Nogo-A在中枢神经系统损伤后再生及发育中的作用

赵 喆，邓其跃 (第三军医大学基础部神经生物学教研室，重庆 400038)

不论在基础研究领域还是在临床治疗方面，中枢神经系统(Central Nervous System，CNS)损伤后的再生与修复一直引人关注。周围神经系统(Peripheral Nervous System，PNS)损伤后可以很快再生，并且在功能上得到较好的恢复，而这种再生和功能恢复在CNS中却很难。CNS再生困难并非由于单纯缺乏再生能力，还与中枢微环境中不利于再生的因素有关，如中枢髓鞘中的突起生长抑制成分等。在众多抑制分子中Nogo-A是近年来最受关注并且研究得最清楚的一种，Nogo-A受体NgR1也因其可以介导几种阻抑分子的作用而被列为重点研究对象。Nogo-A和NgR1的发现为治疗中枢神经系统损伤带来了新的希望，针对其开发的药物先后进入临床实验阶段。虽然近年来对Nogo-A的研究较多，但多侧重于神经系统损伤或疾病状态下的功能，对于其正常生理功能的认识还不够。最近发现属于amino-Nogo-A的片段NogoΔ20可通过激活RhoA影响CNS的可塑性，这一发现推动了对Nogo-A正常生理功能的深入研究。本文将对生理及病理状态下Nogo-A功能的最新研究进展进行综述，以全面理解Nogo-A在中枢神经系统中的作用。

1 Nogo-A在中枢神经系统中的表达分布

成年哺乳动物CNS损伤后难以再生，主要有内、外两方面的因素:①CNS神经元自身缺乏足够的再生能力;②CNS神经元所生存的环境存在多种生长抑制性因子。2000年，Chen［1］和Grandpre［2］两个研究小组几乎同时克隆出大鼠和人类CNS髓鞘中与轴突损伤后再生抑制有关的基因nogo。nogo基因转录产物共三种，主要为 Nogo-A，其异构体包括 Nogo-B和Nogo-C。Nogo-A主要分布于少突胶质细胞，在体内和体外试验中都表现出强烈的抑制轴突生长的作用。NgR1是最早确定的Nogo-A受体，缺少胞内结构域，通过糖基化磷脂酰肌醇连接在神经元胞膜或轴突的轴膜上。与Nogo-A的C末端结构Nogo-66识别，并与多个共受体组成受体复合物介导Nogo-A信号向神经元胞内传递。

Nogo-A主要表达于成熟动物的CNS，在脑及脊髓的水平较高，而背根神经节水平较低，在心脏、肝脏和肾脏等内脏器官内不表达，但是胎龄15 d及生后1 d的大鼠骨骼肌内有Nogo-A表达。在胚胎发育过程当中［3］，Nogo-A表达于皮层放射状胶质细胞表面，而迁移后神经元表面的Nogo-A更多的集中于正在生长的轴突上。相对而言，NgR则广泛表达于大脑皮质、松果体、丘脑、海马和杏仁体中［4］，其共受体如 p75NTR、LINGO-1［5］、TROY［6］的分布较为广泛，可以影响神经元胞内RhoA-ROCK信号通路。

2 Nogo-A在神经损伤中的作用

CNS损伤后可以观察到Nogo-A的表达上调，但这种上调主要出现在损伤后期，随着神经组织及结缔组织修复的加快，特别是少突胶质细胞的增生，Nogo-A的表达升高，对神经纤维生长的抑制作用明显加强。王翠芳［7］等人在脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)模型中的研究显示了伤后不同时间Nogo-A表达的差异，Nogo-A在SCI早期表达未见明显改变，而在损伤后期(SCI后3 d)才有明显上升。这也可以解释SCI后中枢神经修复的缓慢，神经元周围组织对神经元及其突起生长的抑制以及生长锥塌陷等问题。RS.Zhan等联合应用Nogo-A抗体IN-1和IN-3，可以下调神经元c-fos蛋白并上调c-jun蛋白，促进大鼠SCI后神经元轴突再生［8］。c-fos蛋白在神经元轴突再生中起了重要的抑制作用，c-jun蛋白则可明显促进再生。

Wang等利用新生大鼠缺血缺氧性(HI)模型，发现Nogo-A及其受体NgR在蛋白质水平和mRNA水平均有变化。损伤早期(即6 h以内)，Nogo-A和NgR1的表达未见明显变化，伤后12 h二者的表达才出现明显上升。Nogo-A主要表达在胶质细胞表面及轴突周围，而NgR1则主要出现在神经元及其轴突上。另外，Nogo-A达峰后会逐渐恢复到正常水平，而NgR1则一直维持高表达状态，配体-受体各自不同的转录表达方式提示，NgR1还作为髓鞘再生抑制分子MAG和OMgp的受体继续发挥作用［9］。

除对轴突生长的抑制作用外，Lenzlinger观察到Nogo-A表达的上调可以阻碍外伤性脑损伤(TBI)大鼠认知功能的恢复，使用Nogo-A单抗抑制Nogo-A则可促进该恢复过程，而且该过程并不依赖皮质脊髓束的出芽和海马神经元凋亡的经典神经保护机制。尽管通过限制Nogo-66/NgR1及其下游Rho-ROCK通路的作用可以促进轴突再生，但是Nogo-A中心特有结构(NiG)以及其特异性受体的作用仍然有待于进一步的探索［10］。

