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配对免疫球蛋白样受体B与神经再生

2016-01-29肖岚王永堂位景香舒亚海鲁秀敏余瑛

中国康复理论与实践 2016年5期
关键词:综述

肖岚,王永堂,位景香,舒亚海,鲁秀敏,余瑛



配对免疫球蛋白样受体B与神经再生

肖岚1,王永堂2,位景香1,舒亚海1,鲁秀敏1,余瑛1

[摘要]成年哺乳动物中枢神经系统(CNS)损伤后难以恢复,主要是由于中枢微环境中髓磷脂相关抑制因子介导的神经生长抑制作用引起的。配对免疫球蛋白样受体B(PirB)作为其主要受体之一,在CNS损伤后高表达,参与神经生长抑制信号的传递。敲除或阻断PirB,能促进脊髓损伤动物神经再生,缓解β-淀粉样蛋白对阿尔茨海默病的病理影响,显著诱导缺氧缺血损伤后皮层神经元轴突再生,恢复中枢炎性神经病模型动物的神经功能,视神经损伤后的视觉重塑功能加强。

[关键词]配对免疫球蛋白样受体B;髓磷脂相关抑制因子;轴突生长;神经再生;综述

[本文著录格式]肖岚,王永堂,位景香,等.配对免疫球蛋白样受体B与神经再生[J].中国康复理论与实践,2016,22(5): 544-547.

作者单位:1.重庆理工大学药学与生物工程学院,重庆市400054;2.第三军医大学大坪医院野战外科研究所,创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室,重庆市400042。

外周神经系统(peripheral nervous system,PNS)轴突受损后,神经元具有很强的调节轴突再生能力;而成年哺乳动物中枢神经系统(central nervous system,CNS)受损后则很难再生。一方面是因为神经纤维生长能力受限、胶质瘢痕的形成及神经营养因子缺乏等多种因素致使损伤轴突再生困难;另一方面由于损伤的中枢微环境中髓磷脂相关抑制因子(myelin-associated inhibitors,MAIs)大量存在。中枢微环境MAIs主要包括髓磷脂相关糖蛋白(myelin-associated glycoprotein,MAG)、少突胶质细胞髓磷脂糖蛋白(oligodendrocyte myelin glycoprotein,OMgp)及Nogo蛋白。

MAG是最早确定的MAIs,在神经元发育早期起促进作用,对成熟神经元生长则起抑制作用,CNS少突胶质细胞表达量高于外周神经系统施万细胞[1]。

Nogo是另一种重要的MAIs。Nogo蛋白由于启动子和mRNA剪接方式的不同,呈现出Nogo-A、Nogo-B及Nogo-C三种亚型,但普遍认为Nogo-A对神经再生的抑制作用最强,研究也最为广泛[2-3]。Nogo-A蛋白是一种跨膜蛋白,发挥抑制作用的区域为胞外Nogo-66及胞内氨基末端区域(Amino-Nogo-A)。Amino-Nogo-A区域的NogoΔ20能通过激活Ras同源基因家族成员A(Ras homolog gene family,member A,RhoA),诱导生长锥坍塌,并抑制轴突生长;特异性封闭该区域可能解除CNS髓磷脂对轴突再生的抑制效应[4]。

OMgp主要在CNS少突胶质细胞和神经元以及PNS中表达。最早发现缺乏OMgp的小鼠CNS郎飞结侧支出芽增加,表明OMgp对轴突出芽具有抑制作用[5]。脊髓损伤后,体内缺乏OMgp表达的小鼠轴突生长及功能恢复均不同程度改善[6]。

Nogo、MAG及OMgp虽均能与Nogo受体(Nogo-66 receptors,NgR)结合,但不能有效促进神经轴突生长[7]。配对免疫球蛋白样受体B(paired immunoglobulin like receptor B,PirB)作为一种亲和力更高的MAIs受体,不仅参与神经突起的生长及突触可塑性调节[8],还能与NgR一起作为MAIs共同受体,介导髓磷脂抑制信号传递,进而发挥再生抑制效应[4]。体内外针对PirB的突变体及功能性阻断PirB均能很好解除神经轴突再生及突触可塑抑制作用,最终达到神经再生的目的。

1  PirB的结构及生物学功能

PirB蛋白由单一PirB基因编码,定位于7号染色体近端,结构相对保守[9]。PirB最早作为免疫抑制性受体发现于小鼠免疫细胞,为Ⅰ型跨膜糖蛋白,胞外有6个免疫球蛋白样结构域,跨膜区域为疏水片段,胞内含4个免疫受体酪氨酸抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif,ITIM)样结构的功能区,可以招募酪氨酸磷酸酶SHP-1/SHP-2,从而促进下游抑制信号的传递。在免疫系统中,PirB作为主要组织相容性复合物(major histocompatibility complexⅠ,MHCⅠ)受体,参与多种免疫反应[10]。

