再生修復(fù)蛋白之作用與其機(jī)制

1、再生修復(fù)蛋白之作用與其機(jī)制     再生修復(fù)蛋白之作用與其機(jī)制范文Nogo-A是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中發(fā)現(xiàn)的一種抑制軸突生長(zhǎng)的蛋白，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后軸突再生中具有抑制作用。生長(zhǎng)相關(guān)蛋白-43(growth-associated protein-43，GAP-43)是一種快速胞膜磷酸蛋白，在引導(dǎo)軸突生長(zhǎng)和調(diào)節(jié)軸突形成新的聯(lián)系上起關(guān)鍵作用。構(gòu)成中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)的重要組成成分，包括軸突、少突膠質(zhì)細(xì)胞及由少突膠質(zhì)細(xì)胞形成的髓鞘1。既往關(guān)于腦缺血后神經(jīng)功能康復(fù)的研究重點(diǎn)在于保護(hù)神經(jīng)元方面，但近年的研究發(fā)現(xiàn)白質(zhì)損害也是腦缺血后神經(jīng)功能障礙的一個(gè)主要原因。缺血后適應(yīng)

2、(ischemic postconditioning，PC)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的干預(yù)措施，可明顯減輕長(zhǎng)時(shí)間再灌注引起的組織損傷，具有腦神經(jīng)保護(hù)作用。研究Nogo-A、GAP-43及缺血后適應(yīng)的作用機(jī)制對(duì)臨床治療白質(zhì)損傷后的神經(jīng)保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1Nogo-A11Nogo-A的研究概況Nogo-A是含有1163個(gè)氨基酸的膜蛋白(大鼠序列分子量為200kDa)。2000年Chen等2克隆出大鼠和人類抑制受損軸突再生的基因Nogo基因。Nogo基因編碼3種蛋白，分別稱為Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C。新近的研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)損傷后Nogo-A蛋白與p75NTR-NgR受體復(fù)合物結(jié)合

3、，發(fā)揮抑制神經(jīng)再生的作用，是造成腦梗死后遺癥的重要原因。12Nogo-A的分布Nogo-AmRNA主要表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在其他組織系統(tǒng)如肌肉、睪丸和心臟等部位也有少量表達(dá);然而在成年大鼠，Nogo-A廣泛而散在表達(dá)于整個(gè)CNS的神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞3。Huber等4通過用共聚焦免疫電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)Nogo-A在大鼠發(fā)育過程中表達(dá)于少突膠質(zhì)細(xì)胞和投射神經(jīng)元，尤其是在發(fā)育中的皮質(zhì)、脊髓、小腦的有絲分裂后細(xì)胞，這也較好地解釋了其抑制軸突再生的作用和結(jié)構(gòu)上的可塑性。13Nogo-A的作用及其機(jī)制多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A在CNS損傷后軸突再生中具有抑制作用。Nogo-A是CNS神

4、經(jīng)元軸突生長(zhǎng)抑制的最重要的因子，具有以下特點(diǎn):Nogo-A主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞中;Nogo-A抑制背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)及3T3成纖維細(xì)胞延伸;Nogo-A的單克隆抗體IN-1可中和Nogo-A的軸突生長(zhǎng)抑制作用，從而促進(jìn)損傷后神經(jīng)元軸突再生5。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A有兩個(gè)完全獨(dú)立的抑制結(jié)構(gòu)域:一個(gè)是可能位于細(xì)胞表面的Nogo-66;另一個(gè)是長(zhǎng)的氨基端區(qū)段(NiG)。這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域在抑制軸突生長(zhǎng)方面發(fā)揮著協(xié)同作用。Nogo-A可能通過以下方式抑制神經(jīng)元軸突再生:細(xì)胞細(xì)胞方式:完整的少突膠質(zhì)細(xì)胞表面的Nogo-66與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合。細(xì)胞膜方式:從受損

5、的少突膠質(zhì)細(xì)胞上脫落下來的含有Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合。完全溶解的少突膠質(zhì)細(xì)胞釋放Nogo-A氨基端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段，與其受體結(jié)合，抑制作用更強(qiáng)。Hsieh等6發(fā)現(xiàn)Nogo-A有效的抑制片段Nogo-66的信號(hào)是通過LIM(LIM是Lin-11、Isl-1和Mec-3三個(gè)基因的首字母縮寫)激酶和彈弓磷酸酶調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而實(shí)現(xiàn)的。2GAP-4321GAP-43的研究現(xiàn)狀GAP-43是80年代初發(fā)現(xiàn)的一種分子量為24KD的鈣調(diào)蛋白結(jié)合的胞膜磷酸蛋白。新近的研究表明GAP-43與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、突觸形成和可塑性以及神經(jīng)再生有

