成體中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的反應

成體中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的反應

神經(jīng)恢復的重要性不僅包括神經(jīng)系統(tǒng)的重建和突變，還包括相關環(huán)境的重建和神經(jīng)功能的恢復。多年來一直認為外周神經(jīng)損傷后可以再生,而成體中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)損傷后不能再生。為什么中樞神經(jīng)不能再生?神經(jīng)科學工作者從各個層次和角度對這一問題進行了探討和闡述,以求明確其發(fā)生機理,從而指導中樞神經(jīng)的人工輔助再生。1.再生軸突后的細胞激活早在1928年,Cajal就觀察到神經(jīng)損傷后的長芽現(xiàn)象。外周神經(jīng)損傷后的反應主要包括Walleri變性和節(jié)段性脫髓鞘(segmentaldemyelination):神經(jīng)元因為失去與終末器官的聯(lián)系,軸突遠端和髓鞘崩解;大量巨噬細胞侵入,清除軸突和髓鞘的碎屑,同時激活Schwann細胞分裂增生,沿神經(jīng)纖維的內(nèi)膜排列成柱狀,形成Büngner細胞帶(bandsofBüngner);再生軸突通過Büngner細胞帶延伸到支配器官,同時髓鞘形成。CNS損傷后的反應主要是:神經(jīng)細胞的凋亡和軸突髓鞘的崩解;被激活的星形膠質(zhì)細胞分裂增生,在損傷的組織表面形成膠質(zhì)瘢痕;小膠質(zhì)細胞被激活,吞噬崩解產(chǎn)物。隨著對神經(jīng)損傷后反應過程的了解,人們逐漸認識到周圍神經(jīng)系統(tǒng)(PNS)和CNS損傷后軸突和髓鞘的反應是相同的,而損傷部位周圍環(huán)境的細胞反應是不同的。PNS損傷后由Schwann細胞構成的Büngner細胞帶引導新生軸突的生長,大量巨噬細胞可以及時清除軸突和髓鞘的碎屑。CNS損傷后由星形膠質(zhì)細胞增生形成的膠質(zhì)瘢痕則是阻礙再生纖維通過的物理屏障,而且激活小膠質(zhì)細胞是一個漫長的過程,這使得損傷部位髓鞘和軸突的崩解產(chǎn)物不能被及時清除。長期以來人們一直認為星形膠質(zhì)瘢痕是抑制CNS再生的主要因素,近年來這種觀點發(fā)生了改變。2.神經(jīng)生長抑制物在損傷后膠質(zhì)瘢痕形成的過程中少突膠質(zhì)細胞不是主要的反應細胞,盡管它們在損傷后也增生,但是這種反應卻是一過性的。早期的研究者亦指出PNS之所以能夠再生,其組織環(huán)境是十分重要的因素,20世紀80年代Aguago研究組證實CNS大多數(shù)投射神經(jīng)元和中間神經(jīng)元的受損軸突都能在周圍神經(jīng)的環(huán)境中再生。這個現(xiàn)象促使人們?nèi)ヌ接慞NS和CNS再生差別的細胞生物學機制,結果提出了神經(jīng)生長抑制物(neuritegrowthinhibitor)的概念。研究人員將神經(jīng)元與坐骨神經(jīng)及視神經(jīng)共培養(yǎng),結果神經(jīng)元的突起可以長入坐骨神經(jīng)而不能長入視神經(jīng),似乎表明成年CNS組織中存在抑制神經(jīng)再生的物質(zhì)。用CNS不同腦區(qū)的冰凍切片作為培養(yǎng)神經(jīng)元的基質(zhì),神經(jīng)元能附著在灰質(zhì)上生長形成突起,卻不能在白質(zhì)上生長。成年雞的背根節(jié)神經(jīng)元可以在含有l(wèi)aminin的環(huán)境中生長,但是不能在含有CNS髓鞘的環(huán)境中生長。越來越多的實驗表明少突膠質(zhì)細胞的髓鞘中含有抑制神經(jīng)再生的物質(zhì)。髓鞘的化學組分是髓磷脂,髓磷脂的生化組成比較簡單,脂類占干重的70%~80%,蛋白占15%~30%,神經(jīng)節(jié)苷脂占5%~10%。