NG2 影响脊髓损伤修复作用的研究进展

虞淦军，吕碧涛

脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)是骨科领域的常见损伤，患者伤残重、治疗难、预后差。SCI 患者在漫长的治疗及康复过程中需要耗费巨大的社会资源，如何促进SCI 修复一直是困扰脊柱外科医师和神经外科医师的难题。SCI 区疤痕形成阻碍神经轴突生长已获得公认。科学家们也发现随着对SCI修复的深入研究，不管采取何种修复方法和途径，始终要面对疤痕形成的问题。因此，解决疤痕形成阻碍神经轴突生长具有重要的研究意义和价值。SCI区的疤痕形成主要由NG2 细胞控制，NG2 细胞被认为是一种新型的胶质细胞类型，目前国内外研究存在一定分歧。本文就NG2 影响SCI 修复作用的研究现况作一综述。

1 NG2 的基本结构

NG2 是一个跨膜的蛋白聚糖，可与膜内外侧的大分子相互作用.NG2 的胞外结构域含2195 个氨基酸;胞内结构域相对较少，含76 个氨基酸。NG2 在Ser 999 上被1 条硫酸软骨素葡萄糖胺聚糖链(chondroitin sulfatase-glycosaminoglycan，CS-GAG)修饰.这条硫酸软骨素长链可能对NG2 分布在其相应的亚细胞微区域起一定作用。在细胞表面NG2和多种不同配体相互作用，包括细胞外基质组分(VI 型胶原蛋白)和生长因子等，NG2 有选择性的与血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF-AA)和碱性成纤维生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)结合，可成为这2 种生长因子的细胞表面辅助受体，从而增强这2 种因子与彼此受体的结合能力。NG2 的表达可以显著增强细胞的迁移能力，去除NG2 中的CS-GAG 长链降低了NG2转染的U251 细胞的迁移能力，说明NG2 中CS-GAG对由NG2 表达引起的细胞迁移能力的提高有一定的调节作用。

2 NG2 细胞的分布

NG2 胶质细胞在中枢神经系统(central nervous system ，CNS)中广泛分布。NG2 在大鼠胚胎14 d时的脑内开始表达，16～17 d 大量出现。在脊髓，NG2 细胞在刚出生时数目最大，而在皮质则出生后4 d 为数量最多的时期，小脑NG2 细胞数目最多时为出生后11 d。虽然髓鞘化在1 个月左右就已结束，但NG2 细胞在成年大脑中依然大量存在，在CNS 中占所有胶质细胞总数的5%～8%;在灰质和白质它们的比例有所不同，白质区为8%～9%，而灰质区为2%～3%。在皮质和海马区域，NG2 细胞和少突胶质细胞的比例为1∶1。不过有研究人员发现在海马CA1 区，NG2 细胞数量和星形胶质细胞相当，为10%～15%，几乎和神经元的数量相近，提示它在大脑中可能有重要功能［1］。除数目不一致外，灰质和白质区的NG2 阳性细胞也表现出不同的形态，在灰质区细胞胞体呈圆形或椭圆形，有许多的突起呈放射状从胞体发出;在白质，它们被髓鞘化的轴突挤在了局限的区域里，使得胞体呈长条形或梭形，其突起也呈两极放射状态，并与轴突平行。当出现脑损伤时，损伤周围的NG2 阳性细胞出现形态学改变，胞体扩大，突起也变得肥厚，NG2 的免疫反应性明显增强。

3 NG2 细胞的功能

最近的采用脑中动脉缺血(middle cerebral artery occlusion，MCAO)模型研究证实NG2 细胞有2 种亚型，一种分子量300 kDa，在脑损伤侧表达，而正常脑区分子量为290 kDa，表明在缺血损伤后NG2 细胞可能增殖，胞体变大，数目增多。由于NG2 细胞在CNS 中广泛存在，有一种可以预见的功能就是通过产生新的少突胶质细胞而有助于鞘磷脂的维持和修复。

3.1 NG2 细胞的分裂和分化功能

有学者猜测NG2 细胞可能是1 种介于神经元和星形胶质细胞之间的细胞。5-溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)和反转录转染实验都证明在体成年的NG2细胞具有自我更新和不均一分裂的能力。在培养细胞中已经发现NG2 细胞有分化成多种细胞的潜能，它能够分化成少突胶质细胞和星形胶质细胞，甚至还能分化成神经元，这也表明NG2 细胞在大脑中有多种功能。

