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脊髓损伤后轴突再生抑制分子对RhoA的影响

作者:张俊刘锦波时间:2011-03-25 14:34:29 来源:www.ksfbw.com 阅读次数:1261次 ]

【关键词】脊髓损伤； RhoA；轴突抑制分子

20世纪80年代，Richardson等［1］发现脊髓损伤后轴突很难再生,主要是由于轴突周围环境中存在抑制分子，而不是轴突本身失去再生能力。目前已有共识认为轴突再生同时受到损伤后的细胞外基质分子和细胞内因子的共同调节。生长抑制蛋白被认为是抑制轴突再生的最主要原因［2］，它们通过影响细胞内一种小GTPaseRhoA信号通路来抑制神经轴突的生长。现将有关这方面的研究进展做简要综述。

1 轴突再生抑制分子

脊髓损伤后，在损伤区域开始出现大量不同的轴突生长抑制物质，这些生长抑制物质大致可分为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)。

1.1 髓磷脂抑制分子

自髓磷脂相关抑制物被证实是早期轴突再生失败的主要原因以来，已发现3种最具特征的抑制分子［3］，包括轴突生长抑制因子（neurite outgrowth inhibitorA,NogoA）、髓鞘相关糖蛋白（myelin associated glycoprotein,MAG）、少突胶质细胞髓鞘糖蛋白（oligodendrocyte myelin glycoprotein,OMgp）。

NogoA是存在于中枢神经系统髓磷脂中的一种跨膜蛋白质，主要由少突胶质细胞表达，近年来发现在神经元中也检测到NogoA［4］。它有两个与轴突抑制相关的结构域，其中胞外结构域含有一个有潜在效应的66氨基肽（Nogo66），并且这个胞外结构域也存在于NogoB和NogoC中。NogoA在中枢神经系统包括少突胶质细胞损伤时直接暴露于轴突。另一个是胞内结构域，位于NogoA的胞内氨基末端部分，是NogoA所特有的，少突胶质细胞损伤时就暴露于NogoA的胞内区域。尽管NogoA在生理和病理的作用尚未明确，但Nogo66a已被广泛应用。

MAG是免疫球蛋白超家族中的一种跨膜蛋白质，在中枢神经系统和外周神经系统髓鞘中均有分布，它具有黏性，主要由少突胶质细胞表达，位于轴旁周的膜上，理论上能与轴突相互作用［5］。MAG的一个突出的特征是神经元在一定的状态下具有调节轴突双向生长的能力，能促进幼小神经元的轴突生长［6］。

OMgp是一种糖基磷脂酰肌醇（GPI)锚定膜蛋白，由少突胶质细胞表达，最近发现在体外诱导能引起生长锥塌陷，并抑制轴突生长［7］。OMgp被认为是一种重要的髓磷脂抑制分子。

1.2 胶质瘢痕起源的抑制物研究生论文发表

脊髓损伤后引起神经胶质反应性增生，活化的星形胶质细胞和少突胶质细胞分泌多种硫酸软骨素蛋白多糖（CSPGs），主要存在于胞外基质，包括神经蛋白聚糖（neurocan），磷酸肌酸蛋白聚糖（phosphacan），Brevican等，也有其他胶质细胞分泌的多功能蛋白聚糖(versican)，NG2（NG2glia)等。CSPGs包含核心蛋白和以共价键相连的硫酸软骨素和氨基侧链，在中枢神经系统发育过程中可调节细胞增生、迁徙和分化，但在脊髓损伤后，CSPGs 表现出强大的抑制作用，抑制轴突和神经细胞的再生修复［8］。

1.3 排斥性轴突导向分子

RGM是含有GPI附着点的内源性抑制蛋白，包括semaphorins（Sema）、ephrins、netrins、slits等［9，10］。这些分子在轴突和树突的发育中发挥着重要的作用。在体外实验中，RGM能引起雏鸡颞侧的视网膜神经细胞生长锥塌陷，并能引导颞侧视网膜轴突生长［11，12］。它们在中枢神经系统中的持续表达预示着还有其他的作用，已有研究者在海马中检测到semaphorins3和semaphorins4的表达，提示其在突触可塑性上有重要作用［13］。在脊髓损伤后，皮质脊髓束和红核脊髓束的轴突表达semaphorins3的受体，包括neuropilin1、neuropilin2和plexin A ［14］，与semaphorins3A结合引起背根神经节神经元（dorsal root ganglion neuron,DRGN）轴突抑制［15］。Ephrins是双功能分子，与细胞表面的受体Ephs结合，发挥轴突导向的作用。其他轴突导向分子netrins和slit可能也有相同的作用，目前还在研究的早期阶段。

2 RhoA

2.1 RhoA概述

Rho是一种结合在胞膜内壁上的小GTP酶，分子量为20～30 KD,属于Ras超家族系中的一类。Rho家族包括RhoA、Rac1和Cdc42等。RhoA具有与GDP结合的失活态和与GTP结合的激活态，主要受三类蛋白的调节：①鸟苷酸交换因子（guanine exchang factor,GEF），它能促进GDP/GTP交换反应，使GDPRhoA转变为GTPRhoA。②GTP酶活化蛋白（GTPaseactivating protein,GAP），它主要是通过增加RhoGTPase的内在的GTP酶活性，使其转为无活性的GDP结合状态。③GDP解离抑制蛋白（guanine mucleotide dissociation inhibitor,GDI），它能抑制GDP/GTP的交换，从而抑制该家族成员的激活。p75是轴突生长的抑制因子在细胞膜的受体（Nogo receptor,NgR）的辅助因子，将细胞外的信息传导到细胞内，当RhoGDI与p75结合时，RhoA即从RhoGDI的抑制中释放出来，RhoA激活［16，17］。

