神經(jīng)調(diào)節(jié)因子的生物學(xué)作用

1、神經(jīng)調(diào)節(jié)因子的生物學(xué)作用    【關(guān)鍵詞】  神經(jīng)    神經(jīng)調(diào)節(jié)因子（NRG）是一個(gè)由4種基因編碼的多肽家族，包含4種異構(gòu)體NRG1、2、3和4。NRG的功能性受體由ErbB酪氨酸激酶受體所組成，包括ErbB2/HER2/neu、ErbB3/HER3和ErbB4/HER41,2。ErbB蛋白屬于跨膜酪氨酸激酶的表皮生長因子受體（EGFR）家族成員。NRG通過與特異性ErbB受體結(jié)合，并活化后者而發(fā)揮其相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。    1  NRG與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育  

2、;  NRG或ErbB基因敲除小鼠表型提示，NRG/ErbB信號(hào)傳導(dǎo)通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中具有重要作用2。在NRG1同源缺失小鼠胚胎中，可見施萬細(xì)胞前體和顱交感神經(jīng)節(jié)的異常發(fā)育，此缺陷亦見于ErbB3缺失小鼠。ErbB4缺失小鼠的菱腦，可出現(xiàn)異常失神經(jīng)支配。在ErbB2缺失小鼠亦見源自顱神經(jīng)嵴的感覺交感神經(jīng)節(jié)的發(fā)育異常。在ErbB2缺失小鼠胚胎中發(fā)現(xiàn)，發(fā)育中的神經(jīng)肌肉接頭突觸前膜和突觸后膜結(jié)構(gòu)異常，但對(duì)突觸特異轉(zhuǎn)錄的乙酰膽堿受體（AChR）mRNA水平則無明顯影響。在神經(jīng)系統(tǒng)，NRG陰性胚胎表達(dá)ErbB3的施萬前體細(xì)胞和顱神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量減少，說明NRG/ErbB在神

3、經(jīng)系統(tǒng)正常發(fā)育過程中起重要作用。NRG可誘導(dǎo)小腦顆粒細(xì)胞N甲基D門冬氨酸受體2B向2C亞基的轉(zhuǎn)換，促進(jìn)小腦顆粒細(xì)胞中氨基丁酸A受體亞單位的表達(dá)和神經(jīng)軸突的生長，說明NRG可能參與小腦顆粒細(xì)胞的發(fā)育和成熟。NRG在成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中的確切功能還不十分清楚，有研究表明，NRG對(duì)突觸信號(hào)傳遞和突觸可塑性有一定的調(diào)節(jié)作用3。OLIVIA等4應(yīng)用免疫組化染色顯示，大鼠胚胎18 d和出生后1 d的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層可見NRG陽性細(xì)胞。成熟的視網(wǎng)膜、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)叢細(xì)胞的突觸帶和內(nèi)核層均可見NRG陽性細(xì)胞。細(xì)胞生物學(xué)研究提示，NRG促進(jìn)培養(yǎng)視網(wǎng)膜神經(jīng)元存活和突觸生長呈劑量依賴性。 &#

4、160;  2  NRG與施萬細(xì)胞的增殖和分化    對(duì)轉(zhuǎn)基因和基因敲除小鼠研究發(fā)現(xiàn)，NRG1在施萬細(xì)胞發(fā)育的多個(gè)時(shí)期具有關(guān)鍵作用5。缺失NRG1的小鼠，在大鼠胚胎10.5 d施萬細(xì)胞前體的數(shù)量明顯減少，這與ErbB2、ErbB3基因敲除小鼠的表型相同；發(fā)育后期的胚胎完全缺失施萬細(xì)胞前體，并伴隨運(yùn)動(dòng)和交感神經(jīng)元的減少。神經(jīng)元數(shù)量的大幅度減少，可能是由于促進(jìn)神經(jīng)元存活的施萬細(xì)胞衍生因子的缺失，包括睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子、膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、白血病抑制因子、血小板源性生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子和神經(jīng)營養(yǎng)素3等。NRG1、ErbB2

