轴突再生过程中髓鞘相关抑制因子的研究进展*

汤 欣 ，汤淳康

（1南通大学神经再生重点实验室，神经再生协同创新中心，江苏226001；2南通市中医院）

轴突再生是神经损伤后机体启动的一系列复杂协调过程。成年哺乳动物周围神经系统（PNS）与中枢神经系统（CNS）相比，其内源性神经再生能力更强，能在损伤后实现结构重塑和功能重建，此过程中发生多个细胞分子生物学事件，包括施万细胞和巨噬细胞快速有效清除崩解的轴突髓鞘碎片，轴突轴浆运输能量分泌信号分子至末端生长锥，细胞骨架蛋白的合成与转运，以及基底膜完整性的重建等，共同形成损伤局部的再生微环境。整个再生过程涉及神经营养因子受体、神经元细胞膜离子通道、生长因子信号通路等激活，促使神经元再生程序上调，近端轴突萌芽，再生神经纤维通过损伤部位，最终实现对远端靶器官的重新支配。

髓鞘主要成分为髓磷脂，具有保护神经元，维护神经系统保持稳定，增强轴突传导特别是快速有效的动作电位跳跃式传导作用。损伤轴突重新获得轴突包绕形成髓鞘，是神经功能恢复的生物学基础。髓鞘再生过程受正性促进因素与负性抑制因素的共同调节。促进轴突再生因子主要包括神经营养因子，神经调节素，神经元离子通道电活动以及成髓鞘的电生理过程等。近年越来越多的研究表明，影响轴突再生主要因素是髓鞘相关抑制因子的存在。因此，本文重点对轴突再生过程中髓鞘相关抑制因子进行综述，包括髓磷脂相关糖蛋白（myelin-associated glycoprotein，MAG），少突胶质细胞的髓鞘糖蛋白（oligodendrocyte myelin glycoprotein，OMgp），轴突生长抑制蛋白（neurite outgrowth inhibitor，Nogo）及其受体，以及与细胞黏附分子类、轴突导向因子类相关抑制因子。

1 髓磷脂相关抑制因子

1.1 MAG MAG主要表达于髓鞘形成胶质细胞，即CNS少突胶质细胞与PNS施万细胞，在CNS和PNS中都是潜在抑制髓鞘再生关键因子[1]。MAG是高度特化的髓鞘组分，在髓鞘形成的早期阶段就开始表达，不同的是，MAG在PNS髓磷脂中含量只有CNS的1/10。神经损伤后，MAG能阻止神经元轴突萌芽，继而引发轴突生长锥塌陷，最终抑制神经突起生长[2]。MAG基因敲除小鼠随着发育过程，出现神经纤维磷酸化表达水平降低，神经轴突直径减小，甚至出现髓鞘崩解现象。因此，在神经系统发育过程中，MAG起到调节髓鞘发育成熟过程和成熟后维持髓鞘完整性的重要作用。神经系统发育成熟后，MAG呈持续性高表达，MAG结合神经节苷脂分布于轴突膜表面髓鞘形成的轴突和施万细胞上。在PNS损伤后的再生过程中对髓鞘再生有显著的抑制作用[3]。神经元生长锥中含有神经节苷脂与脂质，MAG结合神经节苷脂信号，阻断再生生长锥对轴突导向信号的反应[4]。另有研究表明，MAG通过激活抑制轴突再生的重要信号分子RhoA，显著减少抑制体外培养以及动物体内损伤周围轴突分支化过程[5]。

1.2 OMgp OMgp是糖基磷脂酰肌醇结合的髓鞘蛋白，在CNS神经元和成熟少突胶质细胞中都有表达，有研究表明也存在于PNS髓鞘中，具有抑制神经突起生长作用[6-7]。OMgp大约只占髓磷脂蛋白的0.05%。OMgp基因是神经纤维瘤基因-1内含子上的三个镶嵌基因之一，编码OMgp基因的整个编码区位于第二号外显子上。OMgp主要通过与NgR/P75/TROY/Lingo-1组成的受体复合物发生特异性结合，引发生长锥塌陷和抑制轴突生长，以及通过cAMP第二信使激活RhoA，RhoA调节生长锥内的细胞骨架，通过其收缩引起轴突生长锥的回缩及塌陷[8]。

