层粘连蛋白-211缺失对骨骼肌组织发育、神经髓鞘形成的影响及机制研究进展

黄明清，吴静 ，方克伟

(1昆明医科大学第二附属医院，昆明650101;2昆明医科大学基础医学院)

层粘连蛋白-211是由定位于6q22～q23的LAMA2 基因编码[1]，其分子量约为390 kDa，该蛋白是所有层粘连蛋白亚型中最重要的一种，由α2重链，β1、γ1轻链组成[2]。层粘连蛋白-211的主要功能是作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用，其他作用如刺激细胞黏着、运动，刺激胚胎中神经轴的生长,并促进成年动物的神经损伤后重生长和再生等。研究[3]表明，层粘连蛋白-211在骨骼肌纤维和施万细胞中发挥重要的作用，它的缺失会导致先天性肌营养不良，影响施万细胞的髓鞘形成。目前，层粘连蛋白-211缺失对骨骼肌组织发育、神经髓鞘形成影响的具体机制仍未明确，但学者们已在相关领域进行探讨，并取得了一些成果，现就近年国内外层粘连蛋白-211缺失对骨骼肌组织结构、功能、再生和神经髓鞘形成的影响及其机制研究进展综述如下。

1 层粘连蛋白-211的结构和功能

层粘连蛋白-211由1条重链(α2链)和2条轻链(β1链和γ1链) 经二硫键交叉形成的具有“十”字形结构的异源三聚体[4]。每种层粘连蛋白均由1条长臂和3条相似的短臂构成。层粘连蛋白-211的长臂由3条多肽链的近C-末端区通过二硫键聚合形成的卷曲螺旋茎和由α2链C-末端延伸折叠而成的5个球形或LG(LG1～5)结构域组成，LG结构域采用β-夹心折叠，具有典型的钙结合位点[5～7]。层粘连蛋白-211的3条子链N末端的短臂主要由N末端球状域(LN)、层粘连蛋白表皮生长因子样结构域和层粘连蛋白IV结构域[7, 8]组成。LN结构域为球状折叠[9]。在骨骼肌细胞表面，层粘连蛋白-211自组装成网络，并且已经证明α2链的LN结构域对于层粘连蛋白-211聚合成超分子网络至关重要[10]。

层粘连蛋白-211的功能：①构成基底膜。层粘连蛋白是细胞外基质分子，是构成基底膜的主要成分。层粘连蛋白-211在肌纤维的肌膜和细胞外基质之间建立了稳定连接，是突触外骨骼肌基底膜的主要成分，基底膜和胶原基质共同被称为肌基质[11]。 骨骼肌基底膜维护了骨骼肌的完整性，促进了肌细胞生成和突触发生以及影响骨骼肌的再生[12]。②形成初级支架。层粘连蛋白形成的支架可以将细胞外基质附着于细胞表面，并且可以作为平台，将其他细胞外基质成分如巢蛋白和胶原蛋白稳定附着在该平台上[11,13]。③层粘连蛋白-211 C末端的LG结构域结合整合素α7β1和抗肌萎缩相关糖蛋白(DG)[2, 14, 15]。α7β1整合素主要在横纹肌中表达，是由α-和β-亚基组成的异二聚体层粘连蛋白受体[16]，是第2个将层粘连蛋白-211与细胞骨架连接的跨膜单元，在卷曲螺旋结构域的参与下，通过层粘连蛋白α2LG1～3结构域发生结合[14]。DG在翻译后裂解为α-DG 和β-DG[17]，α-DG 的糖基化主要为人体内少见的O-连接糖基化[18]。α-DG是高度糖基化的基底膜受体，通过它的多聚糖结构“基质聚糖”，与细胞外基质(ECM) 中含有层粘连蛋白 LG 1～3和4～5 结构域的配体结合，在维持肌细胞完整性和脑发育方面发挥重要作用[18～20]。因此，这两种受体都有助于将层粘连蛋白-211连接到细胞骨架上，并介导层粘连蛋白-211对骨骼肌完整性和功能的影响[21]，这两种受体都有助于骨骼肌力量的生成，但只有dystroglycan才能维持肌纤维膜的完整性并保护骨骼肌免受损伤[21]。