5、、ErbB3缺陷小鼠中，施萬細(xì)胞完全缺失，表明ErbB2/ErbB3異源二聚體可能介導(dǎo)了NRG1在施萬細(xì)胞前體的信號(hào)傳遞。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，NRG1促使神經(jīng)嵴前體細(xì)胞向膠質(zhì)細(xì)胞分化。NRG1可能來源于神經(jīng)管和背根神經(jīng)節(jié)中的神經(jīng)元5。目前已知，NRG1在這兩種類型細(xì)胞中起作用，包括發(fā)育早期出現(xiàn)的施萬細(xì)胞前體和胚胎晚期、新生早期動(dòng)物的成熟施萬細(xì)胞。NRG1能限定神經(jīng)嵴細(xì)胞（NCC）向施萬細(xì)胞分化，促進(jìn)施萬細(xì)胞增殖、存活。在施萬細(xì)胞發(fā)育后期，NRG1則抑制其形成髓鞘的能力，甚至使已形成髓鞘的施萬細(xì)胞發(fā)生脫髓鞘作用，從而使其恢復(fù)到一種可塑狀態(tài)。將施萬細(xì)胞和神經(jīng)元混合培養(yǎng)，加入NRG1后，明顯抑制施萬細(xì)胞髓

6、鞘的形成，甚至使已形成髓鞘的施萬細(xì)胞發(fā)生脫髓鞘反應(yīng)，恢復(fù)到髓鞘形成以前的狀態(tài)，但不影響基底層的形成。NCC具有多潛能性，從神經(jīng)管的背側(cè)遷移到胚胎的不同部位，可分化成不同類型的細(xì)胞。環(huán)境因素可以決定多潛能NCC的命運(yùn)。CANOLL等6體外克隆培養(yǎng)大鼠的NCC，在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下，NCC克隆能夠分化成peripherin陽性細(xì)胞和GFAP陽性細(xì)胞。GFAP陽性細(xì)胞即未成熟的施萬細(xì)胞，可被誘導(dǎo)表達(dá)晚期施萬細(xì)胞抗原P0。加入NRG1后，NCC克隆仍可分化成GFAP陽性細(xì)胞，而peripherin陽性細(xì)胞則未出現(xiàn)。動(dòng)態(tài)觀察NRG1對(duì)NCC克隆分化的影響發(fā)現(xiàn)，NCC克隆中始終沒有出現(xiàn)peripherin陽性

7、細(xì)胞，提示NRG1限定NCC使其向施萬細(xì)胞分化。 NRG1不僅能限定NCC向施萬細(xì)胞分化，而且在以后施萬細(xì)胞發(fā)育過程中具有重要作用。MAUREL等7采用Brdu標(biāo)記法測(cè)定NRG1對(duì)施萬細(xì)胞增殖的影響，無論是在有血清或無血清的培養(yǎng)條件下，NRG1均能刺激施萬細(xì)胞增殖，提示NRG1的促增殖作用不依賴于血清成分。增加細(xì)胞內(nèi)cAMP含量，能夠協(xié)同NRG1刺激施萬細(xì)胞增殖。降低NRG1的濃度時(shí)，則表現(xiàn)為促進(jìn)施萬細(xì)胞存活。NRG1與受體ErbB結(jié)合，ErbB發(fā)生二聚體化、蛋白磷酸化，進(jìn)而可以激發(fā)下游信號(hào)傳遞分子，如有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）等。MAPK和PI3K在多種

8、細(xì)胞的存活、增殖和分化中具有重要作用。研究表明，阻斷PI3K能抑制NRG1對(duì)施萬細(xì)胞的促增殖作用，提示NRG1刺激施萬細(xì)胞增殖與激活PI3K有關(guān)。NRG1抑制施萬細(xì)胞形成髓鞘的同時(shí)，誘導(dǎo)了MAPK、PI3K和一種相對(duì)分子質(zhì)量為12×104蛋白的表達(dá)。成年動(dòng)物坐骨神經(jīng)切斷3 d后，在遠(yuǎn)離斷點(diǎn)的區(qū)域NRG1的表達(dá)水平明顯增高并可維持長達(dá)30 d。同時(shí)，ErbB2和ErbB3表達(dá)水平也隨之增高，并在去神經(jīng)57 d后達(dá)到高峰。去神經(jīng)518 d，在遠(yuǎn)離斷點(diǎn)的區(qū)域可檢測(cè)到酪氨酸磷酸化的ErbB2受體。    3  NRG與少突膠質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化 

9、;   正如施萬細(xì)胞一樣，NRG可能也是少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系建立所必需的8。胚胎9.5 d大鼠脊髓移植物在體外培養(yǎng)711 d后，可產(chǎn)生未成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞。但從NRG1基因敲除小鼠得到的移植物，除非在培養(yǎng)時(shí)加入NRG，否則不能產(chǎn)生少突膠質(zhì)細(xì)胞。NRG1在大鼠胚胎14 d的脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和腹側(cè)室區(qū)（VVZ）中表達(dá)。目前認(rèn)為，少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系是由VVZ產(chǎn)生，NRG以旁分泌和自分泌的方式起作用。發(fā)育中的前腦也有相似的情況，少突膠質(zhì)細(xì)胞前體從室下區(qū)中產(chǎn)生，后者可表達(dá)NRG1。NRG1能促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖。高濃度NRG1可逆性地抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞前體

