中枢神经nogo蛋白的研究进展

中枢神经nogo蛋白的研究进展

成年人由于神经损伤而无法再生。除了与胶质疤痕的空间阻碍作用和促神经生长因子的缺乏以外,主要是由于中枢神经系统中存在着抑制神经细胞生长的抑制因子。其中,Nogo蛋白作为抑制中枢神经系统再生的最重要的物质,越来越受到人们的重视。1nogo抑制剂—Nogo蛋白及其受体的结构Nogo是在中枢神经系统髓磷脂中发现的一种抑制轴突生长的蛋白,编码Nogo蛋白的基因被称为Nogo基因。由于启动子和RNA剪切方式的不同,Nogo基因能够表达出3种mRNA的转录体,其编码的蛋白质分别为Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C,长度分别为1163、360、199个氨基酸;这3种蛋白质在近羧基端都有相同的188个氨基酸序列,且都有2个长度分别为35和36个氨基酸的疏水跨膜区。Nogo分子的氨基端和羧基端都位于细胞浆,3种Nogo分子的羧基端2个跨膜区之间均存在一个66个氨基酸的结构域Nogo-66,位于内质网腔或细胞膜外,是Nogo分子功能区,可抑制中枢神经细胞轴突生长并能诱导细胞生长锥塌陷。除Nogo-66以外,Nogo蛋白还具有另一具有抑制活性的结构域———amino-Nogo,重组amino-Nogo片段包括从NogoA氨基端到第一个疏水区的氨基酸序列,在体外实验中髓鞘的大部分抑制活性可以被针对这一片段的抗体中和。可溶性重组amino-Nogo和Nogo-66蛋白都具有独立的抑制活性,aminoNogo可以抑制神经元细胞和成纤维细胞的生长,而Nogo-66只能抑制神经元细胞的生长。Nogo基因表达的3种Nogo蛋白中,Nogo-A是Nogo中最主要的形式,存在于髓鞘的内外环和少突胶质细胞表面,是突触再生抑制物,Nogo-B是血管重塑调节物,Nogo-C与细胞凋亡有关。Nogo蛋白发挥作用的受体称为NgR,是最近发现并克隆的一种糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定膜蛋白,它与Nogo-A的细胞外的结构域Nogo-66结合。因NgR在髓磷脂抑制轴突再生信号转导过程中特殊的靶分子效应,日益受到重视。NgR含有473个氨基酸残基,氨基端有1个信号肽,其后为8个富含亮氨酸的重复区,羧基端含丰富的半胱氨酸,与GPI相连,并通过GPI连接于细胞表面。但作为一个糖基醇磷脂结合蛋白,缺乏细胞内片段,所以其信号向细胞内传导必定要借助其它跨膜分子与NgR共同作用,才能将NgR接受到的来自髓磷脂的抑制信号传递到轴突胞质。中枢神经系统髓磷脂中另外2种轴突生长抑制性蛋白———MAG与OMgp均通过NgR及与其相连的受体复合物发挥作用。Nogo-66与MAG结合于NgR的不同位点,而Nogo-66与OMgp在NgR上的结合位点有重叠,故二者存在竞争。因此NgR似乎是中枢神经系统髓磷脂中各种轴突生长抑制性蛋白发挥作用的集中点。NgR在中枢神经系统的多个不同类型的神经元中表达,其作为配基和信号传递与调节的功能域已经基本明确。2nogo-66与nr的相互作用Nogo蛋白与中枢神经再生的关系一直是国内外科学家关注的热点。目前一致认为,Nogo是中枢神经系统髓鞘磷脂中最重要的一种抑制轴突生长锥再生的蛋白质,可导致生长锥塌陷并抑制神经元突起的延伸,亦可被特异性抗体IN-1所识别。实验发现神经元在生长过程中对Nogo基因的表达变化特别敏感,针对Nogo-A的抗体可抵消CNS髓鞘在体外的抑制活性,证实Nogo蛋白具有强烈的中枢神经生长抑制活性。Nogo-66仅能特异性抑制神经纤维的生长,而Nogo氨基片段则作用更为广泛,可阻断神经纤维生长,并能抑制非神经细胞的伸展和迁移。Nogo-66与NgR的特异性结合抑制CNS的再生,Nogo-A通过多位点的相互作用激活NgR启动神经细胞内的信号转导通路抑制轴突再生和结构的重塑性。Nogo-A与NgR可能通过以下3种方式结合:一是完整少突胶质表面的Nogo-66直接与损伤神经元的NgR结合,简称细胞-细胞方式;二是从受损少突胶质脱落下来的含Nogo-66的膜片段与损伤神经元的NgR结合,称为细胞-膜方式;还有一种是完全溶解的少突胶质释放Nogo-A的N端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段,与其受体结合,其抑制作用更强。