CNS的髓磷脂蛋白以蛋白脂質(zhì)蛋白(PLP)和髓鞘堿性蛋白(MBP)居多,兩者共占約80%,此外含有少量的髓鞘相關糖蛋白(MAG)(約占1%)和中樞神經(jīng)特異的少突膠質(zhì)細胞髓鞘糖蛋白(OMgp)。近年來證實MAG和OMgp有很強的抑制軸突再生的作用。PNS的髓磷脂蛋白50%以上是P0蛋白,P2蛋白和MBP約占15%~20%。P0蛋白和周圍髓鞘蛋白22(PMP22)為PNS所特有的脂蛋白,二者在Schwann細胞的正常發(fā)育和髓鞘形成過程中發(fā)揮作用。2.1mag與ngo-66的相互作用MAG是免疫球蛋白超家族成員,定位于中樞和周圍神經(jīng)髓鞘的軸突周圍區(qū),髓鞘板層內(nèi)無MAG。大鼠的MAG基因有13個外顯子,MAG分子的細胞外區(qū)含有RGD三肽序列,可以和細胞表面整合素受體結合,因此認為MAG的生理功能可能是在髓鞘形成的過程中起細胞識別和粘附的作用。在PNS,MAG是調(diào)節(jié)有髓神經(jīng)纖維成熟和生長的信號分子。近年的許多研究表明MAG對體外培養(yǎng)的神經(jīng)元有很強的生長抑制作用,但是對MAG缺陷小鼠的研究卻顯示其抑制神經(jīng)生長的能力與野生型鼠并無顯著差別。2003年Wong等將胚胎16d大鼠的視神經(jīng)切斷后,用激光使視神經(jīng)表面的MAG失活,一段時間后神經(jīng)可生長并跨過損傷部位,經(jīng)神經(jīng)殘端吸收的逆行標記物可出現(xiàn)在損傷部位另一端。目前的研究結果傾向于MAG是抑制CNS再生的重要物質(zhì)。2002年Filbin研究組發(fā)現(xiàn)MAG可以和Nogo受體(NgR)結合抑制軸突的生長,而且MAG和Nogo對NgR的結合是競爭性的。幾乎在同時,Strittmatter實驗室采用Cos-7細胞表達鼠腦cDNA文庫及融合蛋白的方法揭示:MAG是Nogo-66受體的一個功能性配體,但是MAG和Nogo-66結合在NgR分子相同功能區(qū)域的不同位點上,二者屬于非競爭性結合。MAG和NgR都是在出生后的早期開始表達。2.2ogmp基因早先有人從牛腦組織髓鞘中純化出一種蛋白,因其對神經(jīng)軸突的生長具有抑制作用,就將其稱為arretin,后來證實其主要成分就是OMgp。OMgp是一種CNS特異性糖蛋白,大約只占髓磷脂蛋白的0.05%,定位在髓鞘及少突膠質(zhì)細胞體的外表面。在發(fā)育期,它的出現(xiàn)比其他髓磷脂蛋白晚,其生理功能可能是在髓鞘形成的過程中與終止信號的發(fā)出有關。OMgp疑是引起某些自身免疫性疾病(如多發(fā)性硬化)的靶抗原。OMgp是少突膠質(zhì)細胞和髓鞘表面的糖基磷脂酰肌醇(GPI)錨定蛋白,含有433個氨基酸殘基。1990年研究人員用編碼OMgp的cDNA克隆篩選人基因組DNA文庫,得到了人OMgp基因。通過基因組克隆與分裂中期細胞雜交,將人的OMgp基因定位于17號染色體的q11~12處,此位置正是神經(jīng)纖維瘤1型基因(NF1)的所在區(qū)域。進一步的研究結果顯示OMgp基因是NF1基因的一個內(nèi)含子,過表達OMgp的NIH3T3細胞生長速度明顯減緩,細胞周期分析發(fā)現(xiàn)細胞在G1期受阻,OMgp可阻礙有絲分裂信號途徑而發(fā)揮生長抑制作用。體外培養(yǎng)條件下OMgp對多種神經(jīng)細胞均有生長抑制作用,如大鼠海馬神經(jīng)元、小腦顆粒細胞、視神經(jīng)節(jié)細胞以及NG108和PC12細胞系等。將OMgp和背根神經(jīng)節(jié)共培養(yǎng)可觀察到明顯的生長錐崩解現(xiàn)象。2002年Wang等發(fā)現(xiàn)OMgp和NgR有較高的親和力,去除細胞表面的NgR等GPI錨定蛋白,背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元對OMgp的生長抑制作用失去敏感性,而加入外源性NgR又可使其對OMgp的敏感性恢復,這說明OMgp是NgR的一個功能性配體。