【WORD格式论文原稿】中枢神经轴突再生的细胞内信号转导机制

1、豆丁标准与论文网免费阅读：中枢神经轴突再生的细胞内信号转导机制研究进展武丽1，张丽萍2，张曼3，夏猛1（1. 广西中医学院基础医学院，南宁 530001；2. 天津中医药大学文理部，天津 300193；3. 天津中医药大学研究生处，天津 300193） 摘要：轴突不能有效再生是中枢神经系统损伤后功能缺损的主要原因，影响中枢神经轴突再 生的原因比较复杂，细胞内级联信号转导通路的调控作用可能是其核心机制。近年来研究发 现，Rho/ROCK 和 cAMP-PKA 级联信号转导通路在调控轴突再生具有重要作用，现就轴突再生 过程中 Rho/ROCK 和 cAMP-PKA 级联信号转导、调控机制进行阐述，

2、为探讨中枢神经系统急性损伤及神经退行性疾病的治疗策略提供新的思路。关键词：轴突再生；信号转导；Rho/ROCK；cAMP-PKAThe Summary about CNS axon regeneration mechanism of intracellular signal transductionWu Li1, Zhang Liping2, Zhang Man3, Xia Meng1(1. GuangXi Traditonal Chinese Medical University, NanNing 530001;2. TianJin Univercity of Tranditonal Chi

3、nese Medicine ,TianJin 300193;3. TianJin University of Traditonal Chinese Medicine, TianJin 300193)Abstract: It was the main reason that Axon couldn't effectively regenerate after the injury of central nervous system ,but the factors influencing central nervous system axonal regeneration was ver

4、y complex, the regulating function of intracellular signal transduction might be the core mechanism. Recent studies indicated that Rho / ROCK and the cAMP-PKA signal transduction pathway was veryimportant in regulating the axon regeneration，so the paper expounded the function of Rho / ROCK andthe cA

5、MP-PKA signal transduction in the process of axonal regeneration in order to provide the new treatment clue for the disease of central nervous system injury and neurodegenerative diseases. Keywords:the axon regeneration; signal transduction; Rho / ROCK; cAMP-PKA轴突再生是指特定条件下轴突的出芽、生长、延伸，与靶细胞重建轴突联系实现神经再

6、 支配而恢复功能的过程。与周围神经不同，成年哺乳动物中枢神经系统(central nervous system，CNS)损伤后轴突常常不能有效再生，影响中枢神经轴突有效再生的原因比较复杂， 除了神经元内在的生长能力差、胶质斑痕的形成、缺乏生长促进分子外，神经再生抑制性因 子启动不同的细胞内级联信号转导通路影响轴突再生是一个重要原因，可能是影响轴突再生 的核心机制。近年来，影响轴突再生的细胞内信号转导通路研究受到国内外医学界的普遍关注，但由 于影响轴突再生的因素较多，胞内信号转导机制错综复杂，尚未完全阐明，本文仅就近年来 研究较为完善的 Rho/ROCK 和 cAMP-PKA 级联信号转导通路综

7、述如下。1 抑制轴突再生的 Rho/ROCK 级联信号转导通路轴突生长的延伸过程需要肌动蛋白骨架和微管系统的协同，在细胞骨架组装、运动和维 持微管系统稳定中具有重要调节作用的 Rho/ROCK 信号通路在轴突再生中的作用逐渐为人 们所关注。Rho/ROCK 信号通路能被多种类型活化的膜受体激活，完整的 Rho 信号通路包基金项目：国家自然科学基金（编号 30973732）作者简介：武丽，(1973- ) ，女，副教授。研究方向：中医脑病的临床防治研究通信联系人：夏猛，（1979-），男，讲师。主要研究方向：抑郁症的中医药防治研究. E-mail: 77053615- 5 -括上游的活化受体、R

8、ho、下游的 Rock 及其作用底物，最终活化下游分子 MLC 、LINK 和CRMP。1.1 Rho/ROCK 级联信号转导机制髓磷脂相关糖蛋白(Myelin Associated Glycoprotein，MAG)、神经生长抑制因子 Nogo-A 和少突胶质细胞髓鞘糖蛋白(Oligodendrocyte Myelin glycoprotein ，OMgp)可通过 NgR 受体 复合体将信号传入细胞内，促进 NgR，LINGO-1 及 p75 或 TROY 形成 NgR/LINGO-1/p75 或 TROY 受体复合体，激活下游信号分子 RhoA，从而导致 RhoA 和 ROCK 的活化，R

