Nogo-A与缺血后适应脑保护作用的研究进展

钱 芳(综述)，李 燕(审校)

(昆明医学院第二附属医院神经内科，昆明 650101)

在缺血性脑梗死后中枢神经不能修复和再生是导致偏瘫等严重后遗症的主要原因之一。轴索过度生长抑制因子(neurite outgrowth inhibitor-A，Nogo-A)是在中枢神经系统髓磷脂中发现的一种抑制轴突生长的蛋白，Nogo-A是最为强烈的神经纤维抑制因子，通过与其受体NgR结合，阻碍神经再生。缺血后适应是一种新的干预措施，具有脑保护作用。现就Nogo-A的结构、分布、作用机制以及缺血后适应的研究概况、作用机制等情况进行综述。

1 Nogo-A概述

成年哺乳类中枢神经损伤后再生困难，很重要的原因是中枢神经系统的微环境不利于神经再生，存在着抑制轴突再生的分子。神经突起生长抑制因子Nogo-A是目前发现的最为强烈的神经纤维再生抑制剂。

1.1 Nogo-A的结构 Nogo-A是含有1163个氨基酸的膜蛋白(大鼠序列相对分子质量为2×105)。2000年，Chen等［1］同时克隆出大鼠和人类抑制受损轴突再生的基因——Nogo基因。Nogo基因编码3种蛋白:Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C。Nogo异构体都有一个由188个氨基酸组成的羧基端，包含两个高度保守的疏水分支作为跨膜区，两跨膜区之间存在一个短连接子即Nogo-66，它与Nogo受体(NgR)结合从而发挥神经生长抑制作用，是造成脑梗死后遗症的重要原因。NgR是一种富含亮氨酸的脑特异性蛋白，与神经元的结合具有高亲和性和可饱和性。

1.2 Nogo-A的分布 Nogo-A mRNA主要表达于中枢神经系统少突胶质细胞内质网，在其他组织系统(如肌肉、睾丸和心脏等)也有少量表达［2］。在成年大鼠，Nogo-A广泛而散在表达于整个中枢神经系统的神经元和少突胶质细胞。Huber等［3］通过用共聚焦免疫电子显微镜观察发现Nogo-A在大鼠发育过程中表达于少突胶质细胞和投射神经元，这也较好地解释了抑制轴突再生的作用和结构上的可塑性。原位杂交实验显示NgR广泛表达于大脑皮质神经元、小脑浦肯野细胞、海马神经元和脑桥神经元在内的中枢神经系统神经元细胞中。

1.3 Nogo-A的作用机制 多项研究发现，Nogo-A在中枢神经系统损伤后轴突再生中具有抑制作用，是中枢神经系统神经元轴突生长抑制的最重要的因子，具有以下特点:①Nogo-A主要存在于中枢神经系统神经元和少突胶质细胞中。②Nogo-A抑制背根神经节神经元轴突生长及3T3成纤维细胞延伸。③Nogo-A的单克隆抗体IN-1可中和Nogo-A的轴突生长抑制作用，从而促进损伤后神经元轴突再生［4］。进一步研究发现，Nogo-A拥有两个完全独立的抑制结构域:①可能位于细胞表面的 Nogo-66;②长的N端区段，这两个结构域在抑制轴突生长方面发挥着协同作用。Nogo-A与其他的生长抑制因子同神经生长促进因子呈平衡状态，当出现外界刺激后，其内部平衡被破坏，Nogo-A的抑制作用才能发挥出来，抑制神经元的再生修复。

Nogo-A可能通过细胞-细胞方式(完整少突胶质细胞表面的Nogo-66与损伤的神经元NgR结合)、细胞-膜方式(从受损的少突胶质细胞上脱落下来的含有Nogo-66的膜片段与损伤神经元的NgR结合)、完全溶解的少突胶质细胞释放Nogo-A氨基端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段与其受体结合这三种方式抑制神经元轴突再生［5］。Hsieh等［6］研究发现，Nogo-A的有效抑制片段Nogo-66的信号是通过LIM(LIM是Lin-11、Isl-1和Mec-3三个基因的首字母缩写)激酶和弹弓磷酸酶调节肌动蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而实现的。有研究发现Nogo-A作用于神经元后发生钙浓度改变，而且用钙通道阻滞剂可以部分地解除一抑制轴突生长的作用。

1.4 Nogo-A在神经系统的作用 Nogo-A蛋白是中枢神经系统髓磷脂神经元轴突抑制因子，对中枢神经系统修复和再生具有显著的抑制功能。Skaper［7］认为NgR是中枢神经系统髓磷脂中各种轴突生长抑制性蛋白发挥作用的集中点，可以通过Nogo-66和NgR的相互作用以及Nogo-A抗体对其抑制作用来促进受损的神经修复和再生。科学家们利用Nogo-A的生物学特性来解除Nogo-A对中枢神经系统再生的抑制，如利用基因剔除的办法使Nogo-A不表达或是制备Nogo-A的单克隆抗体IN-1来中和Nogo-A的作用。Freund等［8］研究证明在恒河猴颈髓损伤后给予Nogo-A的抗体可以使其运动功能得到恢复。