2.3nogo-b和nogo-cNogo的發(fā)現(xiàn)是神經(jīng)再生研究的里程碑。1988年Schawb研究組從大鼠脊髓髓鞘中分離出分子質(zhì)量分別為35kD(NI35)和250kD(NI250)的蛋白,這兩種蛋白對軸突生長都有很強的抑制作用。其特異性抗體能和這兩種蛋白結合,并拮抗髓鞘崩解產(chǎn)物對軸突再生的抑制作用。2000年,得益于對牛的bNI220蛋白(NI-250的同源物)六個肽段的分析,三個實驗室同時報告了一個未知基因——nogo基因,它編碼這種抑制性蛋白質(zhì)。nogo的表達產(chǎn)物稱為Nogo蛋白,Nogo蛋白是CNS髓鞘中具有抑制神經(jīng)生長活性的跨膜蛋白。由于啟動子與mRNA剪切位置不同,Nogo蛋白分為三種同型異構體:Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C。人的Nogo-A由1192個氨基酸殘基組成,相當于大鼠的NI-250;Nogo-B相當于大鼠的NI-35;Nogo-C是以前所描述的大鼠的vp20和foocen-s。Nogo-A主要分布于少突膠質(zhì)細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,少量位于少突膠質(zhì)細胞表面,在某些神經(jīng)元膜上或細胞內(nèi)也有表達,星形膠質(zhì)細胞和Schwann細胞中未見分布。Nogo-B和Nogo-C的分布較廣泛,除CNS外,在軟骨、皮膚及骨骼肌細胞中均有分布,目前對Nogo-B及Nogo-C是否具有抑制作用尚有爭議。Nogo蛋白有兩個完全獨立的結構域:Nogo-66和amino-Nogo,Nogo-66是指兩個疏水區(qū)之間的序列,amino-Nogo包括從Nogo氨基端到第一個疏水區(qū)的氨基酸序列。Strittmatter實驗室的研究結果證實Nogo-66和amino-Nogo都具有獨立的抑制活性。Nogo-66在體內(nèi)是通過與其受體NgR相結合而發(fā)揮作用的。2001年Alyson等用堿性磷酸酶融合蛋白篩選基因表達文庫的方法鑒定出一種和Nogo-66有高親和力的蛋白,將編碼此種蛋白的cDNA轉(zhuǎn)染入早期雞胚的視神經(jīng)節(jié)細胞使其表達,在該發(fā)育階段細胞對Nogo-66不敏感,當加入外源性的Nogo-66后生長錐潰變,表明此種蛋白是Nogo-66的功能性受體。NgR主要表達于CNS的神經(jīng)元及軸突表面。NgRcDNA序列編碼的蛋白長度為473個氨基酸,帶有典型的氨基端易位信號序列。信號序列后接有8個亮氨酸重復區(qū)(LRR)和一個LRRC-末端(LRRCT),其分子的C-端借助GPI錨定蛋白固定在質(zhì)膜的外表面。經(jīng)磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C(PI-PLC)處理,去除GPI的胚胎背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元,其生長錐不再受Nogo-66的抑制,但GPI并非NgR的功能區(qū)域。兩種髓鞘抑制蛋白MAG及OMgp與NgR均有很高的親和力。MAG、OMgp和Nogo-66對體外培養(yǎng)神經(jīng)元的生長抑制作用都需要NgR的介導,NgR的表達使得對MAG、OMgp和Nogo-66不敏感的神經(jīng)元轉(zhuǎn)為敏感狀態(tài),相反,amino-Nogo卻不能和NgR結合。進一步研究揭示,這三種抑制分子都結合在NgR亮氨酸重復序列富集區(qū)。MAG、和Nogo-66結合于NgR的不同位點上,而Nogo-66與OMgp在NgR上的結合位點有重疊,故二者存在競爭性結合。NgR似乎是CNS中諸多抑制分子發(fā)揮作用的集中點。更有資料表明脊髓損傷后,NgR的競爭性拮抗劑NEP1-40能明顯促進受損神經(jīng)軸突生長及功能恢復。