10、細(xì)胞分化成少突膠質(zhì)細(xì)胞，抑制O2A細(xì)胞分化成星形膠質(zhì)細(xì)胞。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，NRG1可促進(jìn)O2A前體細(xì)胞、O4陽性少突膠質(zhì)細(xì)胞前體和O1陽性細(xì)胞的增殖和存活。另外，NRG1抑制O4陽性向O1陽性表型的轉(zhuǎn)變，維持O2A前體細(xì)胞于未分化狀態(tài)，提示NRG1可抑制這些細(xì)胞的分化。CANOLL等9研究提示，NRG1能夠刺激少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖。NRG1的促增殖作用不依賴血清，但血清可大大增強(qiáng)其促增殖作用。此外，NRG1還能夠促進(jìn)無血清培養(yǎng)條件下少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞的存在。進(jìn)一步研究表明，NRG1不僅能抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化，而且能誘導(dǎo)已分化的少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生表型逆轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為髓

11、鞘堿性蛋白的表達(dá)缺失，巢蛋白的再表達(dá)，肌動(dòng)蛋白的重排和突起數(shù)量的減少6。NRG1在逆轉(zhuǎn)少突膠質(zhì)細(xì)胞表型的同時(shí)，能夠快速激活PI3K和MAPK等信號(hào)傳遞系統(tǒng)。ErbB2、ErbB3和ErbB4均在O2A細(xì)胞中表達(dá)，但其他研究組只檢測(cè)到ErbB2和ErbB4。當(dāng)細(xì)胞分化為O4陽性表型時(shí)，ErbB3的表達(dá)增加并伴隨ErbB2、ErbB4表達(dá)減少。雖然NRG1的促分裂活性還有爭議，但已經(jīng)明確，NRG1是少突膠質(zhì)細(xì)胞體外存活因子。    4  NRG與神經(jīng)細(xì)胞遷移    現(xiàn)已證實(shí)，在CNS中，NRG1可影響神經(jīng)元前體沿放射狀膠質(zhì)細(xì)胞纖

12、維遷移10。小腦顆粒神經(jīng)元沿Bergmann膠質(zhì)細(xì)胞纖維遷移至內(nèi)側(cè)的顆粒細(xì)胞層，遷移細(xì)胞產(chǎn)生NRG1。顆粒神經(jīng)元在體外可誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞成為放射狀表型。這一形態(tài)學(xué)變化，在神經(jīng)元缺失時(shí)可由NRG1所誘導(dǎo)。進(jìn)一步研究說明，NRG1可影響皮質(zhì)神經(jīng)元的遷移。在體外，NRG可促進(jìn)放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的存活和增殖。在胚胎發(fā)育的特定階段，神經(jīng)元沿著放射狀分布的膠質(zhì)細(xì)胞從腦室區(qū)遷移至大腦皮質(zhì)，給予NRG1能夠促進(jìn)神經(jīng)元沿著放射狀膠質(zhì)細(xì)胞遷移。此外，NRG1能夠促進(jìn)放射狀膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)的維持和延伸，而NRG1缺乏則導(dǎo)致放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育異常。NRG1調(diào)節(jié)放射狀膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育的作用，部分是由腦脂質(zhì)結(jié)合蛋白（BLBP）介導(dǎo)的，

13、BLBP由神經(jīng)元誘導(dǎo)放射狀膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，對(duì)放射狀膠質(zhì)細(xì)胞纖維系統(tǒng)的建立和維持具有主要作用11。     5  NRG的神經(jīng)保護(hù)作用    XU等12研究表明，NRG1介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用包括抑制凋亡和參與抗炎機(jī)制等。在大鼠大腦中動(dòng)脈阻塞再灌注（MCAO）模型中，神經(jīng)元損害開始于皮質(zhì)下紋狀體，這個(gè)階段神經(jīng)元損害發(fā)生在早期。隨后幾小時(shí)，梗死發(fā)展到邊緣區(qū)域和大腦皮質(zhì)，這時(shí)神經(jīng)元損傷與凋亡和炎癥反應(yīng)有關(guān)。在MCAO最初損傷前注射NRG1能夠抑制皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，而不能抑制紋狀體神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，提示NRG1對(duì)延遲神經(jīng)元死亡可能有特殊的