9、ho-ROCK 活化是轴突再生抑制中重要的分子事件。活化的 ROCK 通过肌球蛋白轻链(MLC)的磷酸激 酶失活的方式，间接使磷酸化的 MLC 水平上调，磷酸化的 MLC 可刺激肌球蛋白与肌动蛋 白的结合，致使肌球蛋白收缩，引起生长锥萎缩和轴突退缩，最终导致细胞骨架动力学的改 变。当 LIMK 被 ROCK 磷酸化后，可使肌动蛋白的解聚因子 cofilin 失活，继而抑制突起的 外生。当脑衰蛋白反应调节蛋白-2(CRMP-2)被 ROCK 磷酸化后，其促进轴突延长功能失活， 从而引起轴突外生的抑制效应1。（见图一）。图一：Rho/ROCK 级联信号转导机制示意图引自阚伯红,于建春，刘存志等著R

10、ho 信号通路抑制中枢神经轴突再生的研究进展1.2 Rho/ROCK 级联信号转导通路研究目前多项研究证实，MAG、Nogo-A 以及 Omgp 均可通过其共同膜受体复合体激活细胞 内 Rho 级联信号转导通路系统，引起肌动蛋白骨架的重组和轴突生长锥的塌陷，从而阻断 轴突再生过程。Monnier 等2发现一种小分子物质 Y-27632 不仅可以抑制 ROCK 活性，还 可以阻断硫酸软骨素蛋白多糖的作用。Y-27632 作为 ROCK 的主要抑制剂，对各种原因导 致的神经损伤均具有保护作用，可增加神经元细胞的存活和神经突起的延长3-5。同时，Lingor 等发现 Y-27632 与 CNTF(另

11、一种 ROCK 抑制剂)联合使用更有利于神经突起的生长和再生， 并有望用于临床治疗各种神经损伤及退行性病变6。羟化法舒地尔作为 ROCK 抑制剂可为 通过减少缺血脑区的血管痉挛提供神经保护作用 7。ROCK 抑制蛋白 p21cip1/WAF1 通过 鞘内注射可增加脊柱半切皮质脊髓束纤维的再生、出芽和功能恢复8。另有研究发现，抑制Rho 激酶活性能够降低体外培养的神经元肌动蛋白网络的稳定性，增加轴突生长锥的体积和提高其运动性，启动轴突延伸过程9。以上研究表明，细胞内 Rho/ROCK 通路在介导抑制性 信号阻断轴突再生的抑制过程中发挥着重要作用。2 促进中枢神经突触再生的 cAMP/PKA 级联

12、信号转导通路神经轴突损伤后，远端发生变性坏死，最初的邻近轴突缩回，新的轴突侧支出现，寻找 适当的靶细胞以形成新的神经元控制，这个过程包括 cAMP-PKA 信号通路诱导基因表达的 改变和蛋白质合成10。2.1 cAMP-PKA 级联信号转导机制cAMP 信号系统是目前研究最完善的受体后信号转导系统，配体(如激素、神经递质、 调质和生长因子等)与细胞膜上的特异受体结合后，通过与受体偶联的 G 蛋白激活腺苷酸环 化酶(adenylate cyclase，AC)，催化 ATP 水解生成起第二信使作用的 cAMP， cAMP 进一步 激活蛋白激酶 A(protein kinase A， PKA)，PK

13、A 将多种靶蛋白(如离子通道、细胞骨架蛋白、 转录因子以及酶等)磷酸化并调节其活性。其中一个磷酸化的重要转录因子就是 CREB，能 够调节多种基因的转录，参与神经元的兴奋、发育、凋亡以及突触可塑性等多个神经过程， 在改善神经元内在生长状态、抑制或中和环境中的抑制因子、轴突生长锥寻路和致靶过程中 轴突投射的准确性等多方面影响轴突生长。2.2 cAMP-PKA 级联信号转导通路研究2.2.1 抑制 Rho/ROCK 级联信号通路促进 CNS 轴突再生Neumann 等11发现在脊髓背柱显微注射可透过细胞膜的 cAMP 类似物能改善背根神经 节(dorsalroot ganglion，DRG)的中枢

14、感觉支损伤后的再生能力，将感觉神经元暴露在高水平 cAMP 的活体内，接着在体外培养，可以提高轴突的发育及克服 CNS 髓鞘的抑制作用。 Domeniconi 等12发现增加外源性人工合成 cAMP 可以克服髓鞘相关抑制因子(MAG、Nogo-A 和 OMgp)对成年神经元的抑制作用，提示不管是体外还是体内增加 cAMP 均能促进 CNS 轴 突再生。2.2.2 联合神经营养因子(neurotrophic factor， NTF)促进 CNS 轴突再生神经生长因子(nerve growth factor ， NGF) 、脑源 性神经营养因子( brain-derived neurotrophi