由于NgR是細胞表面的錨定蛋白,分子序列中不存在跨膜的成分,因此最先猜想它需要一個跨膜的復合受體來介導NgR的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導作用。最近兩個實驗室檢測到的p75NTR極有可能就是NgR的復合受體亞單位。已知p75NTR是神經(jīng)生長因子受體即酪氨酸激酶受體trk家族的一種復合受體,用神經(jīng)生長因子可以阻斷MAG對培養(yǎng)神經(jīng)細胞的生長抑制作用。但是在p75NTR突變鼠,MAG依賴的神經(jīng)生長抑制作用可被消除,看來似乎p75NTR的作用自相矛盾。p75NTR被激活后,與細胞內(nèi)的一種小型G蛋白即小鳥嘌呤核苷三磷酸酶(smallGTPases)的Rho家族成員RhoA結合,經(jīng)過一系列信號轉(zhuǎn)導作用,最終抑制神經(jīng)再生。用神經(jīng)營養(yǎng)因子提高神經(jīng)元內(nèi)cAPM水平,激活PKA,使Rho磷酸化而失活,可以阻斷髓鞘對軸突生長的抑制作用。3.星形膠質(zhì)細胞對神經(jīng)再生的影響RioHortega(1918)用改良的Golgi鍍銀技術,將星形膠質(zhì)細胞分為三種類型:(1)輻射狀星形膠質(zhì)細胞,分布在垂直于腦室軸的平面上,跨越整個白質(zhì)的厚度,主要存在于發(fā)育時期;(2)纖維性星形膠質(zhì)細胞,多分布在白質(zhì);(3)原漿性星形膠質(zhì)細胞,多居于灰質(zhì)。星形膠質(zhì)細胞在CNS發(fā)育和正常生理功能的維持以及病理反應中均具有重要的作用。CNS損傷后會引起星形膠質(zhì)細胞的肥大增生,稱為“反應性星形膠質(zhì)細胞”(reactiveastrocytes),此時星形膠質(zhì)細胞特異的膠質(zhì)原纖維酸性蛋白(GFAP)上調(diào)。研究表明反應性膠質(zhì)細胞增生主要局限于損傷區(qū)域,而且增生細胞主要來源于損傷周圍區(qū)細胞的遷移,只有1%~6%的細胞是分裂復制而來的。關于星形膠質(zhì)細胞對神經(jīng)再生的影響,目前認為有以下幾種可能性:(1)阻止形成正常的軸突生長支撐基礎;(2)阻止產(chǎn)生軸突生長促進因子;(3)產(chǎn)生抑制軸突生長的活性因子。體外培養(yǎng)實驗顯示新生的星形膠質(zhì)細胞是神經(jīng)細胞遷移和軸突生長的良好基質(zhì),而反應性星形膠質(zhì)細胞則不支持神經(jīng)軸突的生長。對于CNS損傷后由星形膠質(zhì)細胞所形成的膠質(zhì)瘢痕是否是神經(jīng)再生機械屏障的問題存在爭議,有研究顯示大鼠扣帶和冬眠松鼠脊髓損傷后沒有膠質(zhì)瘢痕的形成,但神經(jīng)卻同樣不能再生。因此,近年來的研究結果傾向于膠質(zhì)瘢痕不是通過機械屏障的作用來阻礙再生的。星形膠質(zhì)細胞能表達某些細胞粘附分子(CAM)和基質(zhì)粘附分子(SAM),合成和分泌某些生長因子和細胞因子。星形膠質(zhì)細胞表達的細胞粘附分子主要有神經(jīng)細胞粘附分子(NCAM)、神經(jīng)-鈣粘附蛋白(N-cadherin)和膠質(zhì)細胞源性連接蛋白(glia-derivednexin,GDN)。星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的基質(zhì)粘附分子有層粘連蛋白(laminin,LN)和某些蛋白多糖(proteoglycan)和糖蛋白,如硫酸軟骨素蛋白聚糖(CS-PG)、硫酸角質(zhì)素蛋白聚糖(KS-PG)、tenascin(TN)和janusin等。星形膠質(zhì)細胞表達的生長因子有神經(jīng)營養(yǎng)因子(NF)、成纖維細胞生長因子(FGF)和表皮生長因子(EGF)等。此外星形膠質(zhì)細胞還分泌IL-1、IFN-γ和TNF等細胞因子,在免疫和炎癥反應中起作用。3.1星形膠質(zhì)細胞的細胞毒性在正常狀態(tài)下,成年CNS膠質(zhì)細胞不表達或僅低水平表達膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF),但在損傷情況下,反應性星形膠質(zhì)細胞合成這類分子的能力增強。