“结构-功能”研究显示，在Nogo-66外一个新的amino-Nogo-A区域(290-562aa)，NogoΔ20，对于抑制氧化应激导致的神经元死亡有不可缺少的作用。在培养的原代皮层神经元中表达amino-Nogo-A蛋白可以完全拮抗外源性H2O2造成的氧化应激对神经元的损害，有显著的保护作用。另外，突变分析确定424、464、559这三个半胱氨酸残基参与抑制ROS的产生和amino-Nogo-A的神经保护作用。结果提示，神经元中的Nogo-A可能通过与Prdx2作用改善神经元自身抵抗氧化损伤的能力并清除 ROS［11］。

3 Nogo-A在神经退行性疾病中的作用

Nogo-A可能与Aβ产生有关。老年小鼠TBI损伤后，其中枢神经的修复能力要明显弱于幼年小鼠。Marklund等人发现，敲除nogo-A/B基因(nogo-A/B-/-)的老年小鼠其运动能力的恢复、脑组织的缺失、脑内Aβ沉积均明显弱于正常小鼠而类似于假手术组［12］。其他的体外实验也证实包含Nogo在内的所有网蛋白家族成员都能结合并抑制BACE1(β-amyloid-converting enzyme 1)，而 BACE1可以将APP转化为逐渐沉积的 Aβ［13］。虽然如此，但Nogo-A是否会作为BACE1底物在被剪切后释放生物活性片段到细胞外还有待进一步研究。

Nogo-A还可以通过蛋白二硫异构酶(PDI)参与肌营养不良性侧索硬化症(ALS)疾病中的神经保护。内质网蛋白应激或失去分子伴侣功能有可能是ALS的病因之一，网蛋白家族是内质网伴侣蛋白PDI的一个新调控因子［14］。对SOD1(G93A)ALS模型小鼠的存活及行为学研究显示，Nogo-A可以在ALS小鼠体内保护神经元抵抗神经退行性改变，敲除Nogo-A可以加速ALS的进程。由此认为Nogo-A有助于PDI发挥正常功能，抵抗类似于ALS的神经退行性病变，有神经保护作用。

另外，NgR1的共受体LINGO-1对多巴胺能神经元结构的可塑性和整合有重要作用，是帕金森氏病(PD)的可能病因之一［15］。Inoue等［16］发现，LINGO-1 表达于中脑多巴胺能神经元，在PD病人的黑质中LINGO-1表达上调。LINGO-1敲除后，6-OHDA或MPTP毒性作用下多巴胺能神经元的存活率升高，这一神经保护作用伴随着Akt磷酸化。用LINGO-1-Fc封闭LINGO-1功能后也能得到类似结果。Nogo-A/NgR1的神经保护作用和突起生长增强效应也同时得到体现。

4 Nogo-A在神经系统发育和可塑性中的作用

人胚胎发育过程中，nogo和ngr1基因在8周～23周人胚胎的脑组织及牙组织中均有明显表达，但在完成有丝分裂的神经元中，nogo和ngr1的表达均强于牙组织。在这些组织中，nogo基因表达要明显早于ngr1基因表达;胚胎早期，nogo基因的表达较ngr1也明显广泛的多［17］。Al Halabiah等推测是由于nogo基因的不同转录产物有3种亚型(Nogo-A/B/C)，其分布较为广泛，尤其Nogo-C在外周组织中分布更为广泛。

Nogo-A在皮质发育当中具有重要的作用:胚胎阶段，Nogo-A的表达与神经发生以及皮质神经元的成熟相关;Nogo-A还可能调节神经元细胞的极化和突起生长;Nogo蛋白可能在神经元的迁移以及轴突生长起作用［18］。Nogo-A在早期胚胎脊髓内主要见于放射状胶质细胞，但是随着胚胎发育，Nogo-A在放射状胶质细胞表达逐渐减弱;脊髓中心管附近Nogo-A的表达模式也呈现先低后高的状态。提示Nogo-A早期的作用可能与神经元正常的轴突发芽相关，为神经元轴索到达正常位置提供通道;而后期Nogo-A主要表达于近中心管附近，则可抑制已正确取向的轴突再出芽［19］。另外一个现象是:在小鼠胚胎发育过程当中，Nogo-A在脊髓内主要分布于胶质细胞的现象，与之前在大鼠胚胎、鸡胚和人胚脊髓中Nogo-A主要分布在神经元表面有所不同［20］。

Nogo-A特异的片段NogoΔ20可以通过激活RhoA诱导生长锥塌陷、抑制突起生长、细胞迁移。研究表明NogoΔ20可以经Pincher-和rac-依赖及clathrin-和dynamin-非依赖的机制被内吞入神经元。Pincher-介导的大胞饮作用，会形成含有NogoΔ20的信号小体，后者将直接激活RhoA导致生长锥塌陷。在背根节神经元分部培养中，NogoΔ20被胞饮进入突起内后逆行运送到细胞体，在转运途中激活RhoA并降低磷酸化cAMP反应元件在细胞内的结合。因此，Pincher-依赖的大胞饮作用会引起Nogo-A信号转导内涵体的形成，其同时在生长锥和逆行转运至胞体后对神经元生长产生负调控［21］。

5 展望

由于Nogo-A或NgR1抗体应用方便、副作用小，目前已被进入CNS损伤后再生的临床治疗研究阶段。但是，Nogo-A的表达时间、动物的年龄、Nogo-A抗体的使用时机与中枢神经系统损伤及再生修复之间的关系还有待于进一步的探讨。Nogo-A除了包含具有CNS再生抑制作用的amino-Nogo-A和Nogo-66外，Nogo-A中可能还有多个功能独立的结构域，如NogoΔ20，在正常生理状态下参与神经系统的发育和可塑性。单纯敲除Nogo-A或下调NgR1表达并不能完全改善CNS再生困难的状态，鉴定更多的Nogo-A结构域或能与amino-Nogo-A识别的受体分子将有助于全面理解Nogo-A的功能，从而为开发药物治疗CNS损伤提供重要参考。

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