视神经再生与OMgp

视神经再生与OMgp 中国实用眼科杂志2006年9月第24卷第9期 ChinJPractOphthalmol,September2006,Vol24,No.9 视神经再生与OMgp 中士鹏吴雅臻吴荒 作为中枢神经,视神经与脊髓不同,它是由视 神经节细胞的轴索和视神经胶质组成,没有神经元 胞体等成分,也就是说由白质构成.Crutcher用成 熟大鼠中枢组织切片作底物,体外培养鸡胚腰交感神 经节,观察到自质比灰质更不利于轴突生长[1].所 以,损伤后的视神经比其他中枢神经的再生更加困 难.FischerD.等[2]认为成熟中枢神经系统损伤轴突 缺乏再生能力主要是由于神经胶质瘢痕和髓磷脂抑 制蛋白.后者包括Nogo—A,OMgp,和MAG,它 们均或部分通过NgR起作用.1987年,Vidal等[]切 断成年大鼠视神经后,将一段坐骨神经缝接于两个 断端之间,观察到了视神经轴突通过坐骨神经移植 段,延伸到上丘.而同样切断坐骨神经,用一段视神 经缝接,就没有观察到类似再生的现象.Nogo—A和 MAG广泛的存在于中枢神经系统和周围神经系统 中,而少突胶质细胞髓鞘糖蛋白(OMgp)只存在中枢 神经胶质细胞面.近年来证实OMgp有很强的抑 制轴突再生的作用[4].这些情况说明(1)视神经有微 弱的再生能力.(2)中枢神经微环境中存在Nogo—A, OMgp,和MAG是中枢神经再生困难的主要因素, 其中OMgp是中枢神经系统特有的.(3)由自质构成 的视神经为研究Nogo—A,OMgp,和MAG提供了 独特的环境.如果视神经再生成功,那么其他中枢 神经的再生就不再是问题了. 作为中枢神经生长抑制因子,对Nogo研究较 多,而对OMgp鲜有研究.而且,NgR似乎是CNS 中诸多抑制分子发挥作用的集中点[5],所以阻断NgR 又会带来很多问题,难以实际应用.因此,我们针对 OMgp和视神经再生之间的相互关系加以研究. Vourc'hE等发现,OMgp在少突细胞和神经元 表面表达,与脂鞘的形成和保护关系重大,是髓鞘 形成晚期的标记.他们在研究OMgpmRNA的表 达时,通过确定大鼠的OMgp序列而且将其与人类 作者单位:130041长春,吉林大学第二医院眼科 通讯作者:吴雅臻 ? 专题笔谈? 和小鼠的OMgp相比较,发现有几个片断在三个物 种中均存在.他们用定性和半定量RT-PCR方法研 究出生后大鼠大脑中OMgp的表达,发现在髓鞘形 成的后期,OMgp有一个表达的高峰.体外培养条 件下OMgp对多种神经细胞均有生长抑制作用,如 大鼠海马神经元,小脑颗粒细胞,视神经节细胞以 及NG108和PC12细胞系等.将OMgp和背根神经 节共培养可观察到明显的生长锥崩解现象f7】. 1.OMgp的结构及功能 少突细胞髓磷脂糖蛋白(OMgp)是神经元和中枢 神经系统少突细胞表达的,是一种糖基磷脂酰肌醇 连接蛋白(glycosylphosphatidy卜inositol—linked protein),锚定于少突细胞和神经元的胞膜上.虽 然,在体内OMgp的功能仍然不十分清楚,但是在 体外研究中发现,该蛋白对发育中的和成年的中枢 神经系统都有作用.体外实验OMgp的参与可 引起神经生长锥塌陷,而且可以通过与NgR(Nogo 受体)相互作用抑制神经突的生长.这个功能需要 它的亮氨酸重复序列(LRR),在哺乳动物进化期间 该序列高度保守,细胞增殖的抑制作用也暗示 OMgp的亮氨酸重复序列的存在.而细胞增殖,神 经轴突生长和髓鞘形成是大脑发育和神经外伤后再 生的关键步骤[8]. OMgP基因是NF1基因内含子上的三个镶嵌基 因之一,编码OMgp的基因即镶嵌在NF1的内含子 27b内,OMgP基因的整个编码区都位于第二号外 显子上,没有内含子分隔[9].1990年,研究人员用编 码OMgp的cDNA克隆筛选人基因组DNA文库,得 到了人OMgp基因.通过基因组克隆与分裂中期细 胞杂交,将人的OMgp基因定位于l7号染色体的 q1l,12处[10]. 人和小鼠的OMgp由440个氨基酸组成,序列 显示其基本结构分为四部分:氨基端有一个半胱 氨酸富含基序(cysteine—richmotif,CR),紧接着 是7个亮氨酸富含重复序列(1eucine—richrepeat, LRR),随后是1个丝/苏氨酸富含重复序列(serine/ 中国实用眼科杂志2006年9月第24卷第9期 ChinJPractOphthalmol,September2006,Vol24,No.9 threoninerepeat,S/TR),其羧基端含一疏水片 段.目前己知,在NgR和OMgp的结合过程中,NgR 的LRR及其羧基端结构域都是必需的fJ.