硫酸軟骨素蛋白聚糖與神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕的研究進(jìn)展

硫酸軟骨素蛋白聚糖與神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕的研究進(jìn)展

中國(guó)是一個(gè)多腸傷害頻發(fā)的國(guó)家。隨著交通工具的廣泛應(yīng)用，脊柱損傷的發(fā)病率逐年增加。脊髓損傷患者常遺留嚴(yán)重的殘疾,包括運(yùn)動(dòng)功能喪失,感覺(jué)障礙等。給患者、家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān),目前尚無(wú)有效措施實(shí)現(xiàn)功能的有效恢復(fù)。脊髓損傷后傳導(dǎo)束的纖維不能有效再生是脊髓損傷后修復(fù)與功能重建的難點(diǎn)之一,其主要障礙是在損傷部位周?chē)纬傻纳窠?jīng)膠質(zhì)瘢痕,由星形膠質(zhì)細(xì)胞和硫酸軟骨素蛋白聚糖(chondroitinsulfateproteoglycans,CSPGs)組成,軸突不容易穿過(guò)神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕再生。近年研究發(fā)現(xiàn)硫酸軟骨素酶ABC(chondroitinaseABC,ChABC)能降解CSPGs,使軸突的再生能力加強(qiáng),恢復(fù)脊髓的突觸傳遞能力,為脊髓損傷的治療帶來(lái)了希望。1硫酸軟骨素酶abc硫酸軟骨素(Chondroitinsulfate,ChS)是一種酸性粘多糖類(lèi)生物大分子,其分子量為20～50kD,根據(jù)其結(jié)構(gòu)中糖醛酸種類(lèi)和氨基己糖上硫酸脂位置的差異,可分為多種類(lèi)型,常見(jiàn)的有3種構(gòu)型:ChS-A、ChS-B和ChS-C。ChABC是一種細(xì)菌胞外裂解酶,可將硫酸軟骨素、軟骨素、透明質(zhì)酸等糖胺聚糖降解為不飽和二糖及寡糖。硫酸軟骨素酶ABC具有降解ChS-A、ChS-B和ChS-C及透明質(zhì)酸等功能,能特異性破壞大部分CSPGs的葡胺聚糖鏈(glycosaminoglycans,GAG)。研究發(fā)現(xiàn)多種微生物可產(chǎn)生ChABC,其藥用價(jià)值具有重要的研究意義。目前主要從微生物中提取硫酸軟骨素酶來(lái)獲得高純度的酶制劑。普通變形桿菌,肝素黃桿菌,奇異變形桿菌等需氧細(xì)菌一直是硫酸軟骨素酶的主要來(lái)源。此外,多型擬桿菌,糞便擬桿菌等厭氧細(xì)菌中也能獲得硫酸軟骨素酶。2cha4c對(duì)脊柱損傷的治療2.1神經(jīng)膠囊作用脊髓損傷的修復(fù)包括神經(jīng)元及軸突的再生、神經(jīng)元的整合和突觸的建立。長(zhǎng)傳導(dǎo)束和軸索的斷裂是脊髓損傷的最基本問(wèn)題。如果受傷部位的軸索在斷裂后可重新長(zhǎng)過(guò)損傷區(qū)并與遠(yuǎn)端相應(yīng)效應(yīng)器建立連接,便能使癱瘓肢體恢復(fù)感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)支配。中樞神經(jīng)的再生失敗與幾個(gè)因素有關(guān):中樞的膠質(zhì)細(xì)胞(星形細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞)并不能如周?chē)窠?jīng)的雪旺氏細(xì)胞一樣提供適當(dāng)?shù)奈锢硪龑?dǎo)和化學(xué)因子以支持軸索的成功生長(zhǎng);中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)還含有與少突神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和中樞髓鞘質(zhì)有關(guān)的生長(zhǎng)抑制分子;此外,反應(yīng)性星形細(xì)胞、小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和侵襲性巨噬細(xì)胞均可在損傷區(qū)形成膠質(zhì)瘢痕,這種致密的瘢痕既會(huì)對(duì)軸索的生長(zhǎng)起物理性阻擋作用,并亦可能含有生長(zhǎng)抑制分子。