有研究证实,CNS也可检测到免疫分子如MHCⅠ分子及其受体PirB蛋白及mRNA的表达;同时,PirB也是继NgR后发现的第二种MAIs受体,能与CNS中的Nogo、MAG及OMgp高亲和力结合[8,11]。在受损CNS中,不同神经元表面,包括大脑皮层、小脑神经元及轴突细胞等,都能检测到PirB表达;PirB在损伤位点及特定神经传入和传出信号中的表达增加,但在正常成年脊髓中的表达却很低[12-13]。另外,PirB具有多种同源物,人类同源物是人白细胞球蛋白样受体(leukocyte immunoglobulin-like receptors,LILRs)[14]。

研究发现,PirB突变小鼠运动皮层外伤后,皮质脊髓束(corticospinal tract,CST)和皮质红核束出芽纤维数量没有增加,行为学测试也未见运动功能恢复,单纯阻断PirB可能并不能很好促进皮层损伤后轴突再生及运动功能改善[15]。

NgR1和PirB作为MAIs的共同受体,可能共同参与髓鞘轴突再生抑制信号的传递。NgR1缺失神经细胞在应用PirB功能阻断性抗体治疗后,CNS髓鞘基质中神经突起增长明显,且与NgR1基因敲除相比,PirB基因敲除后轴突再生似乎更为明显;体外研究发现,NgR1基因敲除对PirB基因敲除引起髓磷脂轴突再生抑制作用的逆转也具有促进作用[8,15]。

2  PirB介导的中枢神经信号通路

免疫系统中,PirB作为MHCⅠ类分子受体,参与免疫抑制信号传递[10]。在CNS中,神经元及轴突损伤后再生的调节机制比较复杂,环磷酸腺苷-蛋白激酶A(cAMP-protein kinase A, cAMP-PKA)与Rho-Rho相关螺旋卷曲蛋白激酶(Rho/Rho-associated coil-forming protein kinase,Rho-ROCK)信号通路是调节神经元及轴突再生的关键途径[16],而PirB介导的神经轴突生长及突触可塑性的抑制作用途径并不十分明确。

MAG与PirB胞外段结合,使SHP-1/SHP-2聚集,调节原肌球蛋白受体激酶磷酸化,导致Trk受体去磷酸化,促使神经元生长相关酶失活,从而诱导受损中枢神经轴突再生抑制信号传递;阻断SHP-1/SHP-2活性将一定程度缓解MAG介导的神经生长抑制作用;体内转染SHP-1/SHP-2小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)能诱导小鼠损伤视神经轴突再生,而在神经元中也检测到磷酸化的PirB胞内段[14,17-18]。可见SHP-1/ SHP-2在神经生长抑制作用中扮演重要角色。

与NgR一样,PirB介导的MAIs抑制信号的传递也需要低亲和力的神经营养素受体p75(p75 neurotrophin receptor,p75NTR)参与。MAG与PirB结合时,p75NTR能激活SHP-2和TrkB去磷酸化,诱导轴突生长抑制信号的传递;突变的视神经损伤小鼠,神经轴突再生及TrkB去磷酸化程度更低。由此可见,对于特定的神经束,p75NTR可能在PirB介导的神经轴突再生抑制信号中发挥重要作用[17,19]。p75NTR共同受体和PirB下游重要底物信号分子POSH依赖的RhoA-ROCK信号也参与NgR及PirB介导的轴突抑制信号通路,调节神经突触可塑及神经轴突再生[20]。同时,PirB也可作为MHCⅠ类分子受体,与MHCⅠ相互作用,参与神经发育及可塑性调节,MHCⅠ及PirB基因敲除对小鼠的视神经具有保护效果[21]。

3  PirB与神经再生

轴突损伤是许多中枢神经损伤的关键病理学表现。CNS轴突损伤修复困难主要是由于中枢微环境中MAIs的存在,通过与其共同受体结合,介导下游轴突再生抑制信号的传递。在CNS中,PirB表达于神经元亚型,参与抑制视觉皮质经验依赖性重塑过程,并且作为CNS轴突再生及突触可塑性修复的一种重要的MAIs功能性受体,参与神经再生抑制效应的调控[13]。近年来,人们对PirB在神经损伤修复调节作用的研究也越来越深入。

