中樞神經(jīng)nogo蛋白的研究進展

中樞神經(jīng)nogo蛋白的研究進展

成年人由于神經(jīng)損傷而無法再生。除了與膠質(zhì)疤痕的空間阻礙作用和促神經(jīng)生長因子的缺乏以外,主要是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在著抑制神經(jīng)細胞生長的抑制因子。其中,Nogo蛋白作為抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生的最重要的物質(zhì),越來越受到人們的重視。1nogo抑制劑—Nogo蛋白及其受體的結(jié)構(gòu)Nogo是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中發(fā)現(xiàn)的一種抑制軸突生長的蛋白,編碼Nogo蛋白的基因被稱為Nogo基因。由于啟動子和RNA剪切方式的不同,Nogo基因能夠表達出3種mRNA的轉(zhuǎn)錄體,其編碼的蛋白質(zhì)分別為Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C,長度分別為1163、360、199個氨基酸;這3種蛋白質(zhì)在近羧基端都有相同的188個氨基酸序列,且都有2個長度分別為35和36個氨基酸的疏水跨膜區(qū)。Nogo分子的氨基端和羧基端都位于細胞漿,3種Nogo分子的羧基端2個跨膜區(qū)之間均存在一個66個氨基酸的結(jié)構(gòu)域Nogo-66,位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或細胞膜外,是Nogo分子功能區(qū),可抑制中樞神經(jīng)細胞軸突生長并能誘導細胞生長錐塌陷。除Nogo-66以外,Nogo蛋白還具有另一具有抑制活性的結(jié)構(gòu)域———amino-Nogo,重組amino-Nogo片段包括從NogoA氨基端到第一個疏水區(qū)的氨基酸序列,在體外實驗中髓鞘的大部分抑制活性可以被針對這一片段的抗體中和?？扇苄灾亟Mamino-Nogo和Nogo-66蛋白都具有獨立的抑制活性,aminoNogo可以抑制神經(jīng)元細胞和成纖維細胞的生長,而Nogo-66只能抑制神經(jīng)元細胞的生長。Nogo基因表達的3種Nogo蛋白中,Nogo-A是Nogo中最主要的形式,存在于髓鞘的內(nèi)外環(huán)和少突膠質(zhì)細胞表面,是突觸再生抑制物,Nogo-B是血管重塑調(diào)節(jié)物,Nogo-C與細胞凋亡有關(guān)。Nogo蛋白發(fā)揮作用的受體稱為NgR,是最近發(fā)現(xiàn)并克隆的一種糖基磷脂酰肌醇(GPI)錨定膜蛋白,它與Nogo-A的細胞外的結(jié)構(gòu)域Nogo-66結(jié)合。因NgR在髓磷脂抑制軸突再生信號轉(zhuǎn)導過程中特殊的靶分子效應(yīng),日益受到重視。NgR含有473個氨基酸殘基,氨基端有1個信號肽,其后為8個富含亮氨酸的重復區(qū),羧基端含豐富的半胱氨酸,與GPI相連,并通過GPI連接于細胞表面。但作為一個糖基醇磷脂結(jié)合蛋白,缺乏細胞內(nèi)片段,所以其信號向細胞內(nèi)傳導必定要借助其它跨膜分子與NgR共同作用,才能將NgR接受到的來自髓磷脂的抑制信號傳遞到軸突胞質(zhì)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中另外2種軸突生長抑制性蛋白———MAG與OMgp均通過NgR及與其相連的受體復合物發(fā)揮作用。Nogo-66與MAG結(jié)合于NgR的不同位點,而Nogo-66與OMgp在NgR上的結(jié)合位點有重疊,故二者存在競爭。因此NgR似乎是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中各種軸突生長抑制性蛋白發(fā)揮作用的集中點。NgR在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多個不同類型的神經(jīng)元中表達,其作為配基和信號傳遞與調(diào)節(jié)的功能域已經(jīng)基本明確。2nogo-66與nr的相互作用Nogo蛋白與中樞神經(jīng)再生的關(guān)系一直是國內(nèi)外科學家關(guān)注的熱點。目前一致認為,Nogo是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘磷脂中最重要的一種抑制軸突生長錐再生的蛋白質(zhì),可導致生長錐塌陷并抑制神經(jīng)元突起的延伸,亦可被特異性抗體IN-1所識別。實驗發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元在生長過程中對Nogo基因的表達變化特別敏感,針對Nogo-A的抗體可抵消CNS髓鞘在體外的抑制活性,證實Nogo蛋白具有強烈的中樞神經(jīng)生長抑制活性。Nogo-66僅能特異性抑制神經(jīng)纖維的生長,而Nogo氨基片段則作用更為廣泛,可阻斷神經(jīng)纖維生長,并能抑制非神經(jīng)細胞的伸展和遷移。Nogo-66與NgR的特異性結(jié)合抑制CNS的再生,Nogo-A通過多位點的相互作用激活NgR啟動神經(jīng)細胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導通路抑制軸突再生和結(jié)構(gòu)的重塑性。