1.3 Nogo Nogo是阻止成年脊椎动物CNS轴突再生和损伤后功能恢复的关键因子之一，在CNS神经元和少突胶质细胞广泛表达[9]。Nogo基因编码的三种蛋白Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C，均是CNS髓鞘中具有抑制神经生长活性的跨膜蛋白。Nogo基因敲除小鼠出生后一个月内即出现少突胶质细胞分化发育迟缓，导致髓鞘形成减慢，以及轴突直径体积的减小[10]。少突胶质细胞为合成Nogo-A的主要场所。Nogo-A在神经生长发育的过程中参与神经细胞迁移、轴突导向、树突分支延伸等[11]。Nogo-A在处于发育期的神经元中呈高表达，主要负责调节神经细胞迁移和轴突生长，发育成熟后Nogo-A表达水平不断下降，仅在大脑特定区域主要是神经突触可塑性高的区域高表达。在成年CNS中，Nogo-A蛋白介导的神经抑制活性能防止神经元突起在不正确的位置萌芽，保持CNS环路的稳定性[12]。Nogo-A在正常PNS髓鞘中无表达，外源性表达Nogo-A在坐骨神经损伤模型的施万细胞中，会破坏PNS轴突再生和功能恢复，表明Nogo-A在PNS中亦是潜在抑制轴突再生的关键因子。Nogo-A能够显著抑制PC12细胞、背根神经元神经突起生长，引起生长锥坍塌。Nogo对轴突再生抑制作用主要通过其功能性片段与另一个神经细胞上Nogo受体（NgR）结合实现。Nogo-66是髓鞘抑制蛋白Nogo的主要活性功能片段，位于C末端两个内质网跨膜区域，通过抑制背根神经元Nogo-66可调节周围神经损伤后的免疫性疼痛反应[13]，抑制视神经Nogo-66的表达能逆转损伤后视神经的萎缩[14]。

1.4 NgR NgR在CNS灰质呈高表达，是抑制髓鞘再生的关键性受体，NgR1和NgR2在发育期和成熟期CNS及PNS神经元中都有表达。以上三个髓鞘相关抑制因子MAG、OMgp和Nogo-A都与NgR1，富含亮氨酸重复跨膜蛋白LINGO-1，神经营养因子受体p75NTR或TNF受体TAJ/TROY结合[15-16]。NgR1形成的受体复合体能够启动级联信号的传导，引起生长锥局部肌动蛋白细胞骨架的改变，丝状伪足和薄片状伪足收缩，改变了生长锥的形态和稳定性，最终导致生长锥的坍塌。NgR2只能特异性结合MAG，而非Nogo-A或OMgp。研究发现，PNS损伤后远端神经施万细胞表面髓鞘抑制因子MAG与巨噬细胞表面NgR受体相互作用，MAG/NgRs信号对瓦勒氏变性后及时清除巨噬细胞和消退过度的炎症反应起重要作用[17]。另外，包含唾液酸的糖苷神经鞘脂类GD1a和GT1b，亦是MAG受体，能够抑制轴突再生。TROY作为髓鞘相关抑制因子受体的组成成分，可以通过与RhoGDIa相互作用介导髓鞘相关抑制因子的神经突起抑制作用。

2 细胞黏附分子类

神经细胞黏附分子（NCAM）是一种糖蛋白，多聚唾液酸（PSA）主要粘附在NCAM，NCAM的唾液酸化由多聚唾液酸转移酶ST8SIA2和ST8SIA4所催化。NCAM和ST8SIA2能促进少突胶质细胞的分化和髓鞘形成，但ST8SIA4阻滞少突胶质细胞的分化，抑制髓鞘的再生[18]。少突胶质前体细胞通过与PSA结合修饰NCAM，在分化为成熟的髓鞘形成少突胶质细胞之前少突胶质前体细胞下调PSA的合成是其分化成熟达到有效髓鞘形成以及维持髓鞘稳定的前提[19]。轴突与胶质连接部位的细胞黏附分子（CAMs）也是CNS髓鞘抑制因子。在少突胶质细胞中，过表达Cadm4结合于细胞膜胞外区，能显著减少轴突与胶质细胞的生长接触，进而进一步减少髓鞘形成[20]。