15、c factor， BDNF)、胶质细胞源性神经营养因子( glial cell derived neurotrophic factor， GDNF)等多种 NTF，可能通过 cAMP-PKA 级联信号转导通路发挥促进轴突再生作 用。Cai 等13发现 BDNF 和 GDNF，可以增加 cAMP 的含量，激活 PKA，轴突在接触 MAG 之前暴露于 BDNF 和 GDNF 使 cAMP 水平的升高，可以阻碍 MAG 的抑制作用；而加入 PKA 抑制剂后，BDNF 和 GDNF 对轴突再生的促进作用消失。Radwa 等14发现 BDNF、GDNF 或 NTF-3 的梯度可吸引体外培养的神经元的生

16、长锥，当分别抑制 cAMP 和 PKA 时，这种吸 引转变为排斥，证明相关神经营养因子对生长锥的吸引作用是经 cAMP-PKA 信号通路介导 的，这些形态学改变(生长锥出芽)与细胞分子水平机制细胞骨架结构的改变是一致的。这些 研究提示 cAMP 与适当的神经营养因子联合对促进轴突再生有协同作用。2.2.3 参与生长锥导向调节促进 CNS 轴突再生 生长锥对轴突的生长和路径寻找至关重要，胞质内 cAMP 的水平或 PKA 的活性决定着生长锥对导向因子的反应-吸引或排斥。Chierzi 等15证实增加 cAMP 能促进成年人 DRG 和 RGC 轴突生长锥的出芽和再生。Nishiyama16报道

17、cAMP /cGMP 比例增高，激活神经生长因 子 1(Netrin1)作为导向因子对轴突产生吸引作用；比例降低则产生排斥作用。Mirella 等17 报道轴突生长锥在与非生理性突触后配体接触后，抑制神经递质从 Helix 轴突末端 5-羟色胺 能神经元的释放，产生抑制 cAMP-PKA 和促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase， MAPK)细胞外信号调节激酶( extracellularsignal-related kinase，Erk)的作用，生长锥就不易与非生理突触后配体结合形成新的轴突联系。3 中枢神经突触再生的细胞内级联信号调节机制轴突

18、再生的第一步是形成新的生长锥,生长锥表面存在各种导向因子的受体,它们特异地 识别环境中各种导向因子,并向细胞内传递吸引或是排斥的信号,调节其肌动蛋白的聚合和逆 流,引起细胞骨架向不同方向延伸,导致轴突的延伸、转向或缩回18-20。MAG 、No-go-A 和 OMgp 等抑制因子激活共同的 RhoA 信号途径， RhoA 通过影响肌动蛋白诱导生长锥回缩及 塌陷，抑制轴突再生21-24。NGF、BD NF、GDNF 等作用于 cAMP-PKA 信号转导通路，提 高 cAMP 水平，可激活蛋白激酶 A(PKA)，活化的 PKA 有灭活 Rho 的效应25，从而起到促 进生长锥延伸的作用。在细胞内不

19、管是 NgR/p75NTR 复合体传导的外源性髓鞘抑制信号，还是 cAMP 介导的 神经元内源性再生信号，都要经过 Rho 的调节，Rho 被认为是抑制与促进中枢神经再生细 胞内信号转导通路交汇点，中枢神经轴突再生的调节开关。4 存在问题及前景近年来，虽然关于中枢神经轴突再生级联信号转导机制的研究颇多，也取得了一些突破 性的进展，但由于影响轴突再生的细胞内信号转导机制错综复杂，仍有许多未阐明之处。例 如：Nogo 是网质素家族成员之一，即 Rtn-4，可是 Rtn 家族中只有 Nogo 具有轴突生长抑 制作用，通过对它们结构的比较与分析，将有助于进一步明确 Nogo 的拓扑结构与功能区域 26

20、。在具有 LRR 区域的蛋白中，有两种与 NgR 相关，被命名为 NgR2 和 NgR3。它们的8 个 LRR 区有 50%的相似，且都是 GPI 锚定蛋白，于成年鼠脑组织都有表达。但是 NgR2、 NgR3 与 NgR 的配基却几乎没有亲和力，比较它们与 NgR 序列的差异，可能有助于发现 NgR 与配基结合的位点26。Rho/ROCK 级联信号转导通路、cAMP-PKA 级联信号转导通路与 其它信号通路之间的交联和调控以及下游靶分子的作用机制仍需进一步阐明。如何调节 cAMP-PKA 信号途径，克服髓鞘相关抑制因子抑制作用，尚需进一步探讨。随着医学技术的飞速发展，将进一步阐明细胞内级联信号

21、转导机制影响轴突投射、导向 和神经再生等生物学过程，为中枢神经轴突再生和相关神经系统疾病的发生机制提供新的线 索，同时也为临床治疗神经损伤及其他神经系统疾病提供新的治疗靶点。参考文献1 Mimura F, Yamagishi S, Arimura N, et al. Myelin-associated glycoprotein inhibits microtubule assembly by a Rho-kinase-dependent mechanismJ.J BiolChem, 2006,281(23): 1597015979.2Monnier PP. Sierra A, Schwah,

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