脊髓損傷部位加入外源性神經(jīng)生長因子(NGF)可促進軸突再生,經(jīng)基因工程改造、可分泌NGF的成纖維細胞植入CNS損傷部位后有大量神經(jīng)軸突長入。然而,一旦離開了這塊營養(yǎng)綠洲,軸突的生長即告停止。被包括損傷在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病激活的反應性星形膠質(zhì)細胞高表達NGF受體TrkA,因此可能存在這樣一種情況,損傷引起星形膠質(zhì)細胞分泌NGF,而NGF又被自身受體結合,不能被神經(jīng)細胞和軸突攝取而發(fā)揮作用,這種情況被稱為“分子海綿”(molecularsponge)。層粘蛋白(laminin,LN)是一種高分子量細胞外間質(zhì)糖蛋白,由3個亞單位組成,一條4×105μ的A鏈及兩條2×105μ的B鏈。在發(fā)育過程中,LN只在CNS短暫表達,到發(fā)育晚期或成熟期其表達下降,成年哺乳動物的CNS無LN的表達。在體外培養(yǎng)時,LN對外周神經(jīng)和某些中樞神經(jīng)元的生長有強大的促進作用,但不能促進神經(jīng)元的存活。用抗LN的抗體阻斷后可以減慢和延緩軸突的生長和成熟,但并不阻斷軸突的長出。CNS損傷以后,反應性星形膠質(zhì)細胞開始具有分泌LN的能力,損傷后24h,GFAP陽性細胞中即可檢測到LN的存在,4d以后,大部分反應性星形膠質(zhì)細胞均呈LN陽性,LN是星形膠質(zhì)瘢痕的成分,說明星形膠質(zhì)細胞有分泌LN的潛力,在適當?shù)沫h(huán)境刺激下可產(chǎn)生LN,促進神經(jīng)再生。轉(zhuǎn)染小鼠GFAPcDNA的成纖維細胞與大鼠的大腦皮層神經(jīng)細胞共培養(yǎng)可以促進軸突生長,分析其產(chǎn)物時發(fā)現(xiàn)其中含有大量LN,由此得出分泌GFAP的轉(zhuǎn)基因細胞能夠產(chǎn)生LN,促進軸突生長。與此相反,近來有人用反義GFAPmRNA處理CNS損傷后的星形膠質(zhì)細胞,阻礙其合成膠質(zhì)原纖維,然后將其與神經(jīng)細胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)其仍舊可以促進軸突生長,經(jīng)測定培養(yǎng)基質(zhì)中LN的含量升高。以上實驗結果顯示反應性星形膠質(zhì)細胞合成GFAP和產(chǎn)生LN似無相關性。3.2cs-pg對神經(jīng)生長的影響蛋白聚糖被認為是反應性星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的一類軸突生長抑制分子。蛋白聚糖的結構中有一個蛋白質(zhì)核心,其表面連接著稱為氨基聚糖(glycosaminoglycans,GAGs粘多糖)的糖基成分。糖基成分包括硫酸軟骨素(CS)、硫酸肝素(HS)、硫酸皮膚素(DS)和硫酸角質(zhì)素(KS)等。CNS損傷后蛋白聚糖的表達上調(diào),提示這些分子參與再生抑制環(huán)境的形成。硫酸軟骨素蛋白聚糖(chondroitinsulfateproteoglycans,CS-PG)在發(fā)育及成年期大鼠CNS中廣泛表達,脊髓損傷以后在CNS的細胞外基質(zhì)中表達上調(diào)。根據(jù)其核心蛋白成分及所含糖基的不同,CS-PG可分為許多類,包括neurocan,brevican,phosphacan和versican等。Neurocan,brevican和versican是結合有透明質(zhì)酸的aggrecan家族成員。經(jīng)對各種組織的檢測分析表明,neurocan和phosphacan在胚胎和成年哺乳動物腦內(nèi)特異表達。