Nogo-A與缺血后適應腦保護作用的研究進展

錢 芳(綜述)，李 燕(審校)

(昆明醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，昆明 650101)

在缺血性腦梗死后中樞神經(jīng)不能修復和再生是導致偏癱等嚴重后遺癥的主要原因之一。軸索過度生長抑制因子(neurite outgrowth inhibitor-A，Nogo-A)是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中發(fā)現(xiàn)的一種抑制軸突生長的蛋白，Nogo-A是最為強烈的神經(jīng)纖維抑制因子，通過與其受體NgR結合，阻礙神經(jīng)再生。缺血后適應是一種新的干預措施，具有腦保護作用。現(xiàn)就Nogo-A的結構、分布、作用機制以及缺血后適應的研究概況、作用機制等情況進行綜述。

1 Nogo-A概述

成年哺乳類中樞神經(jīng)損傷后再生困難，很重要的原因是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的微環(huán)境不利于神經(jīng)再生，存在著抑制軸突再生的分子。神經(jīng)突起生長抑制因子Nogo-A是目前發(fā)現(xiàn)的最為強烈的神經(jīng)纖維再生抑制劑。

1.1 Nogo-A的結構 Nogo-A是含有1163個氨基酸的膜蛋白(大鼠序列相對分子質量為2×105)。2000年，Chen等［1］同時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:Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C。Nogo異構體都有一個由188個氨基酸組成的羧基端，包含兩個高度保守的疏水分支作為跨膜區(qū)，兩跨膜區(qū)之間存在一個短連接子即Nogo-66，它與Nogo受體(NgR)結合從而發(fā)揮神經(jīng)生長抑制作用，是造成腦梗死后遺癥的重要原因。NgR是一種富含亮氨酸的腦特異性蛋白，與神經(jīng)元的結合具有高親和性和可飽和性。

1.2 Nogo-A的分布 Nogo-A mRNA主要表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質細胞內(nèi)質網(wǎng)，在其他組織系統(tǒng)(如肌肉、睪丸和心臟等)也有少量表達［2］。在成年大鼠，Nogo-A廣泛而散在表達于整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和少突膠質細胞。Huber等［3］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)育過程中表達于少突膠質細胞和投射神經(jīng)元，這也較好地解釋了抑制軸突再生的作用和結構上的可塑性。原位雜交實驗顯示NgR廣泛表達于大腦皮質神經(jīng)元、小腦浦肯野細胞、海馬神經(jīng)元和腦橋神經(jīng)元在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元細胞中。

1.3 Nogo-A的作用機制 多項研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后軸突再生中具有抑制作用，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元軸突生長抑制的最重要的因子，具有以下特點:①Nogo-A主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元和少突膠質細胞中。②Nogo-A抑制背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元軸突生長及3T3成纖維細胞延伸。③Nogo-A的單克隆抗體IN-1可中和Nogo-A的軸突生長抑制作用，從而促進損傷后神經(jīng)元軸突再生［4］。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A擁有兩個完全獨立的抑制結構域:①可能位于細胞表面的 Nogo-66;②長的N端區(qū)段，這兩個結構域在抑制軸突生長方面發(fā)揮著協(xié)同作用。Nogo-A與其他的生長抑制因子同神經(jīng)生長促進因子呈平衡狀態(tài)，當出現(xiàn)外界刺激后，其內(nèi)部平衡被破壞，Nogo-A的抑制作用才能發(fā)揮出來，抑制神經(jīng)元的再生修復。

Nogo-A可能通過細胞-細胞方式(完整少突膠質細胞表面的Nogo-66與損傷的神經(jīng)元NgR結合)、細胞-膜方式(從受損的少突膠質細胞上脫落下來的含有Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結合)、完全溶解的少突膠質細胞釋放Nogo-A氨基端和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段與其受體結合這三種方式抑制神經(jīng)元軸突再生［5］。Hsieh等［6］研究發(fā)現(xiàn)，Nogo-A的有效抑制片段Nogo-66的信號是通過LIM(LIM是Lin-11、Isl-1和Mec-3三個基因的首字母縮寫)激酶和彈弓磷酸酶調(diào)節(jié)肌動蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而實現(xiàn)的。有研究發(fā)現(xiàn)Nogo-A作用于神經(jīng)元后發(fā)生鈣濃度改變，而且用鈣通道阻滯劑可以部分地解除一抑制軸突生長的作用。

1.4 Nogo-A在神經(jīng)系統(tǒng)的作用 Nogo-A蛋白是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂神經(jīng)元軸突抑制因子，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復和再生具有顯著的抑制功能。Skaper［7］認為NgR是中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓磷脂中各種軸突生長抑制性蛋白發(fā)揮作用的集中點，可以通過Nogo-66和NgR的相互作用以及Nogo-A抗體對其抑制作用來促進受損的神經(jīng)修復和再生。科學家們利用Nogo-A的生物學特性來解除Nogo-A對中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生的抑制，如利用基因剔除的辦法使Nogo-A不表達或是制備Nogo-A的單克隆抗體IN-1來中和Nogo-A的作用。Freund等［8］研究證明在恒河猴頸髓損傷后給予Nogo-A的抗體可以使其運動功能得到恢復。

2 缺血后適應

2.1 缺血后適應的概念 缺血后適應指在腦缺血/再灌注開始時給予短暫的、重復的、非致死性的血管閉塞與再通的過程，可明顯減輕隨后長時間再灌注引起的組織損傷，是近期發(fā)現(xiàn)的一種新的干預措施，具有腦保護作用［9］。