因此,調(diào)節(jié)膠質(zhì)增生,抑制瘢痕形成有助于軸突的再生修復(fù)。研究認(rèn)為多種細(xì)胞外基質(zhì)抑制物家族分子與活性星形細(xì)胞一起形成高密度疤痕共同組成屏障阻礙軸突再生。Schwab等人發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)環(huán)境不支持甚至是阻礙中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)軸突生長(zhǎng),盡管在體外星型細(xì)胞能促進(jìn)軸突生長(zhǎng),但在體內(nèi)損傷區(qū)星型細(xì)胞看起來(lái)和少突膠質(zhì)細(xì)胞一樣阻礙軸突生長(zhǎng)。在CNS中膠質(zhì)瘢痕主要由星型膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白組成,這些神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)非常緊密是軸突生長(zhǎng)的物理屏障。其中多種CSPGs是最有可能的形成疤痕而阻礙軸突生長(zhǎng)的細(xì)胞外基質(zhì)分子。2.2文化型cspgs的結(jié)構(gòu)硫酸軟骨素蛋白聚糖(CSPGs)是一類(lèi)主要來(lái)源于損傷CNS膠質(zhì)瘢痕形成過(guò)程中的蛋白聚糖。膠質(zhì)瘢痕中除小膠質(zhì)細(xì)胞以外的細(xì)胞成分均可產(chǎn)生CSPGs。CSPGs的基本結(jié)構(gòu)是核心蛋白通過(guò)N端和O端與不同種類(lèi)和數(shù)量的寡糖或多糖構(gòu)成的葡胺聚糖鏈(GAG)進(jìn)行共價(jià)交連,蛋白聚糖分子結(jié)構(gòu)因GAG鏈的種類(lèi)、數(shù)量、長(zhǎng)度及硫酸化的部位和程度等的差異而呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性等特征。GAG主要由包含N-乙?；图禾侨┧峄虬肴樘堑木€(xiàn)性重復(fù)二糖單位構(gòu)成,在不同的部位帶有硫酸基團(tuán)。目前已知的有7種主要的GAG:透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素4、硫酸軟骨素6、硫酸皮膚素、硫酸類(lèi)肝素、肝素和硫酸角質(zhì)素。CSPGs抑制軸突生長(zhǎng)的作用大部分是通過(guò)GAG糖鏈介導(dǎo)的,另外一些則靠GAG鏈和核心蛋白共同完成。GAG在不同的部位帶有硫酸基團(tuán),其合成是由木糖-賴(lài)氨酸作為起始底物,將與木糖-賴(lài)氨酸具競(jìng)爭(zhēng)作用的β-D-木糖甙加入神經(jīng)組織或細(xì)胞的培養(yǎng)液中,可以減少蛋白聚糖多聚體的產(chǎn)生。硫酸化模式也影響著CSPGs的特性與功能。CSPGs的抑制作用是由一特定的硫酸化模式進(jìn)行的,硫化酶的抑制劑氯酸鈉能減少GAG鏈中硫酸鹽的加入,從而降低CSPGs的抑制作用。2.3chac對(duì)cspgs的降解作用McKeon等人發(fā)現(xiàn)ChABC在體外能夠降解CSGPs。以ChABC處理成年大鼠脊髓組織薄片,再將雞胚背根節(jié)神經(jīng)元置于其上培養(yǎng),可見(jiàn)神經(jīng)元突起的生長(zhǎng)顯著增強(qiáng)。提示ChABC能減輕CSPGs對(duì)軸突再生的抑制作用,使軸突的再生能力加強(qiáng),恢復(fù)脊髓的突觸傳遞能力。學(xué)者認(rèn)為ChABC降解CSPGs是特異性破壞CSPGs的GAG鏈,將CSPGs分解成核心蛋白和碳水化合物短鏈。而CSPGs的抑制作用依賴(lài)于GAG鏈,去除其GAG鏈可有利于軸突通過(guò)膠質(zhì)瘢痕。在成年大鼠脊髓損傷受損后,鞘內(nèi)注射軟骨素酶可使軸突再生且突觸信號(hào)傳遞功能明顯增強(qiáng),使再生的上下行傳導(dǎo)通路更容易穿過(guò)損傷面,以達(dá)到神經(jīng)功能修復(fù)的作用。