軸突信號Neuregulin 1在施旺細胞發育及再生修復中的作用

鄭亞妮 綜述 張志英 審校

軸突信號Neuregulin 1在施旺細胞發育及再生修復中的作用

鄭亞妮 綜述 張志英 審校

神經元軸突與施旺細胞（Schwann cells，SC）的相互接觸和信號交流，在周圍神經發育早期及其損傷后的修復、再生過程中，均具有極其重要的作用。在發育早期，神經元軸突對SC的增殖、遷移、分化和髓鞘化起著決定性作用。神經損傷后，沃勒變性使軸突與遠側SC失去接觸，SC基因及表型發生改變，細胞增殖，促進軸突再生；當再生軸突與失神經SC形成接觸則觸動其第二次增殖。研究顯示，神經元軸突通過Neuregulin 1（NRG1）及其erbB受體介導，提高SC的增殖活力，應用外源性NRG1能夠挽救軸突損傷后的SC凋亡，使SC增殖、遷移，促進軸突再生。本文就NRG1對SCs增殖、分化、遷移、髓鞘化和損傷后的逆分化、再髓鞘化調控進行綜述。

Neuregulin 1施旺細胞發育再生

1NRG1和ErbB受體

Neuregulins（NRGs）是一類細胞生長與分化調節相關蛋白，神經調節蛋白根據編碼基因不同分為神經調節蛋白1-6：NRG1、NRG2、NRG3、NRG4、NRG5和NRG6，其中NRG1最先被發現并得到大量研究[3]。NRG1對于心臟、乳腺，特別是神經系統的發育具有重要作用。NRG1蛋白質異構體結構域包括：N末端結構域、EGF樣結構域、跨膜區和胞內區結構域。基于其N末端結構域（Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型）、EGF樣結構域（α型、β型），及其合成蛋白質性質（膜結合型、可溶型）的不同，而分為不同亞型。在NRG1Ⅰ和NRG1Ⅱ的N末端結構域，存在一個免疫球蛋白（Ig）樣結構域，區別在于NRG-1Ⅱ存在一個Kringle域（Kringle domain），而NRG1Ⅰ沒有，它們通過蛋白水解的方式，被剪切成可溶性NRG1，釋放到細胞表面，通過旁分泌發揮作用[2]。NRG1Ⅲ的N末端結構域存在的不是一個Ig樣結構域，而是一個半胱氨酸富集區（CRD）。它的激活需要蛋白酶切，并通過近分泌發揮作用[4]。NRG1亞型的表達水平和表達方式千差萬別。攜帶可導致特定亞型失活的突變小鼠表現出明顯不同的神經發育過程，表明不同NRG1亞型具有不同的功能。其中，NRG1Ⅲ在周圍神經的發育過程中作用顯著，而NRG1Ⅰ在周圍神經損傷再生中扮演重要角色。

NRG1的EGF樣結構可以結合并激活ErbB受體家族。ErbB受體酪氨酸激酶家族包括4個成員：ErbB1、ErbB2、ErbB3和ErbB4。ErbB4是唯一具有自主性的NRG1特異性ErbB受體，可作為酪氨酸激酶被配體單獨活化。而ErbB2活化需要ErbB3或ErbB4的參與，形成異源性二聚體，故ErbB2又被稱為共受體。ErbB3可與NRG1相結合，但本身具有較低的激酶活性，在ErbB2的協同下，其活性可大大提高，所以ErbB3須依賴異源二聚體激活[5]。

ErbB受體是以二聚體的形式發揮作用的。NRG1可直接與ErbB3或ErbB4結合，誘導ErbB二聚體的形成，從而激活酪氨酸激酶。ErbB受體激活后，ErbB2通過與ErbB3或ErbB4形成異源二聚體的方式，使酪氨酸自身磷酸化。在培養細胞體系中，ErbB受體可形成同源二聚體或異源二聚體，包括ErbB2/ErbB3、ErbB2/ErbB4異源二聚體和ErbB4/ErbB4同源二聚體。受體ErbB催化多肽鏈中的酪氨酸磷酸化，通過激活下游信號分子發揮作用。