免疫组化 发现,OMgp表达在CNS髓鞘,培养的少突胶质细 胞表面以及外周神经的节旁区.进一步的研究结果 显示过表达OMgp的NIH3T3细胞生长速度明显减 缓,细胞周期分析发现细胞在G1期受阻,OMgp可阻 碍有丝分裂信号途径而发挥生长抑制作用【l2】. 樊拥军等fJ】证明OMgpLRR在CNS损伤后神 经生长抑制过程中起着重要的作用,OMgpLRR结 构域是其神经生长抑制功能的主要功能区. Vourc.hP等fJ】了一个OMgp行使抑制功能必 需结构域,在14个物种中OMgp蛋白序列中的亮氨 酸重复序列(LRR)是高度保守的,LRR结构域的 缺失导致其功能的完全丧失.他们利用Yersinia鼠 疫YopM毒素为模版,模仿了一个OMgp的LRR结 构域三维结构,可以模拟OMgp的功能.利用突变 缺失的方法,他们论证了LRR是OMgp执行其抑制 功能所需的结构.OMgp是一个受体联合体的一部 分,也可能是膜连接受体或是可溶性配体,参与生 长抑制信号的传递作用. OMgp通过糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosp— hatidy卜inositol,GPI)和它的亮氨酸重复序列 (LRR)单独的锚定在胞膜的外层.为了把它与其他 髓磷脂蛋白做了比较,BoyanapalliMI,用超速离心 法研究了它的溶解度和膜结构.他们认为OMgp是 一 个脂阀(1ipidrafts)成分,它连接于凹陷蛋白一 1(caveolin-1)和凹陷蛋白一1富含区的膜上.他 们认为,依靠它的脂质阀密集区以及可能通过凹陷 蛋白一1的相互作用,OMgp可能影响信号通路. 2.OMgp受体 WangKC【l6等发现OMgp是一个潜在的神经 轴突生长因子.为进一步阐述OMgp如何介导该抑 制作用,他们筛选了一个表达库,而且证明NgR是 其受体.去除细胞表面的NgR和其他GPI连接蛋白 后致使脊髓背根轴突对OMgp反应迟钝,这说明 OMgp是NgR的一个功能性配体. 现在已知NgR是Nogo,OMgp和MAG的共 同受体,人和大鼠的NgR由473个氨基酸组成,含 有一个420个氨基酸残基构成的氨基端信号序列和 8个LRR单元,C末端的GPI锚定位点.因为NgR 只是位于细胞表面,所以NgR势必要通过一系列的 跨膜分子发挥作用. Rho(Rho鸟嘌呤裂解抑制子)是d~GTPaseRho 家族的成员(RHOGTPase是细胞内一组关键性的 信息传递体),在某些信号转换通路中起到了分子开 关的作用.Rho能引起神经生长锥的塌陷,而且通 过调节肌动蛋白抑制轴突的生长.近来研究发现 Nogo-A,MAG和OMgp通过激活Rho介导的信 号转换通路抑制轴突再生fJ.也就是通过依赖PKC 的~bGTPaseRho的活化发挥作用.DomeniconiM 发现结合在小脑神经元的MAG以依赖PKC的方式 导致p75的alpha和gamma分泌蛋白水解酶劈裂, 而且这种劈裂在Rho的活化和神经轴突生长的抑制 作用是必须的fJ.通常,Rho-GDI与Rho-GDP结 合并隐藏在细胞质中,处于静止状态.髓磷脂相关 抑制因子能促进P75与Rho—GDI的结合,使Rho- GDP释放,在GEF(鸟苷酸交换因子)的作用下,形 成Rho-GTP而激活fJ.Bandtlow~.叫等认为Nogo- 66,OMgP,和MAG通过活化GTPaseRhoA抑制 神经细胞抑制作用,这些作用与Lingo-卜NgR— p75NTR复合体有关. 2004年,Lee等f2J】报道了另一种NgR的协同受 体LINGO-1.他们发现NgR—P75复合体只有与 LINGO一1共同表达,才能传导OMgp的抑制信号, 激活胞内的RhoA.在原代神经细胞培养中,如没 有LINGO-1,将明显削弱髓鞘成分的抑制作用.因 此LINGO-1被认为是NgR—P75受体复合物的一个 功能组. 前述的信号途径,抑制信号主要由Lingo- 卜NgR—p75NTR复合体介导,传递给Rho-A,引 起一系列的反应,最终导致生长锥的溃变. 3.其他途经和因子 除该途径以外,还存在其它信号途径,如En- abled途径和LIMK途径[22】,而另外的一些因子也 有抑制损伤的成熟中枢神经再生的作用.损伤中枢 神经系统的轴突再生被损伤区域的NG2-glia和活 性星形胶质细胞所表达的轴突生长抑制因子配体和 瘢痕组织的纤维原细胞所抑制.生长锥受体(Rc)结 合于抑制配体,激活Rho-familyGTPase细胞内 通路(引起肌动蛋白的破坏)导致生长锥塌陷.