Neurocan主要由神經(jīng)細胞產(chǎn)生,phosphacan由星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生,近來也有報道星形膠質(zhì)細胞能夠產(chǎn)生neurocan。體外實驗中neurocan和phosphacan可被Ng-CAM/L1觸發(fā)產(chǎn)生軸突生長抑制作用,而且抑制作用呈現(xiàn)劑量依賴性。有實驗觀察到CS-PG可促進神經(jīng)細胞的樹突而不是軸突生長,這和神經(jīng)細胞在反應性膠質(zhì)細胞基質(zhì)上的生長現(xiàn)象是一致的。聯(lián)系neurocan和phosphacan在神經(jīng)生長活躍的部位表達,在正常情況下似乎不能簡單地認為它們是抑制或促進生長的分子,而是通過細胞表面不同的受體發(fā)揮不同的作用。125I標記的neurocan和phosphacan都能結合到神經(jīng)元表面,抗Ng-CAM和N-CAM的抗體可以阻斷二者的結合,提示神經(jīng)細胞表面的Ng-CAM及N-CAM是neurocan和phosphacan的功能性配體。Phosphacan被去除硫酸軟骨素鏈的核心蛋白后仍具有軸突生長抑制能力,表明硫酸軟骨素鏈不參與其抑制功能單位。Versican在胚胎組織中選擇表達,對神經(jīng)細胞生長具有抑制作用。星形膠質(zhì)細胞還表達一種硫酸軟骨素蛋白聚糖biglycan,其核心蛋白序列富含亮氨酸,可以促進新皮質(zhì)神經(jīng)元的存活生長。CNS損傷后,主要由反應性星形膠質(zhì)細胞構成的膠質(zhì)瘢痕中富含蛋白聚糖。體外培養(yǎng)加入這些蛋白聚糖時,神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞都不易粘附,且限制細胞的遷移和神經(jīng)突起的生長,用相應抗體可以阻斷蛋白聚糖的抑制作用。Emerling的實驗表明蛋白聚糖也可通過調(diào)節(jié)某些未知的細胞因子發(fā)揮作用,說明膠質(zhì)瘢痕中的蛋白聚糖通過直接和間接兩個途徑起到神經(jīng)生長抑制作用。此外,星形膠質(zhì)細胞分泌的糖蛋白如tenascin和janusin,在體外實驗中都有限制細胞遷移和抑制神經(jīng)突起生長的作用,但是它們在神經(jīng)發(fā)生中的作用正相反。4.組織化學染色小膠質(zhì)細胞遍布整個CNS,約占膠質(zhì)細胞的5%~20%。小膠質(zhì)細胞的表型使其很容易與其他膠質(zhì)細胞區(qū)別,在大鼠可用能結合CR3補體受體的單克隆抗體OX42識別小膠質(zhì)細胞,小膠質(zhì)細胞也是腦內(nèi)表達MHC抗原的主要細胞。此外,因大多數(shù)小膠質(zhì)細胞表面都有不同程度的糖基化,用凝集素(如isolectinB4)組織化學染色也能顯示之,此方法可能是最容易和可靠的方法。關于小膠質(zhì)細胞是中胚層還是外胚層起源的問題至今仍懸而未決。小膠質(zhì)細胞與非神經(jīng)組織的巨噬細胞具有相同的表面Fc和CR3補體受體,其胞質(zhì)含有溶酶體、非特異性酯酶和過氧化物酶等單核巨噬細胞的特異性物質(zhì)。因此中胚層起源假說認為小膠質(zhì)細胞起源于中胚層的單核巨噬細胞系,在胚胎發(fā)育早期進入CNS轉(zhuǎn)變?yōu)樾∧z質(zhì)細胞。神經(jīng)外胚層起源的觀點認為,小膠質(zhì)細胞來源于共同的成膠質(zhì)細胞(glioblast),小膠質(zhì)細胞譜系是成膠質(zhì)細胞譜系的一個組分。目前認為小膠質(zhì)細胞是特化的免疫活性細胞,形成腦的局部免疫系統(tǒng)。病理情況下被激活的部分反應性小膠質(zhì)細胞具有吞噬能力。神經(jīng)元碎屑、出血和死亡細胞是引起反應性小膠質(zhì)細胞增生的強烈信號。除吞噬作用外,小膠質(zhì)細胞可以呈遞抗原給T細胞,參與細胞免疫反應。因此小膠質(zhì)細胞不但是腦的巨噬細胞,也是CNS的抗原呈遞細胞。