2 层粘连蛋白-211缺失对骨骼肌组织结构、功能、再生的影响及机制

层粘连蛋白-211的完全缺失,通常与LAMA2中功能突变的双等位基因缺失有关，可导致严重的先天性肌营养不良表型[22]。部分层粘连蛋白-211的缺失，多由于错义或框架内外显子跳过突变引起，可能在儿童晚期或成人期表现为较轻的表型[23]。研究[24, 25]报道，层粘连蛋白-211的缺失可影响骨骼肌组织的结构及功能，其机制如下 ：层粘连蛋白α2链的缺失干扰了层粘连蛋白-211的自聚合(通过LN结构域)，从而影响成纤维细胞(主要是成纤维细胞-1)的积累，不能为巢蛋白提供支架，导致层粘连蛋白和IV型胶原之间不能形成关键的高亲和力桥[26]，使得肌基底膜结构遭到破坏,而肌基底膜的缺陷会导致骨骼肌纤维在收缩负荷下受损，肌纤维发生变性、再生、慢性炎症和纤维化[27]；层粘连蛋白-211 α2链的缺失同时也干扰了层粘连蛋白-211与细胞表面受体如α-肌营养不良蛋白或整合素α7β1的相互作用(通过LG结构域)[28, 29]，导致骨骼肌的结构和功能异常。其具体机制：α-DG 通过跨膜蛋白β-DG 与细胞内骨架蛋白抗肌萎缩蛋白相连，形成抗肌萎缩蛋白-糖蛋白复合物，由于层粘连蛋白-211 α2链缺失导致α-DG不能与LG 1～3和4～5 结构域的配体结合，从而导致该复合物不能通过层粘连蛋白-211把细胞外基质连接到细胞骨架上，不能维持收缩过程中肌肉的稳定性，最终导致骨骼肌结构和功能异常；α7β1是由α-和β-亚基组成的异二聚体层粘连蛋白受体，在肌肉骨骼系统中主要分布于肌膜、神经肌肉和肌腱连接处，层粘连蛋白-211 α2链缺失时，α7β1不能与LG1～3结构域结合，从而影响细胞外基质与细胞骨架的连接和信号的传导，最终导致肌肉的发育(如成肌细胞迁移、融合、分化)缺陷和功能异常[30]。

肌卫星细胞在成熟的骨骼肌稳态和再生中起前体细胞的作用，它在肌纤维和基底膜形成的微环境中处于静止状态，并且基底膜中的层粘连蛋白-211 α2链是骨骼肌组织中卫星细胞生态位的组成部分[31, 32]。层粘连蛋白-211 α2链的缺失使得维持肌卫星细胞静止状态的微环境被破坏，最终肌卫星细胞池枯竭[33]，严重影响了骨骼肌的再生。

3 层粘连蛋白-211对神经髓鞘形成的影响及机制

神经髓鞘是包裹在神经细胞轴突外面的一层膜，由施万细胞和髓鞘细胞膜组成，其主要起电气绝缘作用，以避免神经信号在传导过程中出现相互干扰。髓鞘的形成要经历轴突分选、包裹和髓鞘化等过程，而轴突分选取决于施万细胞的增殖、分化和细胞骨架重塑，是髓鞘形成的先决条件。大量研究表明，层粘连蛋白-211对髓鞘的形成有重要影响，其主要机制有：①层粘连蛋白-211通过调节轴突分选来影响髓鞘的形成。研究[34]发现，轴突神经调节蛋白1的Ⅲ型(Nrg1Ⅲ)水平是调节髓鞘形成和髓鞘厚度的关键，Nrg1Ⅲ通过与ErbB2/ErbB3蛋白的受体酪氨酸激酶结合来促进早熟的小直径纤维髓鞘化，同时Nrg1Ⅲ过表达会导致髓鞘增生最终形成厚髓鞘。层粘连蛋白-211通过限制PKA的激活，阻碍了Nrg1Ⅲ与ErbB2的结合，使Nrg1Ⅲ的功能被抑制，从而防止在轴突分选过程中施万细胞的过早分化，防止直径小于1 μm的纤维形成髓鞘并且减少小口径轴突的髓鞘厚度[35]。同时，层粘连蛋白和ErbB2衍生的信号可以调控结构域结合蛋白1，以调节p27的表达水平，从而调节施万细胞的分化和增殖[36]。也有研究[37]表明，层粘连蛋白-211可通过调控黏附G蛋白偶联受体(GPR126)介导的局部黏着斑激酶(FAK)来调控轴突分选。GPR126可裂解为N末端片段(NTF)和含7个跨膜的C末端片段，GPR126-NTF 与层粘连蛋白-211和β1整联蛋白结合后可以激活局部FAK，FAK通过促进施万细胞在不成熟的基底膜上扩散和收缩，从而促进施万细胞增殖并抑制分化，直至施万细胞达到高密度。当施万细胞达到高密度时，细胞对cAMP的敏感性增加，cAMP通过PKA介导的磷酸化抑制RhoA激酶(调节细胞增殖及周期性变化)和肌球蛋白轻链激酶(调节平滑肌收缩)，从而抑制施万细胞增殖和收缩，最终促使施万细胞分化，从而调节轴突分选[38]。②层粘连蛋白-211通过调控髓鞘化影响髓鞘形成。层粘连蛋白-211在施万细胞表面上组装基底膜(BM)促进周围神经早期阶段髓鞘的形成，并促使β1整联蛋白(α6β1/α7β1)和其他受体活化[39]，活化的β1整联蛋白与层粘连蛋白-211的LG结构域相互作用，参与髓鞘化过程，同时也参与细胞骨架重塑；并且有效的髓鞘化需要高BM配体密度[40]。综上可知，层粘连蛋白-211在髓鞘形成过程中发挥着重要作用，它的部分或完全缺失会影响周围神经髓鞘的形成。

总之，层粘连蛋白-211的缺失和突变可导致骨骼肌组织发育异常、神经髓鞘形成障碍。层粘连蛋白-211通过其肽链的相应区域与特殊的细胞受体及基底膜成分连接,而发挥其生物学功能,其α2链有多种受体的结合位点，是发挥功能的主要区域,已成为研究的热点，但其β1链和γ1链的生物学功能仍需深入探讨。