2NRG1對SC生長發育的調控

SC大部分起源于神經嵴[6]，小部分從神經上皮細胞轉化而來[7]，其生長發育過程包括3個階段：神經嵴細胞（Neural crest cells）轉化為施旺細胞前體（Schwann cell precursors，SCP），再轉化為未成熟SC，最后發育為成熟SC，成熟SC分別包繞軸突，形成有髓神經纖維和無髓神經纖維。

研究發現，NRG1可以誘導神經嵴細胞向SCP分化。在向未成熟SC轉化過程中，SCP隨軸突的延長而增殖、遷移并依賴于軸突信號而存活[8]。NRG1調控SCP的增殖和遷移[9]。體內研究顯示，軸突切斷可使發育過程中SC的凋亡數量增加10倍，用外源性的NRG1處理可防止和降低內源性細胞死亡的發生[10]。在NRG1Ⅲ敲除體中，神經嵴細胞遷移數量及SCP和未成熟SC的形成數量明顯減少[11]。

徑向排序（Radial Sorting）是未成熟SC邁向成熟SC的關鍵，決定了SC是形成有髓還是無髓SC。軸突的直徑影響SC的徑向排序。當軸突的直徑≥1 μm時，SC與軸突形成1∶1的關系，包繞軸突形成成髓前期SC（Promyelinating SC）；當軸突直徑＜1 μm，SC則包繞多根軸突，不形成髓鞘，稱為Remak SC[12]。NRG1/ErbB信號在此過程中至關重要，SC正是借ErbB受體接受軸突信號NRG1，識別軸突的性質而形成髓鞘，而對NRG1不表達或者低表達的軸突則不能被SC識別和選中，也就不能被包繞成髓。

3NRG1調控SC髓鞘化進程

盡管軸突達到一定直徑才會髓鞘化，但軸突信號對髓鞘的啟動及維持至關重要，其中NRG1的作用最為顯著。

在NRG1家族中，盡管其他亞型也很重要，但是對髓鞘表型起決定作用的是NRG1Ⅲ[13]。NRG1Ⅲ不僅是SC識別并包繞軸突形成髓鞘的關鍵因素，還調控髓鞘厚度[14]。神經元中，NRG1Ⅲ必須達到閾水平，軸突才可能形成髓鞘，在此閾水平之上，NRG1Ⅲ表達越高，髓鞘板層越多，厚度越高[15]。在NRG1Ⅲ過度表達的基因突變動物中，纏繞軸突的髓鞘數量明顯增多。此外，在體外培養中，NRG1Ⅲ可以使未髓鞘化的脊神經節的神經元形成髓鞘，說明NRG1Ⅲ是SC髓鞘化重要的生長因子。Remak束的形成同樣需要其參與，這也說明NRG1Ⅲ信號通路對有髓和無髓SC都很重要。

NRG1Ⅲ需特定的分泌酶激活，淀粉樣前體β位點蛋白（BACE-1）通過激活NRG1Ⅲ下游效應器PI3K促進髓鞘化[16]。而腫瘤壞死因子α轉化酶（ADAM17）則通過作用于NRG1抑制髓鞘化[17]。BACE-1和ADAM17一起調控髓鞘化[18]。

NRG1Ⅲ發揮作用的信號通路是神經軸突分泌的NRG1Ⅲ與SC上的ErbB2/3受體結合發生磷酸化，激活的ErbB促使自身與SC表達的FAK（Focal adhesion kinase）結合，形成神經元和SC間的起始信號。NRG1與ErbB2/3結合后，產生的起始信號可激活下游的有絲分裂激活蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇23激酶（PI3K）、磷脂酶2C（PLC）、蛋白激酶C和Janus kinase（Jak2 Stat）等幾個主要信號通路，在髓鞘化過程中發揮作用[19]。

4 周圍神經再生過程中NRG1對SC的調控

周圍神經損傷后，SC由髓鞘型變為生長支持型，開始分裂、增殖。增殖的SC形成Bungner's帶，引導軸突再生。同時，SC分泌神經營養因子和細胞外基質，防止受損神經元凋亡，為軸突再生提供良好環境[1]。因此，在神經再生過程中，SC扮演十分重要的角色。而此時沃勒性變（Wallerian degeneration）使軸突和遠側端SC失去接觸，從而阻斷了NRG1Ⅲ對SC的正常調控。