已 知的抑制配体包括硫酸软骨素糖蛋白(CSPG) Neurocan,Brevican,Phosphacan,Tenascin,和 NG2,它们既是胞膜结合分子又是分泌分子;在星 形胶质细胞/纤维原细胞膜上表达原的Ephrins;侵 入瘢痕的脑膜纤维原细胞产生的membrane—bound semaphorins(Sema),所有的抑制配体可能通过G蛋 白的Rho家族起作用【231.SchweigreiterR1等认为 中国实用眼科杂志2006年9月第24卷第9期 ChinJPractOphthalmol,September2006,Vol24,No.9 硫酸软骨素糖蛋白(CSPG)VersicanV2也与Nogo- A,MAG和OMgp一样是CNS髓磷脂抑制成分. MAG,OMgp和Nogo一66通过结合NgR和神经营 养因子受体p75(NTR)复合体行使抑制作用,虽然 这些结果提示p75(NTR)/NgR受体复合体有趋化髓 磷脂源性神经生长抑制因子的作用,但他们发现 NgR/p75(NTR)不是介导两个髓磷脂成分NiG和 VersicanV2所必需的,这与Nogo-66不同.源自 无效的突变p75(NTR)初级神经元仍然对NiG和 VersicanV2敏感.同时,缺乏p75(NTR)神经元的 轴突生长仍然被CNS髓磷脂明显抑制.进而,NiG 和VersicanV2可以对p75(NTR)一/一神经元的 RhoA和Racl进行调制.最后,他们证明NiG和 VersicanV2都不能与p75(NTR)/NgR受体复合体 发生反应,而且提供了NiG和Nogo-66结合位点 与其他神经组织截然不同的依据.这些结果说明不 仅有独立于p75(NTR)/NgR受体复合体的髓磷脂神 经元受体存在,还有建立了不同于髓磷脂诱导再生 抑制通路的信号集聚区公共位点,RhoGTPases. 4.视神经再生 在发育期间中枢神经系统所生成的神经元数量 要远多于成年,这些神经元在未到达靶点前就凋亡 了【21.发育期视网膜神经节细胞(RGCs)的凋亡主 要发生在两个阶段一是神经形成和神经元移行期, 二是发生在靶点神经分布期.大约90%的视网膜神 经节细胞在一期死亡.而后,剩余的大约50%视网 膜神经节细胞在到达他们的靶点期间死亡【261.这是 否说明中枢神经系统中存在某些特殊物质,还未得 到证明. 大量研究表明在某些信号因子(如BDNF)存 在的情况下,发育期和成熟期的RGCs都有再生能 力,但是发育期的生长速度更快1.周围神经移植可 以使神经元再生能力增强,这说明周围环境的改变 可以促进轴突再生.而其周围环境中所存在的因子 主要有:各种神经营养因子,Netrins,semaphorins, Slits,ephrins以及Nogo,MAG,OMgp,其中OMgp 仅存于中枢神经系统中.是否OMgp对RGCs的再 生有重要作用不得而知. 对于另外两个因子Nogo和MAG的研究较多, 尤其是Nogo.在利用Nogo抗体的体内实验中,可 以观察的轴突再生的现象【21,但是,这种现象却未 在Nogo基因敲出小鼠上观察到【21.也有人发现 Nogo基因敲出小鼠(9周内的幼鼠)的轴突损伤后 有再生现象【3.1.另外,Nogo基因敲出鼠未出现任何 表型缺失,这说明Nogo基因不是生长发育所必需 的基因.因此,Nogo基因在成年中枢神经系统中的 作用令人费解. 视神经再生是世界性的难题,关于这方面的研 究很多,但是无论是视神经营养因子还是轴突生长 抑制因子等研究都还有很多机理有待与探索.有一 点值得注意的是,视神经与其他中枢神经的再生一 样,都要处于一个完整的体内环境中,因此,在实 验时要把各种因素都考虑.对于任何一个相关因子 的深人研究都会为解决视神经再生问题提供强大的 理论支持,而研究仅存于中枢神经系统的OMgp必 然会为视神经再生理论的完善有深远意义. 参考文献 lCaroniPSchwabME.Twomembraneproteinfractionsfromrat centralmyelinwithinhibitorypropertiesfornitritegrowthandfi— broblastspreading[J】.JCellBoil,1988,106(4):l28l—l288 2F~cherD.PetovaVeta1.Axonregenerationintheratopticnerve: essentialroleoftheNogoreceptor.SocietyforNeuroscienceAb— stractViewerandItineraryPlanner2003,AbstractNo.678.6 3VidalSM,BrayGM,VillegasAM,ThanosS,AguayoAJ.Ax- onalregenerationandsynapseformationinthesuperiorcolliculus