外周神经系统中神经微丝蛋白研究现状

李建宁，任 维，刘一辉

(1陕西师范大学生命科学学院，西安710062;2宁夏医科大学基础医学院)

神经微丝蛋白(Neurofilaments，NFs)作为神经细胞骨架系统成员的结构和功能在视神经损伤及中枢神经系统(Central nervous system，CNS)疾病中已经有很多研究。现将NFs在外周神经系统(Peripheral nervous system，PNS)中作用的研究进展综述如下。

1 NFs的一般外周特性

NFs是专一性表达于CNS和PNS神经元及其邻近轴突中的细胞骨架主要结构单位。NFs是组装的异源多聚体，由轻型NF(NF-L;66 kDa)、中型NF(NF-M;95-100 kDa)、重型 NF(NF-H;110-115 kDa)蛋白和 α-介连蛋白(α-Catenin，α-Cat)组成［1］，其中α-Cat表达于发育早期，在神经系统成熟后正常下调。NFs在神经元胞体或近胞体侧轴突堆积是运动神经元疾病的标志，也被认为是神经元轴突降解的标志物。通常认为NFs具有“脚手架”的功能，在细胞内用来锚定各种不同的细胞内细胞器与胞质蛋白［2，3］。对于 NFs形态、直径、分类、基因定位及多肽链结构等相关生物学特性的认识已经比较清楚［4］，本文仅对其与PNS及外周神经损伤相关的特性进行陈述。

一般认为，PNS在神经系统发育早期最先表达的是边缘蛋白并在整个轴突发生过程中保持高浓度，随后 NFs逐渐开始表达，直到成熟后稳定表达［5］。与NFs mRNA结合的蛋白有很多种，均参与维持NFs mRNA的稳定性等功能，而这些功能失调可导致某些疾病发生。CNS通常通过对NFs mRNA的运输、翻译后调控及其本身稳定性改变来影响轴突发育和神经元稳定性［6］。Yabe等研究发现，在轴突生长中NFs运输会被驱动蛋白(Kinesin)的抗体和噻氨酯哒唑(Nocodazole)所阻断，提示其可沿微管通过顺行方式利用驱动蛋白作为运输马达而输送到坐骨神经远端［7］。NFs受制于其他一些蛋白质的表达与调控。比如运动神经元存活蛋白-1(Survival Motor Neuron 1，SMN1)表达减少会导致远端神经肌肉接头处(NeuroMuscular Junctions，NMJs)NFs堆积［8］。

由NFs建构的轴突网络形成对于轴突直径扩张和传导速度增加至关重要，有学者认为由重型与中型NF形成神经微丝侧臂(Sidearm)，此侧臂被认为可以插入神经束骨架中，在调控中间细丝空间构型与轴突直径中起关键作用，其中的重型NF受到磷酸化调控，而中型NF在所有NFs空间构成与轴突直径调控中起更重要的作用［9］。Perrot等［4］也认为，NFs亚单位磷酸化在调节其生长、运输、形态和功能上起关键作用，而糖基化及一些位点(包括部分蛋白质模序)修饰也参与其中。

2 NFs与PNS

2.1 NFs与正常外周神经纤维 目前研究认为，NFs在成年鼠PNS(包括CNS)轴突中密集堆积似乎是一种普遍现象，NFs为PNS轴突中含量最多的细胞骨架成分，在有髓轴突中占90%以上。成年鼠轴突内NFs间距为28 nm，幼鼠轴突内NF间距为55 nm，幼鼠与成年鼠近端与远端坐骨神经中NFs密度不同，此差别与轴突横截面积相关［10］。对巨轴索神经病的研究发现，NF在轴突上的定向缺失可导致其直径增加和间距减少［11］。PNS主要通过类似于CNS神经元胞体进行信息整合、处理加工及输出，调控NFs表达。Perrot等［4］认为，NFs决定轴突直径并促进长距离轴突生长活动，从而影响沿轴突进行的电传导。