2.2 缺血后適應的研究狀況 2005年，Staat等［10］在急性心肌梗死患者冠狀血管成形術時給予缺血后適應干預，證實了缺血后適應的心肌保護作用。相繼于2008年在小兒法洛四聯(lián)癥外科手術［11］和2009年成人外科手術［12］中明確了缺血后適應具有保護效應。研究發(fā)現(xiàn)缺血后適應尚能減少損傷后神經(jīng)元的凋亡，減少缺血半暗帶的神經(jīng)元凋亡可能是缺血預適應能夠促進神經(jīng)功能恢復的關鍵所在［13］。

2.3 缺血后適應的腦保護機制 大量研究表明，缺血后再灌注早期，產(chǎn)生大量的氧自由基、脂質過氧化反應，自由基可以攻擊血管內(nèi)皮細胞膜，造成血-腦脊液屏障破壞和腦水腫，還可使大腦缺血半暗區(qū)的血管痙攣及血管內(nèi)凝血，導致腦梗死范圍擴大從而加重腦組織的損傷［14］。血-腦脊液屏障遭到破壞后，神經(jīng)細胞賴以生存的環(huán)境被破壞，導致大量的神經(jīng)細胞死亡，同時血-腦脊液屏障的破壞使得血-腦脊液屏障通透性增加，促進了腦水腫形成;活性自由基引起細胞膜和基膜的損傷，從而破壞血-腦脊液屏障的完整性，三者之間互相影響，使得腦組織的損傷不斷加重。大量氧自由基的產(chǎn)生和脂質過氧化反應會造成神經(jīng)元內(nèi)線粒體膜結構的損傷，使得氧化磷酸化的過程受阻，ATP的產(chǎn)生減少，同時也使細胞色素C能夠從線粒體轉移到細胞質中，激活細胞凋亡。Wang等［15］研究證明，缺血/再灌注后能夠在細胞質中檢測到細胞色素C。

缺血后適應可以通過減少炎性介質的釋放來實現(xiàn)腦保護作用，Xing等［16］研究發(fā)現(xiàn)，缺血后適應可以降低再灌注后髓過氧化物酶的活性，減少炎性介質的表達，抑制脂質過氧化反應水平，進而減少缺血/再灌注損傷中的神經(jīng)元凋亡。有研究表明缺血后適應能夠通過減少基質金屬蛋白酶9的表達來減輕腦水腫的程度，達到缺血后適應的腦保護作用［17］。Ren等［18］在延遲性缺血后適應的研究中證明缺血后適應可以減輕腦水腫的產(chǎn)生，保護血-腦脊液屏障的完整性。Wang等［15］研究發(fā)現(xiàn)缺血后適應可以降低細胞質中細胞色素C的濃度，提示缺血后適應可能通過抑制細胞色素C的釋放阻止凋亡程序的激活，從而達到腦保護的作用。

在缺血后適應的神經(jīng)保護作用中，Akt信號轉導通路具有重要的作用。Pignataro等［19］研究發(fā)現(xiàn)，在缺血早期進行后適應處理能夠提高Akr磷酸化水平，增強其活性使得神經(jīng)細胞能夠生存。同時，腦缺血引起的細胞凋亡受蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路的調(diào)節(jié)。δPKC激活導致細胞死亡，ζPKC則促進細胞存活［15］。Gao等［20］研究發(fā)現(xiàn)，缺血后適應處理阻止δPKC蛋白的折疊，對δPKC沒有影響，促進腦缺血后ζPKC的磷酸化，降低腦缺血損傷。

2.4 缺血后適應對神經(jīng)功能的影響 缺血預適應促進損傷后神經(jīng)功能的恢復，表現(xiàn)在肢體運動、共濟和皮質功能各個方面，短期和長期療效都比較顯著。對缺血/再灌注后不同時間點Nogo-A的表達觀察發(fā)現(xiàn)Nogo-A蛋白表達于再灌注后1 d增加，7 d回到基礎水平，14 d再次升高，28 d再次降低。腦缺血早期Nogo-A升高提示Nogo-A在損傷早期抑制神經(jīng)再生中發(fā)揮了重要作用，而在腦缺血后期表達的減少提示在神經(jīng)纖維的再生修復和可塑性的調(diào)整中起到了一定的作用。在大鼠腦缺血/再灌注適應術后1 h、48 h神經(jīng)功能評分結果發(fā)現(xiàn)手術后1 h夾閉頸總動脈后處理組神經(jīng)功能缺損程度比缺血/再灌注組減輕［21］。說明缺血后適應能夠改善早期缺血/再灌注大鼠的神經(jīng)功能障礙。神經(jīng)功能評分是在術后1 h測定的，排除了大鼠神經(jīng)功能損傷后的自我恢復，說明神經(jīng)功能的改善是由缺血后適應引起的。

3 結語

近年來神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的保護和修復一直是神經(jīng)科學領域研究的熱點。神經(jīng)纖維再生抑制因子Nogo-A的表達與神經(jīng)損傷的修復密切相關。Nogo-A表達變化與缺血后神經(jīng)再生關系的研究對臨床上應用新方法促進缺血損傷后神經(jīng)再生有重要意義，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷再生的研究提供了新思路。因此，腦缺血后的神經(jīng)功能恢復以及各種缺血后適應的處理方法都需要通過更多的動物實驗進行摸索和驗證，以獲得臨床可行的、保護效果最佳的干預方法。

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