制作用的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制目前尚不清楚。Nogo-B、Nogo-C是否存在抑制作用還有爭(zhēng)議。3.2抗fd-pcr作用Nogo-A和NgR之間可通過(guò)多個(gè)位點(diǎn)交互作用,從而使NgR被Nogo-A激活。最常見(jiàn)的活性位點(diǎn)是Nogo-66和N-Nogo-A。在兩個(gè)Nogo疏水區(qū)域之間存在的一個(gè)短的親水Nogo-66環(huán)與一個(gè)Nogo-66受體(NgR)結(jié)合在一起,從而抑制軸突生長(zhǎng)。軸突生長(zhǎng)和神經(jīng)纖維的延伸還被N-Nogo-A區(qū)域抑制,它可以被不同的受體復(fù)合物機(jī)制介導(dǎo)。這兩種NgR結(jié)合Nogo-A區(qū)域的匯合產(chǎn)生配體,實(shí)質(zhì)上加強(qiáng)了NgR的親和力,并將NgR由一種抑制蛋白轉(zhuǎn)換為發(fā)揮促進(jìn)作用。含有NgR的神經(jīng)元在上述幾種物質(zhì)存在時(shí),其生長(zhǎng)核心均遭受破壞,而無(wú)NgR的神經(jīng)元?jiǎng)t不受影響。這些不受影響的神經(jīng)元在轉(zhuǎn)染了NgR后又變得對(duì)上述物質(zhì)異常敏感。相反,使用抗NgR作用之后,它對(duì)神經(jīng)元再生的抑制作用則大大減輕。盡管可能還存在與NgR功能相近的受體,但阻斷NgR得到的對(duì)神經(jīng)元再生功能抑制的解除效應(yīng)是十分明顯的。因而NgR基本上被認(rèn)為是一種主要有抑制作用的受體。4nogo的機(jī)制多種研究(包括兩種大型基因掃描和Meta分析)證實(shí),Nogo與早發(fā)性癡呆和精神分裂癥有潛在關(guān)系。最近,Rouleau等使用原位雜交及定量逆轉(zhuǎn)錄PCR方法觀察到,Nogo在這些患者的額葉皮質(zhì)有明顯的過(guò)量表達(dá)。大量事實(shí)證明,Nogo在疾病的發(fā)生中發(fā)揮重要作用,多發(fā)性硬化癥的脫髓鞘損傷也與Nogo-A及NgR有關(guān),CNS的缺血及外傷后神經(jīng)元生長(zhǎng)被抑制均與Nogo的軸突抑制作用有關(guān)。然而目前對(duì)Nogo的研究仍處于基礎(chǔ)研究階段,其臨床應(yīng)用的報(bào)道還很少(或成果還未真正應(yīng)用于臨床上對(duì)疾病的診斷與治療)。而缺氧缺血性腦病導(dǎo)致的新生兒腦損傷是否與Nogo有關(guān)、給予IN-1抗體是否可以減輕腦損傷尚有待于研究。5nogo-a/b/c突變異種組盡管有關(guān)Nogo的研究已經(jīng)取得眾多碩果,然而當(dāng)今還存在許多疑點(diǎn)。2003年Zheng等為研究敲除Nogo基因是否可以促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)建立了兩種基因敲除模型:一組為敲除Nogo-A和Nogo-B但不敲除Nogo-C(Nogo-A/B突變異種組),另一組則同時(shí)敲除這三種(Nogo-A/B/C突變異種組)。盡管Nogo-A/B突變異種組髓鞘在體外實(shí)驗(yàn)中降低了對(duì)神經(jīng)突生長(zhǎng)的抑制活性,但皮質(zhì)脊髓纖維在脊髓半切除術(shù)后示蹤沒(méi)有發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維明顯的再生,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些纖維有出芽現(xiàn)象。這些表明僅僅敲除Nogo是不可能促使軸突廣泛再生,再生還與損傷周圍的環(huán)境以及周圍的多種因