Nogo-A與NgR可能通過以下3種方式結(jié)合:一是完整少突膠質(zhì)表面的Nogo-66直接與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合,簡稱細胞-細胞方式;二是從受損少突膠質(zhì)脫落下來的含Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合,稱為細胞-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。此外,Nogo-A還可通過下調(diào)軸突生長相關(guān)基因發(fā)揮抑制神經(jīng)生長的作用,但此抑制作用的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導機制目前尚不清楚。另外,Nogo-B和Nogo-C是否存在抑制作用還有爭議。3信號轉(zhuǎn)導功能由于NgR沒有跨膜區(qū)及細胞內(nèi)結(jié)構(gòu),其接收的信號需要通過其它跨膜分子傳遞。近來有證據(jù)表明p75即具有這一作用,p75細胞外結(jié)構(gòu)域能與全長NgR結(jié)合,MAG-Fc具有增強其結(jié)合能力的作用。除了NgR和p75,還需要另一個神經(jīng)系統(tǒng)特有的跨膜蛋白LINGO-1,才能形成具有完整信號傳遞功能的NgR復合體(NgR/LINGO-1/p75);此外,腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族的另一成員TAJ/TROY也能與NgR結(jié)合,形成NgR/LIN-GO-1/TROY復合體,同樣具有完整傳導髓鞘抑制分子信號的能力。髓鞘相關(guān)抑制分子與NgR的N-端結(jié)合后,可增強NgR與LINGO-1及p75或TROY的結(jié)合能力,最終可形成具有信號轉(zhuǎn)導功能的三聚體復合受體,這一過程可激活多種信號轉(zhuǎn)導分子,其中,對RhoA的激活最受關(guān)注。NgR通過與LINGO-1及p75或TROY結(jié)合,激活小鳥嘌呤核苷三磷酸酶的Rho家族成員———rho、rac1、cdc42,內(nèi)源性第二信使在其信號轉(zhuǎn)導過程中發(fā)揮重要作用。用神經(jīng)營養(yǎng)因子提高神經(jīng)元內(nèi)cAMP水平,激活PKA,使Rho磷酸化而失活,可以阻斷髓磷脂對軸突生長的抑制作用。細胞內(nèi)游離鈣也與生長錐延伸和收縮過程密切相關(guān)。Nogo-A導致生長錐潰變之前,細胞內(nèi)Ca2+濃度明顯升高。Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合后,激活蛋白激酶,也可以導致Rho磷酸化而失活,促進生長錐延伸。因此可以認為,中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元損傷后,溶解的少突膠質(zhì)細胞釋放Nogo-A氨基端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段,與其特異性受體復合物結(jié)合,通過第二信使作用于Rho,對生長錐中的微絲進行調(diào)節(jié),使生長錐潰變,抑制軸突再生。此外,Nogo-A還對軸突生長相關(guān)基因有下調(diào)作用。軸突生長抑制信號主要通過Rho-A途徑實現(xiàn),此外還存在其它信號途徑,如Enabled途徑和LIMK途徑及其它間接的、調(diào)節(jié)性的信號途徑。近年研究發(fā)現(xiàn),外周神經(jīng)損傷導致初級神經(jīng)元內(nèi)cAMP的水平升高,激活蛋白激酶A(PKA),使p75磷酸化,從而改變在脂質(zhì)層中的定位;cAMP的水平升高,還可使Rho-A磷酸化而失活,并能上調(diào)精氨酸酶Ⅰ的水平,增加聚胺合成。這些都可以阻斷髓磷脂對軸突生長的抑制作用。另有研究發(fā)現(xiàn),Nogo-A作用于神經(jīng)元后有Ca2+濃度改變,而且用鈣通道阻滯劑可以部分地解除Nogo-A抑制軸突生長的作用。目前認為Ca2+可能參與NIG抑制軸突生長的信號通路,因此也被認為是參與Nogo信號的細胞內(nèi)傳導的組成之一。4nogo-“x-射線”抑制劑的作用針對其中樞神經(jīng)再生抑制的機制,人們試圖通過阻止抑制神經(jīng)再生的不同環(huán)節(jié)尋找突破,如用基因敲除的方法使Nogo-A基因不表達;制備分泌特異性單克隆抗體IN-1的雜交瘤細胞注入腦內(nèi)中和Nogo-A的作用;使用Nogo-66的受體NgR的競爭性拮抗劑———NEP1-40;利用p75NTR作為受體復合體中的亞單位,通過阻斷p75實現(xiàn)去除Nogo的抑制作用;針對3種髓鞘抑制因子都通過NgR和RHO發(fā)揮作用,提出神經(jīng)再生可能要鎖定靶點于NgR和RHO,而不是Nogo-A、MAG、OMGP。有研究發(fā)現(xiàn),針對Nogo-66的氨基酸序列設(shè)計的NgR的競爭性拮抗劑NEP1-40,不僅可以阻斷Nogo-66與NgR的結(jié)合,而且還阻斷它們介導的生長錐潰變作用,能明顯地促進受損CNS軸突生長及功能恢復。亦有實驗證明,NgR或Nogo-A、B基因敲除的小鼠腦梗死后的運動功能恢復良好,腦梗死后1周時腦室內(nèi)注射阻斷Nogo-A功能的NgR片段同樣也可促進功能恢復。這說明,通過提高軸突可塑性可促進亞急性卒中的康復,針對Nogo-A的特異性治療有可能為缺血后的神經(jīng)再生,功能康復提供新的治療靶點。在中醫(yī)藥方面,有學者發(fā)現(xiàn)三七三醇皂苷和以何首烏為主要藥物的首烏仙海片、復健片等均可顯著抑制大腦中動脈閉塞模型大鼠腦內(nèi)Nogo-A的表達,表明某些中藥及其