4.1特殊的抗炎作用正常情況下小膠質(zhì)細胞對CNS起保護作用,CNS損傷后小膠質(zhì)細胞被激活,反應性小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生多種形態(tài)及功能的變化,包括形態(tài)學、細胞數(shù)量、表面受體以及生長因子和細胞因子的表達。此時細胞展示出新的動力學特征,具備增殖和遷移能力,同時膜受體密度增高,呈現(xiàn)強大的吞噬作用。除原有受體表達增強外,此時細胞尚表達一些靜止小膠質(zhì)細胞不表達的產(chǎn)物,如波形纖維蛋白(vimentin)和MHC-Ⅰ(鼠為OX-18)。體外研究指出,吞噬信號、γTNF、lectin和脂多糖(LPS)都可誘導小膠質(zhì)細胞改變形態(tài),出現(xiàn)表面標記或趨化性反應。體外研究揭示,小膠質(zhì)細胞可分泌生長因子,如堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、NGF、神經(jīng)營養(yǎng)素-3(NT-3)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforminggrowthfactor,TGF),這些物質(zhì)對損傷后神經(jīng)的再生具有促進作用。研究表明CNS損傷后1周內(nèi),在損傷部位及其周緣即有小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞的大量增生,在損傷部位的邊緣被激活的小膠質(zhì)細胞表達GDNF和BDNF,此時損傷的軸突長芽,長出突起,但是軸突再生的距離僅限于有生長因子表達的損傷部位周緣。小膠質(zhì)細胞能分泌許多細胞因子,如IL-1β、IL-6、IL-10和TNF-α等,其中IL-1β和TNF屬于促炎性細胞因子,IL-10和TGF-β屬于抗炎性細胞因子,IL-6可促進NGF的產(chǎn)生,在CNS損傷后促進組織的修復,IL-1β和TNF-α可刺激小膠質(zhì)細胞表達NT。CNS損傷后,損傷部位的周圍即有IL-1β和TNF-α表達的上調(diào),這種細胞因子的改變可能是局部炎癥反應和星形膠質(zhì)細胞激活的因素。TGF可以抑制損傷后IL-1β的表達,TNF則不能。小膠質(zhì)細胞還能對一些生長因子,如粒細胞-單核細胞集落刺激因子(GM-CSF)和集落刺激因子-1(CSF-1)起反應,此二者是小膠質(zhì)細胞繁殖的強大誘導物。此外,由于因為體外培養(yǎng)的巨噬細胞可以釋放蛋白聚糖,故小膠質(zhì)細胞還可能分泌某些蛋白聚糖,對神經(jīng)再生起抑制作用。激活的小膠質(zhì)細胞是腦損傷后前列腺素E2(PGE2)的主要來源?，F(xiàn)己證明PGE2是一種抗炎分子。PGE2被證明可保護培養(yǎng)的神經(jīng)元免受缺氧/再灌注損傷、谷氨酸誘導的損傷和小膠質(zhì)細胞毒性產(chǎn)物的損傷,其保護作用是通過升高cAMP來實現(xiàn)的。PGE2可抑制巨噬細胞和小膠質(zhì)細胞的激活,提示PGE2在CNS中起抗炎作用。損傷部位小膠質(zhì)細胞的聚集伴隨著局部NO含量的升高,在小膠質(zhì)細胞遷移的早期即有NO的作用,NO被認為是小膠質(zhì)細胞聚集的終止信號。尚沒有明確的答案解釋是什么因素啟動了小膠質(zhì)細胞的活化,現(xiàn)認為部分因素可能來自于神經(jīng)元。這種信號的本質(zhì)有人認為是ATP,小膠質(zhì)細胞膜上存在嘌呤受體,培養(yǎng)的小膠質(zhì)細胞加入ATP后,可誘導其產(chǎn)生復合膜電位和跨膜Ca2+內(nèi)流,并通過嘌呤受體誘導小膠質(zhì)細胞釋放IL-1,激活補體系統(tǒng),補體系統(tǒng)隨著IL-1的表達進一步活化小膠質(zhì)細胞。4.2化學免疫因子反應性小膠質(zhì)細胞和血液來源的巨噬細胞共同參與CNS損傷后的炎癥反應,二者的比例取決于損傷的類型和嚴重程度。有人認為血液來源的巨噬細胞主要參與CNS的機械性損傷,而反應性小膠質(zhì)細胞主要參與化學性損傷。