2 缺血后适应

2.1 缺血后适应的概念 缺血后适应指在脑缺血/再灌注开始时给予短暂的、重复的、非致死性的血管闭塞与再通的过程，可明显减轻随后长时间再灌注引起的组织损伤，是近期发现的一种新的干预措施，具有脑保护作用［9］。

2.2 缺血后适应的研究状况 2005年，Staat等［10］在急性心肌梗死患者冠状血管成形术时给予缺血后适应干预，证实了缺血后适应的心肌保护作用。相继于2008年在小儿法洛四联症外科手术［11］和2009年成人外科手术［12］中明确了缺血后适应具有保护效应。研究发现缺血后适应尚能减少损伤后神经元的凋亡，减少缺血半暗带的神经元凋亡可能是缺血预适应能够促进神经功能恢复的关键所在［13］。

2.3 缺血后适应的脑保护机制 大量研究表明，缺血后再灌注早期，产生大量的氧自由基、脂质过氧化反应，自由基可以攻击血管内皮细胞膜，造成血-脑脊液屏障破坏和脑水肿，还可使大脑缺血半暗区的血管痉挛及血管内凝血，导致脑梗死范围扩大从而加重脑组织的损伤［14］。血-脑脊液屏障遭到破坏后，神经细胞赖以生存的环境被破坏，导致大量的神经细胞死亡，同时血-脑脊液屏障的破坏使得血-脑脊液屏障通透性增加，促进了脑水肿形成;活性自由基引起细胞膜和基膜的损伤，从而破坏血-脑脊液屏障的完整性，三者之间互相影响，使得脑组织的损伤不断加重。大量氧自由基的产生和脂质过氧化反应会造成神经元内线粒体膜结构的损伤，使得氧化磷酸化的过程受阻，ATP的产生减少，同时也使细胞色素C能够从线粒体转移到细胞质中，激活细胞凋亡。Wang等［15］研究证明，缺血/再灌注后能够在细胞质中检测到细胞色素C。

缺血后适应可以通过减少炎性介质的释放来实现脑保护作用，Xing等［16］研究发现，缺血后适应可以降低再灌注后髓过氧化物酶的活性，减少炎性介质的表达，抑制脂质过氧化反应水平，进而减少缺血/再灌注损伤中的神经元凋亡。有研究表明缺血后适应能够通过减少基质金属蛋白酶9的表达来减轻脑水肿的程度，达到缺血后适应的脑保护作用［17］。Ren等［18］在延迟性缺血后适应的研究中证明缺血后适应可以减轻脑水肿的产生，保护血-脑脊液屏障的完整性。Wang等［15］研究发现缺血后适应可以降低细胞质中细胞色素C的浓度，提示缺血后适应可能通过抑制细胞色素C的释放阻止凋亡程序的激活，从而达到脑保护的作用。

在缺血后适应的神经保护作用中，Akt信号转导通路具有重要的作用。Pignataro等［19］研究发现，在缺血早期进行后适应处理能够提高Akr磷酸化水平，增强其活性使得神经细胞能够生存。同时，脑缺血引起的细胞凋亡受蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路的调节。δPKC激活导致细胞死亡，ζPKC则促进细胞存活［15］。Gao等［20］研究发现，缺血后适应处理阻止δPKC蛋白的折叠，对δPKC没有影响，促进脑缺血后ζPKC的磷酸化，降低脑缺血损伤。

2.4 缺血后适应对神经功能的影响 缺血预适应促进损伤后神经功能的恢复，表现在肢体运动、共济和皮质功能各个方面，短期和长期疗效都比较显著。对缺血/再灌注后不同时间点Nogo-A的表达观察发现Nogo-A蛋白表达于再灌注后1 d增加，7 d回到基础水平，14 d再次升高，28 d再次降低。脑缺血早期Nogo-A升高提示Nogo-A在损伤早期抑制神经再生中发挥了重要作用，而在脑缺血后期表达的减少提示在神经纤维的再生修复和可塑性的调整中起到了一定的作用。在大鼠脑缺血/再灌注适应术后1 h、48 h神经功能评分结果发现手术后1 h夹闭颈总动脉后处理组神经功能缺损程度比缺血/再灌注组减轻［21］。说明缺血后适应能够改善早期缺血/再灌注大鼠的神经功能障碍。神经功能评分是在术后1 h测定的，排除了大鼠神经功能损伤后的自我恢复，说明神经功能的改善是由缺血后适应引起的。

3 结语

近年来神经系统损伤后的保护和修复一直是神经科学领域研究的热点。神经纤维再生抑制因子Nogo-A的表达与神经损伤的修复密切相关。Nogo-A表达变化与缺血后神经再生关系的研究对临床上应用新方法促进缺血损伤后神经再生有重要意义，为中枢神经系统损伤再生的研究提供了新思路。因此，脑缺血后的神经功能恢复以及各种缺血后适应的处理方法都需要通过更多的动物实验进行摸索和验证，以获得临床可行的、保护效果最佳的干预方法。

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