3硫酸軟骨素酶abc治療股骨髓傷術(shù)后csgps的臨床研究2003年Yick在大鼠脊髓半切部位植入自體坐骨神經(jīng)后覆蓋吸附ChABC的明膠海綿,可促進(jìn)Clarke背核神經(jīng)元受損軸突在坐骨神經(jīng)移植物中的再生。硫酸軟骨素酶可以提高再生軸突的進(jìn)出能力,周?chē)窠?jīng)移植入中樞神經(jīng)損傷面,可以為Schwann細(xì)胞搭橋,在損傷處建立旁路途徑,去除CSGPs可以減少神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕的抑制性環(huán)境,促進(jìn)功能恢復(fù)。Robert等人發(fā)現(xiàn)基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrixmetalloproteinases,MMPs)能夠促進(jìn)脊髓損傷后的功能恢復(fù),缺乏MMP-2導(dǎo)致硫酸軟骨素蛋白聚糖免疫活性增加和膠質(zhì)疤痕擴(kuò)大。Leonard等人通過(guò)損傷處注入基因修飾過(guò)的成纖維細(xì)胞來(lái)分泌神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF),觀(guān)察發(fā)現(xiàn)NGF的增多及蛋白聚糖的相對(duì)減少有利于軸突再生及脊髓修復(fù),認(rèn)為脊髓損傷后CSGPs沉積區(qū)軸突再生的關(guān)鍵是允許作用超過(guò)抑制作用。Haoqian等人研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)CSPGs是阻礙軸突再生的主要抑制物,硫酸角質(zhì)素蛋白聚糖也能阻礙軸突再生。并且證實(shí)了通過(guò)硫轉(zhuǎn)移酶能促進(jìn)CNS損傷后功能修復(fù)及減少膠質(zhì)瘢痕形成。最近耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的William等人利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)通過(guò)星型膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)ChABC,證實(shí)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后CSPGs確實(shí)能阻礙軸突生長(zhǎng),并且ChABC能夠通過(guò)降解CSPGs來(lái)促進(jìn)CNS損傷后軸突生長(zhǎng)及功能修復(fù)。Iaci等人認(rèn)為ChABC對(duì)軸突的促生長(zhǎng)作用并不是減少CSPGs含量,而是破壞GAG鏈。硫酸軟骨素酶ABC治療時(shí)間窗的研究表明急性期和慢性期注射硫酸軟骨素酶ABC脊髓損傷的大鼠肌力恢復(fù)、軸突生長(zhǎng)無(wú)明顯差異,而技巧動(dòng)作急性期治療組恢復(fù)較快。Tom等人利用微量泵持續(xù)鞘內(nèi)注射ChABC治療大鼠脊髓損傷取得良好結(jié)果。利用行為學(xué)評(píng)分評(píng)價(jià)ChABC的治療效果也證明ChABC能促進(jìn)脊髓損傷大鼠運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。4chac聯(lián)合干細(xì)胞移植ChABC治療脊髓損傷目前的給藥途徑多傾向于長(zhǎng)時(shí)間脊髓灌注或鞘內(nèi)注射硫酸軟骨素酶,這種給藥方式可以產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用,如穿刺部位感染,損傷臨近部位神經(jīng)根等等,加重脊髓損傷,且通過(guò)這種方式定位不是很準(zhǔn)確,影響藥用價(jià)值,再生軸突很難達(dá)到預(yù)期的功能部位。因此探討高效、安全的給藥途徑是將ChABC應(yīng)用于臨床所必需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。近年來(lái)的研究表明成年動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后再生困難的主要原因是損