6、密切的關(guān)系，在引導(dǎo)軸突生長(zhǎng)和調(diào)節(jié)軸突形成新的聯(lián)系上起關(guān)鍵作用，被認(rèn)為是神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育和可塑性的分子標(biāo)記物7。22GAP-43的分布GAP-43是神經(jīng)組織特有的生長(zhǎng)相關(guān)蛋白，廣泛分布于大小腦、脊髓、背根節(jié)和自主神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元內(nèi)以及再生的施旺細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。在發(fā)育中的神經(jīng)元沿整個(gè)軸突表達(dá)，在生長(zhǎng)錐表達(dá)尤其豐富。在發(fā)育成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，為保證正常穩(wěn)定的生理活動(dòng)，成熟神經(jīng)元軸突的生長(zhǎng)和突觸的可塑性都處于抑制狀態(tài);當(dāng)軸突受到損傷后，GAP-43呈高表達(dá)，軸突的延長(zhǎng)和重建又可以被重新誘導(dǎo)8。23GAP-43的作用及機(jī)制GAP-43及其mRNA在神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)分布特點(diǎn)說明它對(duì)神經(jīng)發(fā)育和可塑性有重要

7、作用，可促進(jìn)神經(jīng)元的生長(zhǎng)發(fā)育、再生及突觸的重構(gòu)。神經(jīng)元生長(zhǎng)過程中GAP-43可能是靠改變生長(zhǎng)錐中G蛋白的活性，影響軸突的生長(zhǎng);G蛋白與其受體反應(yīng)可產(chǎn)生抑制信號(hào)，導(dǎo)致生長(zhǎng)錐停止生長(zhǎng)，而GAP-43與G蛋白結(jié)合可以解除抑制信號(hào)允許軸突繼續(xù)生長(zhǎng)。在神經(jīng)損傷后，損傷局部吸收而逆行轉(zhuǎn)運(yùn)至胞體的某種正反饋信號(hào)或本身由胞體產(chǎn)生的某種正反饋信號(hào)刺激表達(dá)GAP-439。部分研究結(jié)果提示GAP-43參與了神經(jīng)元突觸重組和神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)建，并為神經(jīng)功能的恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)。神經(jīng)損傷后GAP-43在末端施旺細(xì)胞和軸突的表達(dá)表明它與軸突施旺細(xì)胞在再生中的相互作用密切相關(guān)。3缺血后適應(yīng)31缺血后適應(yīng)的概念缺血后適應(yīng)(PC)指在

8、腦缺血/再灌注開始時(shí)給予短暫的、重復(fù)的、非致死性的血管閉塞與再通的過程，可明顯減輕隨后長(zhǎng)時(shí)間再灌注引起的組織損傷，是近期發(fā)現(xiàn)的一種新的干預(yù)措施，具有腦保護(hù)作用10。32缺血后適應(yīng)的研究現(xiàn)狀在以往建立的系統(tǒng)性缺血后適應(yīng)動(dòng)物模型研究中，證實(shí)PC具有保護(hù)作用。2005年Staat等11研究表明，急性心肌梗死患者在冠狀血管成形術(shù)時(shí)施加缺血后適應(yīng)干預(yù)，率先在臨床上證實(shí)了PC的心肌保護(hù)作用。2008年的小兒法洛四聯(lián)癥外科手術(shù)12和2009年成人外科手術(shù)13中明確了PC的保護(hù)效應(yīng)。PC促進(jìn)損傷后神經(jīng)功能的恢復(fù)，表現(xiàn)在肢體運(yùn)動(dòng)、共濟(jì)和皮質(zhì)功能各個(gè)方面，短期和長(zhǎng)期療效均比較顯著。研究發(fā)現(xiàn)PC尚能減少損傷后神經(jīng)元

9、的凋亡，減少缺血半暗帶的神經(jīng)元凋亡可能是缺血后適應(yīng)減少梗死面積和促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵所在14。33缺血后適應(yīng)的腦保護(hù)機(jī)制331炎性反應(yīng)和自由基大量研究表明，腦缺血再灌注炎癥反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量氧自由基，自由基可以攻擊血管內(nèi)皮細(xì)胞膜，加重血管源性腦水腫，導(dǎo)致腦梗死范圍擴(kuò)大而加重腦組織損傷。Zhao等15報(bào)道，PC可以明顯減少大鼠腦缺血半暗帶中過氧化物的產(chǎn)生。Xing等16研究發(fā)現(xiàn)，PC可以明顯降低再灌注24h后的髓過氧化物酶的活性，降低炎性介質(zhì)的表達(dá)，并可明顯地抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的水平。332腦水腫和血腦屏障大量實(shí)驗(yàn)證明缺血腦組織恢復(fù)血液灌注后會(huì)導(dǎo)致血腦屏障完整性損害，使得血腦屏障通透性增加，促進(jìn)腦

