1、Rho 信号通路抑制中枢神经轴突再生的研究进展作者：阚伯红 于建春 刘存志 韩景献 【关键词】 中枢神经;轴突;再生;Rho 信号通路外伤、疾病等导致的中枢神经的损伤在过去被认为是不可逆过程，近年来的研究发现，损伤后的神经组织可以通过多种方式得到修复，诸如残存神经元功能的代偿、备用通路的释放、损伤后神经纤维再生、突触重建、环路修复和干细胞移植等。Rho 信号通路是生物体内重要的信号转导系统，广泛的参与细胞生长、分化、迁移和细胞发育等生命体活动。本文就抑制神经轴突再生相关的 Rho信号途径加以综述。1 抑制中枢神经轴突再生的微环境中枢神经生长微环境是影响轴突再生的关键因素。周围神经系统的胶质细胞
2、为雪旺细胞，而中枢神经系统则为少突胶质细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞这 3种神经胶质细胞，少突胶质细胞形成了中枢神经系统的轴突髓鞘。中枢神经髓鞘的存在形成一个不利于轴突生长的环境。中枢神经系统白质中的髓磷脂和少突胶质细胞中存在着抑制神经再生的物质，它们能够明显抑制成纤维细胞、神经肿瘤细胞以及原代培养神经元的黏附和轴突生长。在中枢神经系统(CNS)髓鞘中有 3种主要的髓鞘相关抑制因子(MAIFs)，被认为是调节抑制轴突外生的受体的配体1，2 。这些抑制因子分别是勿动蛋白(Nogo)、髓鞘相关糖蛋白(MAG)和少突胶质细胞髓鞘糖蛋白(OMgp)。拮抗 MAIFs或是阻断 MAIFs的信号通路，可促
3、进中枢神经损伤后的轴突再生。其中 MAG是第一个被鉴定出的具有轴突再生抑制作用的髓鞘蛋白。MAG 是一种由少突胶质细胞表达与免疫球蛋白超家族唾液酸结合的亚组成员，位于轴旁周膜，可与轴突发生作用。通过 DEAE柱层析法，从 CNS髓鞘中分离得到的可溶性 MAG可以引起生长锥的塌陷，明显抑制多种神经元突起的生长;通过免疫耗竭法除去 MAG后，可明显减少髓鞘对轴突生长的抑制作用3 。Mingorance 等4发现在 CNS损伤后，内嗅皮质层中成熟少突胶质细胞 MAG mRNA呈短暂性过量表达，并且海马组织中 MAG的过量表达与少突胶质细胞的增加相关，这为 MAG在 CNS损伤后轴突再生中的抑制作用提
4、供了有力依据。Nogo 是在髓鞘发现的跨膜蛋白，包括三种亚型 A、B 和 C，NogoA 只在 CNS的少突胶质细胞表达，而 NogoB和 NogoC在少突胶质不表达。Oertle 等5对 Nogo的研究发现，Nogo 上至少有三个抑制性功能区：胞外的 66个氨基酸构成的疏水片段 Nogo66 ，限制轴突的延伸并引起生长锥崩解;胞内的氨基端功能区aminoNogo ，抑制纤维母细胞的增生;由 NogoA 专有的外显子编码的功能区，限制轴突的延伸和细胞的增生，并引起生长锥崩解。Omgp 是一种与糖基磷脂酰肌醇(GPI)相结合的蛋白，在少突胶质细胞或神经元中表达，且在髓鞘中含量最少，但作用重大。在
5、 CNS发育阶段，OMgp 与髓鞘的形成有关，它的表达和髓鞘形成同步。在成熟的 CNS中，OMgp 与髓鞘的维持有关。Wang 等6发现 OMgp能改变 14 d鸡胚背根神经节生长锥的形态，诱使生长锥崩解并抑制神经突起生长。三种结构不同的 MAIFs均通过 NgR发挥轴突的抑制活性。NgR 是GPI锚定蛋白，位于细胞膜外侧，主要表达于 CNS的神经元和轴突。由于NgR结构上缺乏胞浆部分，所以需要一个协同受体共同激活胞质内信号，抑制轴突再生。p75 受体(p75NTR)是 NgR的协同受体，共同免疫沉淀实验证明了 p75NTR与 NgR的结合共同调节所有髓质相关蛋白的抑制活性7 。NgR/p75