通常根据移动特性将轴突内的NFs分为移动NFs和静止NFs，但是NFs静止态与停顿态之间的关系还不清楚［12～14］。一般认为，NFs是在神经元胞体合成并被沿轴突通过慢速运输传递的［15］。Yuan等［14］在视神经中发现，少于25%的NFs在经慢速轴浆运输后仍然保留在视神经轴突内，提示在成熟视神经轴突内超过90%的NFs组成固定细胞骨架，其余不足10%则经过慢速轴浆运输;同时认为经慢速轴浆运输的NFs或其亚基多聚体是形成成熟轴突高稳定性细胞骨架结构的前体。对于NFs三联体的研究发现，PNS中NFs三联体在mRNA水平明显上调，这种上调需要靶标的接触，且与NFs mRNA的稳定性相关，继而受担任NFs mRMA稳定性决定者的上游蛋白调控［16］。NFs表达与轴突发育和神经元稳态维持密切相关。主要通过转录后调控来影响其mRNA运输、翻译及稳定性。有实验显示，在轴突再生中机体通过增加转录决定NFs表达，并认为正是这种调控的异常导致疾病产生［6］。已知在金鱼摩斯纳细胞轴突及哺乳动物坐骨神经中有NFM的mRNA水平表达，但是否是从邻近的浦肯野细胞和施旺细胞合成并运输而至尚不清楚［17］。Grant等［18］发现，细胞周期蛋白依赖性激酶-5(Cyclin-dependent kinases-5，Cdk5)可通过使NFs发生磷酸化反应影响骨架蛋白质间的动态交互，继而调控神经纤维生成与轴突径向生长。有研究利用放射标记技术发现NFs在大鼠背根神经节(Dorsal Root Ganglia，DRG)和靠近DRG胞体轴突中的磷酸化程度比DRG胞体远端坐骨神经要高，且磷酸化程度与细胞骨架蛋白慢速运输密切相关［19］。

2.2 NFs与外周神经损伤 外周神经病理性疼痛是一类特殊疼痛，其直接来源于影响躯体感觉系统的损伤或疾病，以自发性疼痛、痛觉过敏和痛觉超敏为特征［20］。多种动物外周神经损伤模型的相关损伤机制研究发现，与疼痛密切相关的多种蛋白质因子均可有不同水平的表达变化［21，22］。NFs具有高度动态结构，在发育与成熟神经元中经历了亚单位组成的明显变化，继而影响轴突的形态与生理学功能［2］。低等脊椎动物中枢神经截断后，NF-M mRNA在PNS中的表达比正常轴突降低，说明PNS有髓轴突直径由NF-M 决定［23，24］。一般认为，CNS受损后，作为细胞骨架组成的NFs在mRNA和蛋白质水平均下调，比如大鼠CNS脑皮质损伤能引起受损侧及对侧脑皮质中NF-H蛋白水平明显下调［25］。已证实NFs与CNS疾病(如肌萎缩侧索硬化症，多发性硬化症等)发生机制、预后监测关系密切［26］。如前文所述，针对其结构磷酸化、糖基化等修饰所引起的变化均与神经变性疾病发病机理相关［2］。

相较于CNS，外周神经损伤可导致神经结构发生程度不一的改变，这些改变一方面是损伤的结果，一方面是应对损伤的修复过程。有研究发现，在对成年大鼠一侧坐骨神经造成压迫损伤后，L4和L5水平大DRG胞体中NF三联体mRNA水平在术后7、14、28 d均降低，NF-L和NF-M mRNA水平术后1 d即下调，NF-H mRNA水平则于损伤 7d后下调［27］。对截断外周神经后再生轴突进行的研究发现，NFs亚单位表达与轴突生长模式是重复进行的，并推测NFs亚单位表达与再生与否密切相关［28］。Xiao等［22］检测了坐骨神经截断后 2、7、14、28 d 后相连DRG胞体中三种NF mRNA水平，结果发现仅有NF-M在7 d前后轻微降低。

Uchida等［10］也发现，近端NF堆积可导致远端轴突生长停滞。Chiu等在强饲2，5-己二酮(2，5-HexaneDione，HD)导致的神经轴突萎缩模型中发现，胫骨神经轴突中三种NF蛋白均有明显下降，而坐骨神经中仅为小幅降低，提示轴突NFs含量递减与HD导致的轴突萎缩并非一一对应，即可能有其他调控NFs密度因子的改变参与了轴突萎缩的发生机制［29］。Lopachin等［30］也认为 HD 与可溶性 NF蛋白密切相关，可通过阻断骨架结构合成与维持导致轴突萎缩。Song等［31］对HD所致坐骨神经炎症进行的研究发现，16周后坐骨神经中NF-H和NF-L表达升高恢复到正常水平，而NF-M则无明显逆转;相关研究提示，PNS中NFs的确参与了轴突损伤(压迫性与药物性)后的变性与再生过程。

3 小结

综上所述，NFs广泛存在于PNS中，不论在正常轴突组织及其发育中，还是在受损轴突的正常再生中，NFs蛋白表达与轴突向外生长和成熟的一致性均存在密切关系［6］，与外周神经病理性疼痛的产生和维持有密切联系。在上述层面应用药物干预可能成为较好的治疗途径，从而为临床慢性疼痛患者减轻痛苦提供更广阔的前景。

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