2.2 RhoA的作用

Rho的激活与生长锥的溃变以及生长抑制有关。RhoA在激活状态下，刺激了下游的Rho激酶ROCK，ROCK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员，分为两型：ROCKⅠ（又称Rho激酶）和ROCKⅡ，RhoA与ROCKⅠ结合，取代了ROCK的C末端自我抑制区，激活其催化区，并进一步使肌球蛋白轻链（MLC）磷酸化和MLC磷酸酶磷酸化，抑制了MLC磷酸酶活性，活化MLC，促使应力纤维形成，调节actinmyosinⅡ的收缩力，从而影响肌动-球蛋白系统而导致生长锥塌陷。ROCKⅠ也可作用于LIM激酶，起到以上作用［18］。

RhoA通过调节生长锥内的细胞骨架的重组来改变神经的生长方向。RhoA影响肌球蛋白，而后者在轴突导向中的作用是通过其收缩引起轴突生长锥的回缩及塌陷来实现的［19，20］。神经生长锥内的RhoA活性的不对称性引起生长锥转向，可能的机制是当生长锥内一侧的RhoA活性较另一侧高时，丝状伪足在RhoA活性低的一侧受到的抑制较弱，延伸更快，因此生长锥朝向该侧转向［18，20］。

3 轴突再生抑制分子激活RhoA的机制

3.1 髓磷脂抑制分子激活RhoA的机制

Fournier等［21］在Nogo发现一年后就找到了Nogo66a的受体（NgR）。NgR是GPI锚定膜蛋白，在中枢神经系统神经元和轴突中均有表达［22］。用PIPLC(phosphatidylinositolspecific phospholipase)处理胚胎背角神经元表面的GPI锚定膜蛋白，神经元对Nogo66的抑制信号变得不敏感，提示Nogo66通过GPI锚定膜蛋白NgR介导而发挥抑制作用。紧接着，另外两种髓磷脂抑制分子MAG［23］和OMgp［8］也被证实通过相同的受体NgR介导抑制信号。NgR缺乏细胞内信号转导结构域，需要一个跨膜的协同受体介导信号传递。研究发现神经营养因子p75突变小鼠对三种髓磷脂NgR受体缺乏反应［24］。Wang等［25］将删去胞内结构域的p75转入生长于含有髓磷脂培养基的小脑颗粒神经元中,发现可引起神经元的突起生长，证明p75受体（p75NTR）可作为NgR的一个协同受体。

目前已有证据显示RhoA作为一种效应器介导髓磷脂抑制分子引起的抑制信号，在培养的小脑颗粒神经元中被MAGFc激活［24］，NgR复合物与MAG, Nogo和OMgp结合引起下游信号并导致RhoA和它的效应器ROCK的激活。p75NTR能使RhoA从RhoGDI中释放出来，当p75NTR激活后，RhoA被释放出来，并被另一个因子RhoGEF所激活，使RhoA从与GDP结合的失活形式转变成与GTP结合的激活态。抑制p75与RhoGDI之间相互作用的短肽能减弱髓磷脂抑制轴突再生的作用，说明p75与RhoGDI之间的这种作用可能与髓磷脂抑制作用有关。

3.2 硫酸软骨素蛋白多糖激活RhoA的机制

已有报告证实CSPGs能抑制轴突再生［26］，但 CSPGs的受体及作用机制还不清楚。NgR不是CSPGs产生效应所必需的受体，髓磷脂抑制分子的p75NTR复合受体也不是必需的，在缺失p75NTR复合受体的动物神经元中轴突再生仍受CSPGs抑制，而不受髓磷脂抑制分子抑制［27］。近年来研究认为，RhoA通路与CSPGs的抑制有关。鸡胚的背根神经节神经元神经蛋白聚糖底物可以刺激GTPase家族的RhoA通路，增加RhoAGTP的含量，通过特殊的阻滞剂Y27632阻滞Rho激酶ROCK后，可以减轻神经蛋白聚糖的抑制作用［28］。多功能蛋白聚糖（来自成纤维细胞的一种蛋白聚糖）在小脑颗粒神经元（cerebellar granule neurons,CGNS）中也能增加RhoAGTP的含量，并减少Rac1GTP的数量［27］。这些都能使RhoA活性增高，从而抑制轴突生长，可以推测CSPGs在一定程度上激活了RhoA。研究生论文发表

3.3 RGM激活RhoA的机制

在轴突导向分子传递信号给细胞骨架的过程中，RhoA发挥了一定的作用。不同的轴突导向分子通过各自独特的受体传递信号，semaphorins 3 的受体是neuropilin 1和/或neuropilin 2,由于它缺乏细胞内信号结合区域，需与plexin A 成为复合受体，而Sema4D直接与plexin B结合。不管是semaphorins 还是ephrins引起信号传递导致生长锥细胞骨架的变化都是通过RhoGTPase介导的。依赖于RhoA激活的Sema4D的活性，受到RhoGEFs激活的介导，在海马神经元及其他细胞中用Rho激酶阻滞剂Y27632能够阻滞Sema4D介导的生长锥塌陷［29］。可见semaphorins在脊髓损伤后抑制轴突的再生，通过阻滞semaphorins可以抑制RhoA的活性，从而促进轴突再生。

4 结语

轴突再生抑制分子是脊髓损伤后轴突再生的主要原因，近年来对其抑制功能的研究很多，已经发现RhoA信号通路参与了抑制轴突再生的机制。通过干预该信号通路，能够抑制Rho的活性，已经在动物体内实验中发现失活的Rho能促进脊髓损伤后的小鼠轴突再生及功能恢复［30］，这为今后脊髓损伤的治疗提供了新的方向。

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