6、NTR协同体与 Lingo1 共同构成受体复合体，参与髓鞘来源的抑制因子的信号转导7 。TROY 是 TNF受体家族成员，可以替换 p75NTR形成另一种受体复合体，参与髓鞘相关蛋白的抑制活性810 。除了以上 MAIFs的抑制作用外，抑制排斥分子对轴突的再生也有抑制作用， 排斥导向分子(RGM)是其中最重要者之一。RGM 是分子量 33 kD的 GPI锚定的内质网蛋白，RGM 包括三种亚型：RGMa、RGMb 和RGMc。Neogenin 是 RGM的受体，阻止 Neogenin可拮抗 RGM对颞侧视网膜轴突的排斥效应11 。在中和实验治疗的横断损伤鼠脊柱中，可见大量的异位纤维生出，并且长过
7、损伤区，从而表明在成年鼠脊柱损伤后，中和 RGM可增加 CNS轴突的长距离再生，从而促进功能恢复12 。以上各种抑制因子沟通过 Rho信号通路发挥轴突再生的抑制作用。2 Rho 信号通路在中枢神经轴突再生抑制中的作用Rho 亚家族具有 GTP激酶活性，包括 18种以上的单体，他们多数参与细胞骨架的调整。Rho GTP激酶是大量细胞活动的主要调节子，诸如细胞生长、分化、迁移和细胞发育。RhoA、Rac 和 Cdc42是 Rho蛋白亚家族中最有代表性的，它们在轴突外生中起重要作用，RhoA 与 Rac/Cdc42在神经细胞生长过程中的作用是相反的。CNS 损伤后 Rac和 Cdc42的活化引起丝状
8、伪足和层状足板的形成，然而 RhoA的激活与生长锥的溃变以及生长抑制相关。Rho 激酶(ROCK)是 Rho的效应剂，分为两种亚基：ROCK(又称ROCK)和 ROCK(ROCK)。ROCK只表达于脑内，而 ROCK主要表达于非神经组织，如肺、肾和骨骼肌等。ROCK 的分子结构包括氨基端的催化结构域、中间结合 Rho的 卷曲螺旋结构域和羧基端的催化结构域及Cys/His区。Rho 能与 ROCK的 卷曲螺旋结构域结合，激活 ROCK，激活后的 ROCK进一步激活其底物。完整的 Rho信号通路包括上游的活化受体、Rho、下游的 Rock及其作用底物。Rho 蛋白以活化的 RhoGTP 形式和非活
9、化的 RhoGDP 形式两种状态存在于细胞浆中。Rho 受多种细胞因子的调控，鸟苷酸交换蛋白(GEPs)或鸟苷酸交换因子(GEFs)为 Rho激活剂，GTP 酶激活蛋白(GAPs)和 GDP解离抑制因子(GDIs)为 Rho灭活剂，它们分别促进和抑制 Rho蛋白的活性。具体机制如下：GEFs 能够使 Rho释放 GDP并结合 GTP，GAPs 能激活 Rho分子本身的 GTP酶活性，使 GTP水解为 GDP，GDIs 可抑制 RhoGDP 和RhoGTP 两种状态间的转换。在上述分子的调节作用下使 Rho完成两种状态之间的转换，以实现其信号转导过程中的“分子开关”作用。MAG、NogoA 和
10、OMgp可通过 NgR受体复合体将信号传入细胞内，从而导致 RhoA和 ROCK的活化，RhoROCK 活化是轴突再生抑制中重要的分子事件。正常状况下，RhoGDI 与 RhoGDP 结合，并隐藏在细胞质中处于静止状态。MAIFs 能促进 P75与 RhoGDI 的结合，使 RhoGDP 释放，在 GEF的作用下，形成 RhoGTP 而被激活13 。p75NTP 活化后，p75NTP胞内的第 5个 螺旋与 RhoGDP 结合，使 RhoARhoGDP 复合体募集到细胞浆膜，RhoA 从复合体中解离，被 RhoGEF 变为RhoGTP ，激活下游的 ROCK。不同的轴突抑制剂均可活化 RhoA，