此外,Nogo-A还可通过下调轴突生长相关基因发挥抑制神经生长的作用,但此抑制作用的胞内信号转导机制目前尚不清楚。另外,Nogo-B和Nogo-C是否存在抑制作用还有争议。3信号转导功能由于NgR没有跨膜区及细胞内结构,其接收的信号需要通过其它跨膜分子传递。近来有证据表明p75即具有这一作用,p75细胞外结构域能与全长NgR结合,MAG-Fc具有增强其结合能力的作用。除了NgR和p75,还需要另一个神经系统特有的跨膜蛋白LINGO-1,才能形成具有完整信号传递功能的NgR复合体(NgR/LINGO-1/p75);此外,肿瘤坏死因子受体(TNFR)家族的另一成员TAJ/TROY也能与NgR结合,形成NgR/LIN-GO-1/TROY复合体,同样具有完整传导髓鞘抑制分子信号的能力。髓鞘相关抑制分子与NgR的N-端结合后,可增强NgR与LINGO-1及p75或TROY的结合能力,最终可形成具有信号转导功能的三聚体复合受体,这一过程可激活多种信号转导分子,其中,对RhoA的激活最受关注。NgR通过与LINGO-1及p75或TROY结合,激活小鸟嘌呤核苷三磷酸酶的Rho家族成员———rho、rac1、cdc42,内源性第二信使在其信号转导过程中发挥重要作用。用神经营养因子提高神经元内cAMP水平,激活PKA,使Rho磷酸化而失活,可以阻断髓磷脂对轴突生长的抑制作用。细胞内游离钙也与生长锥延伸和收缩过程密切相关。Nogo-A导致生长锥溃变之前,细胞内Ca2+浓度明显升高。Ca2+与钙调蛋白结合后,激活蛋白激酶,也可以导致Rho磷酸化而失活,促进生长锥延伸。因此可以认为,中枢神经系统神经元损伤后,溶解的少突胶质细胞释放Nogo-A氨基端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段,与其特异性受体复合物结合,通过第二信使作用于Rho,对生长锥中的微丝进行调节,使生长锥溃变,抑制轴突再生。此外,Nogo-A还对轴突生长相关基因有下调作用。轴突生长抑制信号主要通过Rho-A途径实现,此外还存在其它信号途径,如Enabled途径和LIMK途径及其它间接的、调节性的信号途径。近年研究发现,外周神经损伤导致初级神经元内cAMP的水平升高,激活蛋白激酶A(PKA),使p75磷酸化,从而改变在脂质层中的定位;cAMP的水平升高,还可使Rho-A磷酸化而失活,并能上调精氨酸酶Ⅰ的水平,增加聚胺合成。这些都可以阻断髓磷脂对轴突生长的抑制作用。另有研究发现,Nogo-A作用于神经元后有Ca2+浓度改变,而且用钙通道阻滞剂可以部分地解除Nogo-A抑制轴突生长的作用。目前认为Ca2+可能参与NIG抑制轴突生长的信号通路,因此也被认为是参与Nogo信号的细胞内传导的组成之一。4nogo-“x-射线”抑制剂的作用针对其中枢神经再生抑制的机制,人们试图通过阻止抑制神经再生的不同环节寻找突破,如用基因敲除的方法使Nogo-A基因不表达;制备分泌特异性单克隆抗体IN-1的杂交瘤细胞注入脑内中和Nogo-A的作用;使用Nogo-66的受体NgR的竞争性拮抗剂———NEP1-40;利用p75NTR作为受体复合体中的亚单位,通过阻断p75实现去除Nogo的抑制作用;针对3种髓鞘抑制因子都通过NgR和RHO发挥作用,提出神经再生可能要锁定靶点于NgR和RHO,而不是Nogo-A、MAG、OMGP。有研究发现,针对Nogo-66的氨基酸序列设计的NgR的竞争性拮抗剂NEP1-40,不仅可以阻断Nogo-66与NgR的结合,而且还阻断它们介导的生长锥溃变作用,能明显地促进受损CNS轴突生长及功能恢复。亦有实验证明,NgR或Nogo-A、B基因敲除的小鼠脑梗死后的运动功能恢复良好,脑梗死后1周时脑室内注射阻断Nogo-A功能的NgR片段同样也可促进功能恢复。这说明,通过提高轴突可塑性可促进亚急性卒中的康复,针对Nogo-A的特异性治疗有可能为缺血后的神经再生,功能康复提供新的治疗靶点。在中医药方面,有学者发现三七三醇皂苷和以何首乌为主要药物的首乌仙海片、复健片等均可显著抑制大脑中动脉闭塞模型大鼠脑内Nogo-A的表达,表明某些中药及其