研究表明損傷后的炎癥反應是造成CNS繼發(fā)性損害的原因,而激活的小膠質(zhì)細胞釋放的化學因子是細胞毒物質(zhì)的來源。原位注射zymoson激活小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞后,在注射針道周圍可造成組織的繼發(fā)性損傷,引起神經(jīng)細胞脫髓鞘等永久性損害。在損傷原位阻斷小膠質(zhì)細胞的激活,可以保護神經(jīng)元免受繼發(fā)性損害,提高軸突再生能力。但是也有實驗結果表明炎癥對損傷的修復有積極作用,損傷局部使用促炎物質(zhì)對再生有利。在炎癥過程中,小膠質(zhì)細胞既可分泌抗炎性細胞因子,也可分泌促炎性細胞因子;既可分泌生長因子保護和促進神經(jīng)元的生長,又產(chǎn)生細胞毒物質(zhì)損害神經(jīng)細胞。因此,激活的小膠質(zhì)細胞有神經(jīng)保護和神經(jīng)毒性的雙重作用,其作用取決于促炎功能與抗炎功能之間的平衡。損傷發(fā)生后軸突和髓鞘的崩解產(chǎn)物中有許多細胞毒物質(zhì),小膠質(zhì)細胞是這些物質(zhì)的清除機器。在CNS損傷的早期,具有吞噬能力的反應性小膠質(zhì)細胞被極度抑制,因而不能及時有效地去除軸突和髓鞘的碎片和崩解產(chǎn)物,從而使得神經(jīng)再生困難,迄今抑制小膠質(zhì)細胞吞噬能力的具體機制尚未明了。5.c-東南角蛋白mrna的激活和激活再生相關基因指的是在神經(jīng)元受損傷后發(fā)生變化、影響神經(jīng)再生的那些神經(jīng)元內(nèi)在的基因。CNS損傷后由膠質(zhì)細胞及胞外基質(zhì)構成的環(huán)境是神經(jīng)能否再生的外因,而再生相關基因活性及其表達產(chǎn)物是決定能否再生的內(nèi)因。與再生有關的神經(jīng)元自身的因素包括:損傷信號向神經(jīng)元胞體逆行運輸及啟動生長狀態(tài)的能力,編碼與生長相關的細胞骨架成分基因的重新表達,GAP-43的表達,以及順行運輸生長物質(zhì)的能力。在發(fā)育時期,神經(jīng)細胞軸突的生長需要actin、tubulin和neurofilament等細胞骨架蛋白的合成和運輸,CNS損傷后也會出現(xiàn)這些重要骨架蛋白合成和運輸?shù)淖兓?。面神?jīng)損傷后,集中于面神經(jīng)核的神經(jīng)元會出現(xiàn)actin和tubulin顯著上調(diào),而neurofilament表達下調(diào)。Neurofilament合成的下調(diào)可能會去除某些因素對其他骨架蛋白運輸?shù)南拗?使新合成的蛋白質(zhì)更容易到達裝配部位。骨架蛋白的合成總是和軸突再生的過程相伴隨,是軸突再生的必要條件,因此編碼神經(jīng)細胞骨架蛋白合成及裝配的基因,如c-jun、gap和cap的活性都與再生能力有關。目前還不清楚骨架蛋白合成障礙是否是再生困難的主要原因。在PNS,坐骨神經(jīng)損傷后相應的背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)即有c-jun基因mRNA及其表達產(chǎn)物的迅速上調(diào),而且c-jun基因表達上調(diào)的時間和損傷部位與神經(jīng)元胞體的距離有關,距離越短則基因上調(diào)越早,提示c-jun基因激活需要損傷信號分子從損傷部位向神經(jīng)元胞體逆行運送。研究表明CNS損傷部位和神經(jīng)元胞體的距離越遠,由損傷部位向胞體的逆行運輸能力越差,說明CNS也存在相同的機制。由損傷信號觸發(fā)的神經(jīng)元代謝能力的提高是損傷后神經(jīng)元再生的前提。nGAPs(neuronalgrowth-associatedproteins)是神經(jīng)元特異基因gap表達的一組蛋白產(chǎn)物,是神經(jīng)生長因子激活靶基因后的下游物質(zhì),與神經(jīng)生長和再生密切相關。nGAPs包括GAP-43、SCG-10(supercervicalganglion-10)