11、而 RGM可通过非 NgR复合体依赖的方式，活化 RhoROCK 发挥抑制作用10 。活化的 ROCK促使生长锥的萎缩和轴突退缩，最终引起细胞骨架动力学的改变。ROCK 可通过肌球蛋白轻链(MLC)的磷酸激酶失活的方式，间接使磷酸化的 MLC水平上调，磷酸化的 MLC可刺激肌球蛋白与肌动蛋白的结合，致使肌球蛋白收缩，从而影响细胞骨架的结构。活化的肌动蛋白的解聚因子 cofilin可以切断肌丝，使肌动蛋白链解聚，从而促使神经突起的基部外生14 。当 LIMK被 ROCK磷酸化后，可使 cofilin失活，继而抑制突起的外生。活化的脑衰蛋白反应调节蛋白2(CRMP2) 结合微管素调节微管的组装，它
12、的过表达可以促进轴突的延长。当 CRMP2被 ROCK磷酸化后，其功能失活，从而引起 MAG对轴突外生的抑制效应13 。通过 NgR/Lingo1/p75NTR 或 NgR/ Lingo1/TROY 调节MAG、Nogo66 和 OMgp，通过 Rho和 ROCK的活化将抑制信号转导入神经元内。TROY 可代替 p75NTR参与信号转导。另一种来自于少突胶质细胞的轴突抑制因子RGMa 通过受体 Neogenin激活神经元细胞内的 RhoROCK途径。最终活化下游分子 MLC 、LINK 和 CRMP2 ，发挥抑制轴突外生的作用15 。3 针对 RhoROCK 途径的干预治疗Rho 信号通路在轴
13、突再生中视神经损伤的在体研究表明，C3 酶作用于视神经损伤区，可使 Rho失活，从而引起是神经节轴突再生，并可跨过瘢痕组织16 。在体脊髓损伤实验发现，在损伤区的神经细胞突起处存在大量活化的 RhoA，从而激活 ROCK，研究表明阻断 RhoA和 ROCK均可以促进轴突生长17 。Monnier 等18发现一种小分子物质Y27632 不仅可以抑制 ROCK活性，还可以阻断硫酸软骨素蛋白多糖的作用。Y27632 作为 ROCK的主要抑制剂，对各种原因导致的神经损伤均具有保护作用，可增加神经元细胞的存活和神经突起的延长1921 。同时，Lingor 等22发现 Y27632 与 CNTF(另一种
14、ROCK抑制剂)联合使用更有利于神经突起的生长和再生，并有望用于临床治疗各种神经损伤及退行性病变。羟化法舒地尔作为 ROCK抑制剂可为通过减少缺血脑区的血管痉挛提供神经保护作用23 。ROCK 抑制蛋白 p21cip1/WAF1通过鞘内注射可增加脊柱半切皮质脊髓束纤维的再生、出芽和功能恢复24 。活化的 PKA有灭活 RhoA的效应25 ，胞内 cAMP提高后，可激活蛋白激酶 A(PKA)，从而抑制 Rho的效应，促进生长锥的延伸。研究证明体内注射 cAMP可使脊髓和感觉神经的轴突再生26 。以上表明通过抑制RhoROCK 途径可促进 CNS损伤后轴突的再生和功能恢复。4 展 望综上所述，抑制
15、 RhoA和 ROCK均可提高损伤后 CNS的轴突再生和功能恢复。相对于对抑制配体效果的局限性， 抑制 Rho信号通路中的相关酶必将取得更好疗效。抑制 RhoROCK 途径的舒地尔已应用于临床，且未显示出明显的副作用27 。而 C3类似物已进入临床/期临床实验28 。通过对中枢神经再生的抑制因素和 Rho信号通路的深刻理解，必将为以后的研究及其相关临床治疗提供更多新的切入点，有望广泛用于中枢神经的损伤及退行型病变的临床治疗。【参考文献】1 McGee AW，Strittmatter SM.The Nogo66 receptor：focusing myelin inhibition of axo
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