此前研究普遍認為，損傷后SC的再分化和再髓鞘化依然依賴軸突源性的NRG1Ⅲ調控。但Stassart等[19]研究發現，坐骨神經損傷后2周，NRG1Ⅲ表達水平很低，即NRG1Ⅲ在再髓鞘化及神經功能恢復過程中發揮的作用有限。而在神經元中過表達NRG1Ⅰ，對再生神經髓鞘厚度和神經功能恢復都有較好的效果。進一步研究發現，損傷后的SC可以自己合成NRG1Ⅰ，將SC NRG1Ⅰ基因敲除小鼠與野生小鼠相比，其再生的髓鞘變薄，形成髓鞘的軸突數量變少，信號傳導變慢，軸突的再生以及運動功能恢復皆受到影響。此時SC通過自身合成NRG-1Ⅰ，替代軸突源性的NRG1Ⅲ，成為髓鞘再生的關鍵[20]。

軸突源性的NRG1Ⅰ過表達小鼠，再髓鞘化程度高于野生小鼠，說明其對再髓鞘化有一定的影響，但依然與正常的髓鞘厚度相差甚遠。軸突源性的NRG-1Ⅰ可以通過旁分泌的作用，對遠側端的SC發揮作用，將SC NRG1Ⅰ基因敲除小鼠進行軸突源性的NRG1Ⅰ表達，發現髓鞘再生改善有限。提示軸突源性的NRG1Ⅰ不能替代SC源性的NRG1Ⅰ，兩者在髓鞘和周圍神經再生中發揮不同的作用。SC源性NRG1Ⅰ的作用發揮于神經損傷早期，而軸突源性NRG1Ⅰ的作用則主要在神經損傷后期，即軸突再生和SCs再髓鞘化時，軸突源性和SCs源性的NRG1Ⅰ，在周圍神經損傷后，共同致力于神經的再分化和再髓鞘化調控作用[17]。

NRG1Ⅰ通過ErbB受體和MAPK通路發揮作用。有體外研究認為，MAPK通路對SC分化有負調控作用[21]。而最近研究表明，MAPK信號在SC的分化和髓鞘化過程中具有重要作用[22]。

5 展望

研究表明，NRG1Ⅲ和NRG1Ⅰ分別在周圍神經發育和損傷再生中發揮重要作用，在SC的分化、增殖、髓鞘化，以及再髓鞘化過程中扮演重要角色。周圍神經損傷后，軸突源性的NRG1對遠側端SCs的調控作用減弱甚至消失。大量研究顯示，移植的神經元能在周圍神經存活，并促進周圍神經損傷修復[23-25]，其作用機制是否與NRG1及其受體通路有關，還有待進一步的深入研究。

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The Effect of Axonal Signal Neuregulin 1 on the Development and Regeneration of Schwann Cells

Neuregulin 1;Schwann cell;Development;Regeneration

R338

B

1673－0364（2017）01－0045－03

ZHENG Yani, ZHANG Zhiying．
Department of Human Anatomy,Research Center of Regenerative Medicine,Second Military Medical U-niversity,Shanghai 200433,China．Corresponding author:ZHANG Zhiying(E-mail:zhiying1963@163.com)．

2016年8月7日；

2016年10月14日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.01.013

國家自然科學基金（81271396）。

200433上海市第二軍醫大學解剖教研室、再生醫學中心。

張志英（E-mail：zhiying1963@163.com）。

【Summary】Physiological interactions and reciprocal signaling between axons and Schwann Cells(SC)play important roles in nerve development and regeneration after peripheral nerve injury.During development,axonal signaling is essential for SC proliferation,migration,differentiation and myelination.After nerve injury,Wallerian degeneration completely disrupts axon-SC contacts,SC genetic and phenotypic changes,cell proliferate and promote axon regeneration.When the regenerated axon contacts with denervated SC,the second proliferation wave begins.Studies have shown that neuronal axons through Neuregulin 1(NRG1)and its erbB receptor to mediate the SCs proliferation activity,application of exogenous NRG1 can save SC and prevent apoptosis,promote SC proliferation and migration and axon regeneration.In this paper,NRG1 as a driving force for SC proliferation,differentiation,migration,myelination during development and redifferentiation,remyelination after injury were reviewed.