3.1脊髓神经再生

脊髓损伤是发生在神经椎管内神经元剧烈的创伤性损伤而导致暂时或永久性的感觉及运动功能缺损。中枢微环境中PirB 与MAIs结合,抑制CNS损伤后轴突再生及突触可塑。大鼠脊髓半切动物模型中,损伤后10 d内,PirB蛋白表达显著升高[22]。免疫组化研究显示,单侧腰髓损伤10 d时,损伤侧背根神经节、坐骨神经及脊髓节段PirB表达增加,并延神经元和轴突膜分布,损伤位点PirB的表达与脑及周围神经系统具有一定的生理功能联系[13]。体内免疫组化检测到PirB在CST中表达[14]。胸髓损伤后,大脑皮层内PirB表达小幅升高,3 d后,损伤部位PirB表达明显上调。但背侧脊髓半切的PirB突变小鼠却没有表现出显著的CST出芽或再生,且后肢运动功能与野生型小鼠相比也没有明显改善;PirB基因敲除小鼠皮质受损后,既没有皮质红核束和CST重塑,也没有运动功能改善[14,23]。因此,CNS损伤后阻断PirB并不足以引起广泛轴突再生。早期研究发现,同时阻断NgR和PirB将能抵消MAIs对轴突再生的抑制作用[12]。这表明,除NgR外,PirB在CNS再生过程中可能扮演着重要角色。

3.2脑神经再生

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种常见的神经退行性疾病,可导致老年人记忆力衰退及认知功能障碍。研究表明,可溶性β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)是AD主要的病理因素,Aβ低聚物影响突触可塑性,并导致与AD有关的突触数量减少。PirB人鼠同源物是LILRB2[24],不仅可作为MAIs受体,还可作为Aβ低聚物受体之一参与AD的发生发展过程。PirB也是MHCⅠ受体。MHCⅠ抗原诱导处理海马神经元及神经胶质细胞信号通路,能通过增强神经免疫信号或改变突触体内平衡诱导老年性海马功能障碍,在认知障碍老年大鼠中,PirB的表达增加都伴随海马的衰老[25]。小鼠Aβ低聚物对海马的有害影响需要PirB的高表达。AD转基因小鼠模型中,PirB不仅诱导成年大鼠记忆力衰退,还介导青少年视觉皮层突触的可塑性损伤;在人大脑中,Aβ低聚物受体LILRB2可能诱导突触丢失及认知功能障碍;通过PirB,Aβ低聚物才能确保神经肌动蛋白组织信号通路,导致突触丢失[24,26]。小鼠的学习记忆测试结果表明,PirB敲除小鼠能够缓解Aβ毒性引起的不利影响,脑片培养结果显示海马体长时程增强,AD小鼠模型中PirB有助于Aβ诱导的记忆障碍[27]。

新生大鼠缺血缺氧性脑病(hypoxic-ischemic brain damage,HIBD)皮层神经元中,PirB蛋白及mRNA表达水平增加;加入胞外区域特异性抗PirB抗体,能显著诱导皮层神经元轴突再生[28]。脑内注射胞外段特异性抗PirB抗体,培养阻断PirB表达的HIBD细胞72 h,ROCK活性降低[29]。

健康大脑中的MHCⅠ及PirB可抑制轴突可塑及学习运动功能。缺血性脑卒中不仅导致缺血区梗死,还会造成二级损伤区域选择性神经元丢失,最终影响脑卒中后神经功能的恢复[30-31]。脑卒中能上调PirB表达并激活其下游信号,引起行为障碍;PirB敲除小鼠大脑中动脉阻塞后,神经元突触可塑性损伤明显缓解,从而促进其功能恢复[21]。此外,PirB在免疫系统中具有重要作用,可能会加重缺血后脑损伤。

内毒素脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导急性及慢性脑内炎症大鼠模型中,皮质及海马内神经元及活化星形胶质细胞PirB表达上调[32]。Deng等给大鼠右侧海马注射脂多糖1个月后,发现与对照组相比,同侧海马及皮层PirB蛋白表达水平显著升高,免疫反应明显增强,且在神经元和星形胶质细胞中PirB阳性细胞增加;水迷宫检测发现,大鼠学习记忆能力减弱[33]。给大鼠腹腔注射脂多糖,海马内椎体神经元顶树突长度及树突棘密度降低[34]。脂多糖诱导脑炎引起的海马结构改变及突触丢失,同时上调活化的星形胶质细胞中PirB的表达,PirB可能参与脑内炎症突触可塑性调节,阻断PirB将有可能作为神经退行性疾病的干预及治疗提供新的思路。

