Nogo-A蛋白和IGF-1在慢性腦缺血白質損傷修復的研究進展

劉雁偉 楊世強 張 梅 馮學敏 周春奎

(吉林大學第一醫院二部神經內科，吉林 長春 130021)

神經纖維再生抑制因子(Nogo-A)是在中樞神經系統受損后具有抑制軸突再生的因子，稱為髓鞘相關蛋白。胰島素樣生長因子(IGF-1)是胰島素家族成員之一，促進神經元的存活、分裂及軸突的生長以及維持和調節神經功能，并有助于神經細胞受損后的功能恢復〔1〕。慢性腦缺血(CCI)是指大腦整體水平的血液供應減少(低于40～60 ml·100 g-1·min-1)的狀態，而非局灶性的大腦缺血，經顱多普勒(TCD)、正電子發射斷層成像技術(PET)、單光子發射計算機斷層核素顯像(SPECT)證實有癥狀的CCI患者，大腦皮層各部位腦血流量(CBF)均低于同齡正常人；與多種原因引發的長期慢性腦血管疾病密切相關，多種原因引發的長期慢性腦血流灌注不足可導致持久性或進展性認知功能障礙〔2～4〕，還是血管性癡呆、Alzheimei病及Binswanger病等多種疾病的共同病理基礎，其主要的病理學改變包括皮質萎縮、皮質和海馬神經元變性、白質疏松、神經膠質細胞增生和毛細血管床的改變等。

1 Nogo-A

1.1Nogo-A的發現 2000年，Chen，grandpre和Prinijha所在的3個實驗室幾乎同時分別克隆出大鼠和人類抑制受損軸突再生的基因Nogo基因〔5〕，Nogo基因編碼Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C三種蛋白，其中Nogo-A是Nogo蛋白中最大的亞型，也是Nogo蛋白中軸突生長抑制作用最明顯的。Nogo-A是含有1 163個氨基酸的膜蛋白。

1.2Nogo-A的分布 Nogo-A主要表達于投射神經元和形成髓鞘的少突膠質細胞中，在胞膜、胞質和胞核中都存在。Hasegawa 等采用原位雜交組織化學方法發現，Nogo-A mRNA廣泛存在于中樞神經系統神經元和少突膠質細胞中〔6〕。Jin等〔7〕采用Western印跡、免疫組化方法和免疫金電子顯微鏡技術證實，在腦和脊髓組織的細胞核、細胞質和細胞器有Nogo-A廣泛分布。

1.3Nogo-A的作用特點 既往多項研究發現，Nogo-A是中樞神經系統損傷后軸突再生中具有抑制作用，具有以下特點：(1)Nogo-A能以劑量依賴的方式抑制3T3成纖維細胞軸突的伸展和背根神經節(DRG)神經元神經纖維生長〔8〕。(2)Nogo-A單克隆抗體(IN-1)可拮抗Nogo-A的軸突生長抑制作用。進一步研究發現，Nogo-A有兩個單獨表達的抑制性功能區域：一個是包含66個氨基酸親水結構域的Nogo-66〔9〕；另一個是長的氨基酸區段(NiG)。這兩個結構域在抑制軸突生長方面起著協同作用。

目前所知，Nogo-A可能通過以下3種方式抑制神經元軸突再生〔10〕：(1)細胞方式：完整少突膠質細胞表面的Nogo-66與損傷神經元的受體(NgR)結合；(2)細胞膜方式：從受損少突膠質細胞脫落下來的含Nogo-66的膜片段與損傷神經元的NgR結合；(3)完全溶解的少突膠質細胞釋放Nogo-A抑制性功能區(amino-Nogo)和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段，amino-Nogo和Nogo-66共同產生更強的抑制作用。Hsieh等〔11〕發現Nogo-66的信號是通過LIM(LIM是Lin-11、Isl和Mec-3三個基因的首字母縮寫)激酶和彈弓磷酸酶調節肌動蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而實現的。在損傷脊髓神經組織中，多數情況下3種方式同時存在，介導Nogo-A抑制中樞神經元軸突再生作用。

2 IGF-1

2.1IGF-1的研究現狀 IGF-1是由70個氨基酸殘基組成的單鏈堿性多肽，分子量為7 694 kD，t體內大部分組織產生IGF-1，并通過內分泌、自分泌和旁分泌發揮作用，大量存在于循環中〔12〕，也廣泛分布于中樞神經系統和外周神經系統中，它的生物活性受到IGF-1結合蛋白(IGFBP)-1調控〔13〕。近年來發現IGF-1在調控神經生長方面十分重要，具有保護作用，能夠減輕多種病理因素對中樞神經系統造成的損傷，有助于神經細胞受損后功能恢復，對神經生長、發育也起著非常重要的作用〔14〕。

2.2IGF-1的分布 IGF-1屬于胰島素家族成員之一，是一種在體內外均具有生物活性的細胞因子，廣泛存在于正常腦組織中，促進軸突的生長以及維持和調節神經功能的表達，在腦損傷時被激活，能阻止細胞凋亡和死亡〔15〕。

2.3IGF-1對中樞神經系統作用特點

2.3.1調節細胞內鈣離子 細胞內鈣離子水平升高是引起神經細胞凋亡的重要途徑。缺血、缺氧低灌注時由于鈣泵失靈導致神經細胞內鈣離子濃度異常增高，觸發一系列有關的酶反應過程，導致不可逆損傷。Selinfreund等〔16〕對CH4C4細胞的研究發現IGF-1能夠引起鈣通道電流快速增加。在IGF-1調節神經細胞電壓依賴型鈣通道的研究中，Kleppisch等〔17〕提出鈣通道電流密度改變與調節突觸傳遞、新突觸結構形成、軸突生長及動作電位方式變化生理相關，鈣離子被認為是神經細胞軸突形成及有絲分裂活性調節劑，實驗結果與Venters〔18〕研究一致，指出在中樞神經系統(CNS)IGF-1的生物活性至少有一部分是由于IGF-1刺激了電壓依賴型鈣通道使細胞內鈣離子升高所致。