10、水腫形成，同時(shí)活性自由基能引起血管內(nèi)皮細(xì)胞和基底膜損傷，從而破壞血腦屏障的完整性。譚慧敏等17提到PC能夠提高腦代謝，減輕血腦屏障的通透性和腦水腫。Ren等18在延遲性缺血后適應(yīng)的研究中檢測(cè)到葡萄糖水平和代謝的上調(diào)，證明缺血后適應(yīng)加強(qiáng)了葡萄糖代謝。333蛋白質(zhì)生成和細(xì)胞凋亡PC的腦保護(hù)作用還可能涉及相關(guān)蛋白質(zhì)的合成。Burda等19報(bào)道，缺血后適應(yīng)的同時(shí)給予蛋白質(zhì)合成抑制劑，可以抵消PC對(duì)細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用。缺血再灌注后細(xì)胞色素C從線粒體中轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中，激活細(xì)胞凋亡。Wang等20發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注后可以在細(xì)胞質(zhì)中檢測(cè)到細(xì)胞色素C。適當(dāng)?shù)娜毖筮m應(yīng)可以明顯降低缺血再灌注后神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞色

11、素C的濃度，提示PC可能通過阻止凋亡程序的激活，達(dá)到腦保護(hù)的作用21。334信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在缺血后適應(yīng)的神經(jīng)保護(hù)中具有重要作用16。Gao等22和Pignataro等23研究發(fā)現(xiàn)，在缺血早期進(jìn)行后適應(yīng)處理可提高Akr磷酸化水平，增強(qiáng)Akt活性，調(diào)節(jié)-CATENIN，從而支持神經(jīng)細(xì)胞的生存。4腦白質(zhì)長(zhǎng)期以來，對(duì)缺血性腦卒中神經(jīng)保護(hù)治療研究結(jié)果并不理想。在以往的研究中，由于研究對(duì)象和絕大多數(shù)的研究重點(diǎn)都集中在灰質(zhì)上，認(rèn)為灰質(zhì)是缺血缺氧損傷的易損部位，而白質(zhì)通常被認(rèn)為缺血更耐受。應(yīng)用乏氧顯像劑18F標(biāo)記的米索硝唑(MISO)和微型正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)(PET)對(duì)癥狀出現(xiàn)后中位時(shí)間16

12、5h的27例患者進(jìn)行研究，雖然PET顯示腦灰質(zhì)中最初“高危組織”體積大于白質(zhì)，但白質(zhì)中潛在活性組織的比例卻高于灰質(zhì)24。腦卒中后白質(zhì)損傷是神經(jīng)功能障礙的重要原因之一，因此，腦白質(zhì)保護(hù)(cerebral white-matter protection)已逐漸受到重視。41缺血性腦白質(zhì)的概念腦白質(zhì)病變(cerebral white matter lesion，WML)是指腦室旁白質(zhì)或皮質(zhì)下區(qū)域CT掃描呈低密度或磁共振T加權(quán)成像呈高信號(hào)的影像學(xué)改變。白質(zhì)主要由神經(jīng)纖維、軸突和膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成，不含神經(jīng)元胞體或突觸，白質(zhì)的組成成分對(duì)缺血高度易損。其中，缺血性腦白質(zhì)病變(white matter ische

13、miclesions)是最常見的白質(zhì)腦病類型之一。42腦白質(zhì)損害的表現(xiàn)可能的機(jī)制包括腦白質(zhì)缺血、血腦屏障破壞、慢性水腫及遺傳因素等。絕大多數(shù)缺血性腦白質(zhì)病變患者在早期可無任何臨床癥狀。當(dāng)損害進(jìn)展時(shí)可主要表現(xiàn)為認(rèn)知功能減退，但不一定表現(xiàn)為癡呆。另外一些缺血性腦白質(zhì)病可以表現(xiàn)為抑郁、構(gòu)音障礙、步態(tài)異常和排尿障礙等癥狀。43腦白質(zhì)與Nogo-A、GAP-43和缺血后適應(yīng)的關(guān)系構(gòu)成CNS白質(zhì)的重要組成成分包括軸突、少突膠質(zhì)細(xì)胞及由少突膠質(zhì)細(xì)胞形成的髓鞘。GAP-43廣泛分布于大小腦、脊髓、背根節(jié)以及自主神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元內(nèi)，再生的施旺細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞;而Nogo-A主要表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。神經(jīng)纖維再生抑制因子Nogo-A和生長(zhǎng)相關(guān)蛋白GAP-43與神經(jīng)損傷的修復(fù)密切相關(guān);腦組織缺血損傷后的白質(zhì)保護(hù)尤為重要，通過對(duì)損傷腦白質(zhì)的神經(jīng)修復(fù)來對(duì)腦白質(zhì)進(jìn)行保護(hù)顯得非常重要。而缺血后適應(yīng)則可能通過保護(hù)血腦屏障完整性、阻止細(xì)胞凋亡等機(jī)制來實(shí)施腦保護(hù)作用，即對(duì)腦白質(zhì)的損傷具有保護(hù)作用。5結(jié)語與展望綜上所述，神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的保護(hù)和修復(fù)一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。腦缺血后神經(jīng)功能的最終恢復(fù)不僅依賴于對(duì)灰質(zhì)的保護(hù)，對(duì)白質(zhì)的保護(hù)同樣重要，而Nogo-A和GAP-43與神經(jīng)損傷的修復(fù)密切