PNS轴突再生依赖于生长锥细胞外基质中结合素类的相互作用，如层粘连蛋白laminin，整合素蛋白β1-integrin。在神经损伤退变和修复再生过程中，细胞外基质整合素类蛋白的快速下调和再表达与PNS成功再生密切相关。PNS中laminin/integrin信号途径与施万细胞分化、轴突末端生长锥生长调节及髓鞘形成等一系列细胞分子生物学活动有关[21]。最近有研究认为整合素类是髓鞘相关抑制蛋白，这种调节不依赖于NgR受体复合物，β1-integrin可直接与MAG相互作用抑制轴突生长锥的再生长。研究发现，α5和αv整合素类能与氨基-Nogo特异性结合，通过氨基-Nogo介导细胞黏附和轴突生长过程。这些研究结果提出了髓鞘介导的抑制和laminin介导的激活相互竞争，调节通路汇聚于整合素信号途径，因此细胞黏附分子类能动态调节轴突再生和髓鞘形成[22]。

3 轴突导向因子类

轴突导向因子netrins家族蛋白是一类分泌蛋白，能引导神经细胞和轴突迁移，影响轴突树枝状分枝和突触形成过程。netrin-1或netrin-1受体敲除小鼠，在胚胎期致死，表明netrin信号通路在发育过程中发挥至关重要作用。netrin-1在少突胶质细胞发育谱系的不同节点有三个不同作用：排斥祖细胞的迁移，在分化过程中促进突起精细化以及维持成熟细胞之间的特化结构[23]。成熟CNS髓鞘化少突胶质细胞持续表达netrin-1及其受体DCC[24]。netrin-1和DCC在少突胶质细胞髓鞘节旁区呈高丰度表达，netrins有维持少突胶质细胞髓鞘节旁区组织结构的作用[25-26]。

同时，netrins亦是一类与层粘连蛋白laminin相关的细胞外蛋白家族，能与整合素integrins家族相互作用，integrins家族是一大类将肌动蛋白细胞骨架与细胞外基质蛋白相连接的跨膜受体。研究表明，netrins家族中只有netrin-4能通过netrins的VI结构域与laminins的VI结构域相互作用，进而整合进入组织基底膜中。因此，netrin-4通过干扰laminin的多聚化抑制基底膜形成，进而影响神经组织再生[27]。另外，slit2作为轴突排斥性导向分子，在发育过程中以排斥性的方式调节少突胶质细胞的迁移[28]。轴突导向因子ephrin B3和sema 4D能抑制髓鞘再生，两种能与胶原蛋白结合的蛋白CBD-EphA4LBD和CBD-PlexinB1LBD能中和ephrin B3和sema 4D的抑制髓鞘再生，起到促进脊髓髓鞘再生和功能恢复的作用[29]。ephrin A3基因敲除小鼠的髓鞘再生能力优于野生型小鼠，但弱于Nogo-A基因敲除小鼠的髓鞘再生能力。Nogo-A/EphA4基因双敲除小鼠轴突萌出和髓鞘再生能力明显强于EphA4基因敲除小鼠的髓鞘再生能力[30]。

4 展 望

神经再生整个过程需要神经元胞体对伤害性刺激作出应答、轴浆运输信号分子、细胞骨架结构构建以及轴突末端生长锥形成等一系列协调的相互作用，才能实现再生轴突生长。神经损伤后，CNS轴突再生困难是外源性与内源性因素共同作用的结果。来源于髓鞘抑制轴突再生蛋白和化学诱向性排斥因子蛋白，都在轴突导向的发育和再生中发挥重要作用。虽然近年来越来越多的研究让我们更深入了解轴突再生机制，为将来临床治疗CNS损伤提出了潜在的途径，但仍有一些关键问题仍无答案。虽然在啮齿类动物模型中某种程度上实现了轴突再生，但再生神经元仅局限于小部分成熟神经元，并且再生效果并未达到满意程度。在灵长类动物和人类中，是否有同样的调控机制仍有待进一步研究。

哺乳动物PNS虽然受损伤神经元内源性的保留了再生能力，但实际临床工作中发现患者近端神经运动感觉功能的恢复仍十分困难，尤其是较长距离缺损。这可能是由于自发性轴突再生速度非常缓慢，如果能外源性加快轴突再生速度和功能性恢复将具有重要意义。要实现特定的行为学恢复，需要有多少再生轴突以及多少再生轴突上功能性突触的形成？根据损伤神经元种类不同，其特定再生过程亦有不同，对于功能性神经环路的重建，哪些行为学上的表型能通过调控一个或多个关键因子实现？未来临床上要实现更加有效更加可靠的促进轴突再生治疗策略，需要进一步深入研究以上生物学基础问题。