2.3.2調節酶活性 IGF-1R具有內在酪氨酸激酶活性，也具有其他細胞內酪氨酸激酶的能力，能夠激活PI3-K 的PI10催化亞單位，PI3-K的激活是IGF-1促進小腦神經細胞存活的實質，并促進神經膠質細胞分化為星形和少突膠質細胞〔19〕。IGF-1增加PI3-K活性為劑量依賴性，IGF-1也能激活蛋白激酶C，在其參與下IGF-1促進星形膠質細胞有絲分裂。多項研究表明酪氨酸激酶能夠調節神經鈣通道，長期增強突觸囊泡和神經遞質釋放〔20〕。

2.3.3調節腦的糖代謝 在出生后早期，發育中腦需要大量熱量供應以支持神經膠質營養腦形成，當缺乏營養時可導致終生智力缺陷，胰島素在腦內合成量小，也很少通過血腦屏障，然而IGF-1與胰島素同源，大量存在于發育的腦中。Cheng等〔20〕認為發育的小鼠腦區域的二脫氧D-葡萄糖(2DGU)與IGF-1的表達平行，在缺乏IGF-1腦中葡萄糖的利用明顯下降，成熟的小鼠表達量較小，但若注射微量IGF-1，可引起明顯的局部2DGU增加，在腦損傷時IGF-1表達與2DGU增加一致。也有人提出IGF-1在動物模型中保護海馬和中隔神經細胞并能抵抗低糖損傷。

3 CCI白質損傷

3.1CCI模型 結扎雙側頸總動脈(2VO)是目前公認比較好的CCI模型，經證實這一模型能使大鼠術后數月CBF仍明顯下降，不同腦區CBF下降的程度不同。Otori等〔21〕用放射性同位素測定Wistar大鼠2VO術后局部CBF變化，觀察到術后2 d及1、4、8 w側腦室旁白質胼胝體的血流量分別為對照組的33.3%、41.8%、56.4%、81.4%。該模型操作簡單，重復性好，且完全結扎雙側頸總動脈造成全腦不完全性缺血程度基本相同，使實驗各組時間、個體間均具有很大的可比性。根據大鼠2VO術后局部CBF的恢復程度、代謝和病理學的改變情況，有人認為術后8 w～3個月的損傷過程與臨床更為接近〔22，23〕。

3.2病理改變 缺血性白質損傷病理變化主要包括小膠質細胞激活、星形膠質細胞反應性增生和肥大、少突膠質細胞減少、白質疏松和脫髓鞘〔24〕。小膠質細胞是中樞神經系統內的免疫效應細胞，在病理情況下被激活，產生多種細胞因子，釋放細胞毒素，造成腦白質損傷。Vicente等〔25〕研究Wistar大鼠2VO術后13 w的病理變化，發現在視束中激活的小膠質細胞是對照組的將近10倍。星形膠質細胞在慢性缺血缺氧情況下反應性胞體增大、突觸增長、數量增多、膠質纖維酸性蛋白呈強陽性表達。反應性變化的星形膠質細胞一方面對缺血后組織損傷的修復及內環境的穩定起重要作用〔26〕；另一方面產生的一氧化氮和腫瘤壞死因子(TNF)-α，可介導少突膠質細胞的凋亡，加重白質的損傷〔27〕。

3.3機制特點

3.3.1免疫炎性損傷 腦白質區含有大量炎性膠質細胞，炎性膠質細胞在缺血后大量激活，與通過損傷的血腦屏障進入腦實質的激活白細胞、免疫球蛋白、補體等共同引起免疫炎性反應，通過產生絲氨酸蛋白酶、尿激酶、膠原酶、彈性蛋白酶等毒性蛋白酶和分泌TNF-α、一氧化氮、白細胞介素1β等炎性介質引腦白質損傷〔28，29〕。

3.3.2氧化應激反應 在腦缺血等病理情況下氧化應激反應增強，導致反應性氧自由基過多，且自由基清除酶如超氧化物歧化酶(SOD)等活性降低，動態平衡破壞，啟動自由基連鎖反應，造成組織缺血損傷進一步惡化。Bharti等〔28〕觀察到，2VO術后10 d腦組織氧化自由基毒性代謝產物丙二醛增加，而谷胱甘肽顯著減少、SOD活性顯著下降。

3.3.3少突膠質細胞的損害 白質缺血后免疫炎性反應釋放大量的炎性細胞因子、蛋白酶和氧自由基等，這些物質直接或間接促進少突膠質細胞死亡。少突膠質細胞數量減少可導致脫髓鞘病變，并使髓鞘包繞的軸突出現嚴重功能障礙。Masumura等〔30〕認為，由活性小膠質細胞產生的TNF-α可能通過TNF受體1、半胱氨酸蛋白酶(caspase-2)和caspase-3介導少突膠質細胞凋亡，從而導致白質損害。

4 結語與展望

神經系統損傷后的保護和修復一直是神經學領域的熱點。腦神經損傷后，Nogo-A蛋白和IGF-1受體蛋白各自發揮著不同的生物學作用。Nogo-A抑制神經再生；IGF-1受體促進神經再生。通過對這些神經系統損傷修復相關問題的不斷研究，為CNS損傷再生的研究提供了新思路。

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