3.3视神经再生

视觉损伤是不可逆的,视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells,RGCs)损伤后轴突再生困难。RGCs神经元位于视网膜最内层,从视网膜沿着神经元向大脑传递视觉信号,RGCs凋亡也是多种眼科疾病发生的最终途径[35]。PirB对视觉皮层可塑性基板结构有强大的负性调节作用,能调节皮层神经元树突棘的密度;功能性阻断PirB能提高认知及损伤修复能力[36]。视神经受损后,存在多种影响其轴突再生的因素,PirB作为其中一种重要的轴突生长抑制因子受体,除了表达于CNS,还表达于小鼠RGCs[37]。PirB在完整的视神经及视网膜上均有表达。视神经损伤后,PirB蛋白表达水平提高[38]。

PirB也表达于前脑神经元,PirB敲除小鼠显示出很强的视觉皮层可塑性[12]。间接阻断PirB信号通路,视神经损伤小鼠RGCs轴突再生能力明显增强[19]。小鼠视觉皮质通过微量泵注入可溶性PirB胞外段后,小鼠轴突可塑性增强;靶向阻断PirB将能诱发形成新的功能性突触,增强成年视觉皮层神经可塑性[39]。体外慢病毒转染研究证实,PirB表达于RGCs中,培养5 d时PirB mRNA水平达到最高,7 d时PirB蛋白水平达峰值,提示PirB可能是在轴突分化阶段抑制神经发育[40]。体内外实验均证实,PirB可能是视神经损伤后MAIs轴突再生抑制的关键分子,高表达PirB可能是视神经损伤后轴突难以再生的重要因素,功能性阻断PirB或抑制PirB表达将增强视神经损伤轴突可塑性并提高神经轴突的再生能力。

4 小结

PirB不仅是免疫系统MHCⅠ类分子受体,还作为MAIs受体表达于CNS,介导中枢神经轴突再生及突触可塑性抑制信号的传递。靶向干预PirB可能有助于CNS损伤及神经退行性疾病的缓解,为中枢神经损伤治疗提供了新的治疗靶点。但由于功能性阻断PirB对CNS系统损伤治疗结果的不一致性,哺乳动物CNS受损后PirB介导抑制信号作为一种潜在治疗靶点尚需进一步研究。同时,PirB在CNS中对小鼠学习和记忆也有重要作用,PirB作为健康大脑的功能分子也需要更深入的研究。

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Role of Paired Immunoglobulin-like Receptor B in Nerve Regeneration(review)

XIAO Lan1,WANG Yong-tang2,WEI Jing-xiang1,SHU Ya-hai1,LU Xiu-min1,YU Ying1
1.College of Pharmacy and Biological Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China;2.State Key Laboratory of Trauma,Burns and Combined Injury,Institute of Surgery Research,Daping Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400042,China

Correspondence to LU Xiu-min,YU Ying.E-mail:luxm@cqut.edu.cn(LU Xiu-min);xxyy@cqut.edu.cn(YU Ying)

Abstract:It is difficult for regeneration of central nervous system(CNS)in adult mammals,and myelin-associated inhibitors(MAIs)are believed to be major contributors.Paired immunoglobulin-like receptor B(PirB),as a co-receptor of MAIs,and expresses highly in CNS after injury,plays a vital role in the signal transduction of inhibition in the injured CNS.Knockout or block of PirB in vitro and in vivo may promote the neuro-regeneration after spinal cord injury or hypoxic-ischemic brain damage,release the damage induced by β-amyloid in Alzheimer's disease,recover the neural function in brain inflammation models,improve the reconstruction of vision after optic nerve injury,and so on.PirB may be a potential therapeutic target for neuro-regeneration and synaptic plasticity.

Key words:paired immunoglobulin-like receptor B;myelin-associated inhibitors;axonal growth;nerve regeneration;review

[中图分类号]R741

[文献标识码]A

[文章编号]1006-9771(2016)05-0544-04

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2016.05.012

基金项目:1.国家自然科学基金项目(No.81101464);2.重庆理工大学研究生创新基金项目(No.YCX2014231)。

作者简介:肖岚(1987-),女,汉族,四川南充市人,硕士研究生,主要研究方向:神经再生及相关药物研究。通讯作者:鲁秀敏、余瑛。E-mail:luxm@cqut.edu.cn(鲁秀敏);xxyy@cqut.edu.cn(余瑛)。

收稿日期:(2015-12-20修回日期:2016-01-18)

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