byretinalganglioncellsintheadultrat[J】.JNeurosisl987;7: 2894.2909 4QuarlesRH.Myelinsheaths:glycoproteininvolvedintheir formation,maintenanceanddegeneration.CellMolLifeSci,2002; 59:l851.187l 5GrandLiS.StrittmatterSM.Nogo-66receptorantagonistpep- tidepromotesaxon~regeneration.Nature.2002;417:547—55l 6Vourc'h,Patrick.eta1.oligodendrocyte-myelinglycoproteingene ishighlyexpressedduringthelatestagesofmyelinationintherat centralnervoussystem.BrainResDevBrainRes.2003.144(2): l59一l68 7KottisV'ThibaultPMikolDeta1.Oligodendrocyte2myelingly- coprotein(OMgp)isaninhibitorofneufiteoutgrowth.JNeurochem. 2002;82:1566-1569 8Wangke,Kopriricav,KimJA.oligodendrocytemyelinglycopro- tein(OMgp):evolution,structureandfunction.BRAINRE— SEARCHREVIEWS.2004.45(2):Il5-124 9PhamDinhD,DellaGasperaB,KerlerodeRoshoN.Structureof thehumanmyelinoligodendrocyteglycoproteingeneandmultiple alternativesplicedisoforms.Genomics,1995,29(2):345 l0MidolDD.AgelakosMJ.BaileyCAeta1.Structureandchromo. somallocalizationofthegenefortheoIjgodendrocytemyelin glycoprotein.JCellBoil.1990;Ill:2673—2679 IlWANGKC,KoPRIVICAV,KIMJA,etaI.ongOdendrOcyte— myelinglycoproteinisaNogoreceptorligandthatinhibitsneurite outgrowth.Nature,2002,417(6892):941-944 12HabibAA,GulcherJR,HognasonTeta1.TheOMgpgene,asec- ondgrowthsuppressorwithintheNFIgene.Oncogene,1998;16: l525.153l l3樊拥军等.OMgp不同结构域在抑制神经突起生长中的作用[J】. 细胞生物学杂志,2004,26(3):291-296 14Vourc'hRMoreauTeta1.Oligodendrocyte—myelinglycoprotein 22 ? 892?中国实用眼科杂志2006年9月第24卷第9期 ChinJPractOphthalmol,September2006,Vol24,No.9 growthinhibitionfunctionrequiresitsconservedleucine—richre— peatdomain,notitsglycosylphosphatidyl—inositolanchor.JoUR— NALOFNEUROCHEMISTRY.2oo3,85f4):889—897 BotanicallyM.KittiesV.eta1.Oligodendrocyte—myelinglycopro— teinispresentinlipidraftsandcaveolin—l—enrichedmembranes. 2005GLIA52f32l9—227 WangKC,KoprivicaVetal,oligOdendrOcyte—myelinglycopro— teinisaNogoreceptorligandthatinhibitsneuriteoutgrowth. 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