14、作用，包括影響單核細(xì)胞的浸潤、星形膠質(zhì)細(xì)胞活性和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。缺血介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)結(jié)果之一是單核細(xì)胞的活化和浸潤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，NRG1治療組ED1陽性細(xì)胞在缺血區(qū)邊緣很少12。NRG1抑制巨噬細(xì)胞的機(jī)制可能有多種，包括抑制血管壁上黏附分子的聚集、抑制趨化因子的產(chǎn)生、誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡和抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活性。NRG1對(duì)短暫性局限性缺血的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制目前還不十分清楚，可能與干預(yù)核轉(zhuǎn)錄因子B（NFB）的效應(yīng)有關(guān)13。NFB是許多炎癥反應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子，NRG1可能通過可促進(jìn)細(xì)胞存活的PI3K/Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路發(fā)揮作用14。NRG1神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制可能還包括對(duì)GABA和煙堿受體的調(diào)節(jié)、凋亡相關(guān)基因

15、的調(diào)節(jié)、或BDNF等神經(jīng)營養(yǎng)因子的誘導(dǎo)15。對(duì)NRG1治療的MCAO鼠腦基因表達(dá)研究表明，一系列與缺血損害相關(guān)的基因被誘導(dǎo)表達(dá)，包括膠質(zhì)纖維酸性蛋白、白細(xì)胞介素1和IL1受體，還有許多細(xì)胞活素、趨化因子、黏附分子、轉(zhuǎn)錄因子和與單核細(xì)胞活性相關(guān)的基因。在MCAO模型腦梗死區(qū)周圍，神經(jīng)保護(hù)和抗凋亡因子的表達(dá)上調(diào)發(fā)揮神經(jīng)元保護(hù)作用16。神經(jīng)生長因子在半影區(qū)和非缺血區(qū)的表達(dá)上調(diào)17，NGF受體、酪氨酸激酶A在缺血區(qū)和半影區(qū)也被誘導(dǎo)增多，BDNF mRNA的表達(dá)也被誘導(dǎo)。包括GDNF和其他因子在內(nèi)的許多相似的神經(jīng)保護(hù)因素已經(jīng)發(fā)現(xiàn)18。     6  NRG的其他作

16、用    對(duì)轉(zhuǎn)基因和基因敲除小鼠進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，NRG1信號(hào)傳導(dǎo)通路對(duì)于心臟和乳腺的正常發(fā)育是必不可少的。缺失NRG1、ErbB2或ErbB4的胚鼠，將由于心室肌發(fā)育不全而夭折。MEYER等19采用同源基因重組方法，突變胚胎  1期郭云良神經(jīng)調(diào)節(jié)因子的生物學(xué)作用3干細(xì)胞的NRG表皮生長因子（EGF）樣結(jié)構(gòu)基因序列，結(jié)果表明NRG陰性胚胎在胚胎11.5 d均死亡，在胚胎10.5 d，存活的胚胎心室小梁發(fā)育不良，心室和心房的內(nèi)膜墊不緊密，形成心內(nèi)膜墊的間質(zhì)細(xì)胞減少，提示NRG在心臟發(fā)育中具有十分重要的作用。    7 

17、 展望    雖然NRG1對(duì)于施萬細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系的建立具有相似的生物活性，但NRG1是否為CNS前體細(xì)胞的有絲分裂原，以及促進(jìn)細(xì)胞增殖后是否有影響細(xì)胞分化等問題，還需進(jìn)一步的研究。NRG1作為少突膠質(zhì)細(xì)胞存活因子，可能會(huì)調(diào)節(jié)CNS中髓鞘形成細(xì)胞的數(shù)量。NRG2和NRG3均在CNS中表達(dá)，因此，有必要研究它們是否在少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化過程中也起作用。近來，NRG1對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用已引起人們的關(guān)注。NRG1能夠促進(jìn)培養(yǎng)的小鼠紋狀體神經(jīng)干細(xì)胞增殖，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分化，而對(duì)神經(jīng)元的誘導(dǎo)分化沒有影響20。NRG1的上述生物學(xué)功能提示其

18、在神經(jīng)系統(tǒng)再生過程中具有重要作用，對(duì)其進(jìn)一步研究可能為神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的修復(fù)重建提供新的途徑。因此，深入研究NRG1對(duì)腦梗死神經(jīng)元保護(hù)和神經(jīng)損傷修復(fù)的作用，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景。    參考文獻(xiàn)1HUANG Y Z, LIN M. Neuregulin/ErbB signal transduction pathway in the development of nervous systemJ. Acta Academiae Medicinae Jiangxi, 2001,41(2):1723.2GASSMANN M, LEMKE G. Neuregulins an

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