3.2 NG2 细胞与神经元之间的联系

另外解剖学上发现白质区的NG2 细胞的突起和郎飞结相互紧密靠近，加上它和神经元有直接的突触联系，提示它可能在突触可塑性和突触生长方面有重要的功能。Bergles 等［2-3］发现神经元可与NG2 细胞形成兴奋性或抑制性的突触联系。NG2细胞有较大的钠电流，但它不像神经元可以产生连续可传导的动作电位爆发。NG2 细胞表达的α-氨基羟甲基恶唑丙酸(a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxa-zolep-propionate，AMPA)受体是钙通透性的，而通常神经系统中的AMPA 受体包含Glu R2 亚单位的是非钙通透性的。神经元活动使得NG2 细胞胞内Ca2+升高，这对于NG2 细胞的迁移、突起的生长及突触的形成都可能起重要作用。这些受体的开放与关闭对于NG2 细胞的发育分化、变性和凋亡也起较重要的作用。近年来，已有学者采用在海马区通过刺激神经元产生长时程增强(long-term potentiation，LTP)的方法，在NG2 细胞上记录到LTP，称为胶质细胞LTP(glia LTP)［1］。

4 NG2 表达水平对SCI 修复的影响

Jones 等［4］认为NG2 是主要的硫酸软骨素蛋白多糖(chondroitin sulphate protooglyeans，CSPGs)，其由少突神经胶质细胞前体表达。NG2 在SCI 后24 h内开始上升，1 周达高峰，并维持高表达到伤后7 周以上。另外，CSPGs 家族中其他成员，如多功能蛋白聚糖(versican)、神经蛋白聚糖(neurocan)、短蛋白聚糖(brevican)在伤后7 d 也适度上升，而磷酸蛋白聚糖(phosphacan)则下降。Rezajooi 等［5］也报道，SCI 后NG2 覆盖神经残支的近端，并围绕在再生轴突的周围;在残支远段再生轴突的周围，亦见多量NG2 阳性/S100 阴性的细胞沉积。

4.1 传统观念认为SCI 后NG2 表达增强抑制轴突生长

以往大量研究表明NG2 可以通过一定机制抑制轴突的生长。而抑制作用可能通过核心蛋白的结构域与细胞或细胞外基质的黏附分子结合阻止细胞粘附而实现。很早以前Dou 等［6］就发现从一种神经肿瘤细胞B49 中纯化NG2，神经元在不提供黏附分子的条件下不与NG2 覆盖的表面相接触，当把NG2 添加到培养基质中，神经生长被广泛抑制了40%～45%。Huang 等［7］实验发现巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)减少了CSPGs 中核心蛋白的表达，如神经蛋白聚糖和NG2，但是磷酸聚糖并不减少，从而促进神经元轴突的生长与再生。SCI 之后，小胶质细胞和巨噬细胞被激活，并迁移至损伤区，大量表达胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor-1，IGF-1)，除了脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)。免疫组化分析表明，CSPGs(包括NG2)与IGF-1 的表达在空间上存在正相关，与BDNF 不相关。巨噬细胞在损伤区还能介导NG2 的沉积，沉积的NG2 组成一道屏障组织轴突的生长。Jain 等［8］通过脊髓内注射NG2，并用免疫荧光染色显示后发现，在一些郎飞结区存在一些内源性和外源性的NG2，注射区的轴突传导被严重抑制，并且与剂量呈正相关。

另外，许多研究者在实验中抑制NG2 等蛋白聚糖的表达后发现包括NG2 在内的4 种CSPGs 的免疫活性被抑制，同时星形胶原细胞反应和巨噬细胞/小胶原细胞的积聚减少从而促进轴突的再生。

Yick 等［9］研究表明软骨素酶ABC(ChABC)治疗能显著降低幼鼠和成鼠SCI 瘢痕处的CSPGs 活性，促进脊髓背核神经细胞轴突再生长入移植的外周神经甚至通过瘢痕长入近端脊髓。Tom 等［10］通过在大鼠模型上显微注射一定剂量ChABC 后发现，ChABC 可以促进5-羟色胺能神经纤维的生长，并能提高其可塑性，但是无法增强其功能的恢复。Jain等［8］对ChABC 进行一定的改造，使其对热(37℃)稳定，结果发现热稳定性的ChABC 可以明显促进轴突的生长和功能的恢复。

López-Vales 等［11］研究发现，大鼠脊髓横断伤后移植嗅鞘细胞，神经胶质酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)和NG2 也呈下调状态，而嗅鞘细胞促进SCI 动物运动功能恢复的作用可能与抑制CSPGs 分子表达有关。Tan 等［12］在脊髓后索损伤后应用NG2 单克隆抗体发现可以促进轴突长入损伤区。此外，Seo 等［13］研究中药生脉散发现，它对CSPGs 也有一定的抑制作用从而促进轴突再生。

4.2 新近研究认为高水平NG2 表达促进轴突生长

当然也有许多学者发现，CSPG 并非都只是抑制轴突生长。在多行性损伤中，NG2 糖蛋白的高表达和NG2 细胞大量出现，被认为可能是修复过程中少突胶质细胞的来源［14］。而Kucharova 等［15］研究发现NG2 蛋白多糖能促进少突胶质前体细胞的增殖和髓鞘形成。Jones 等［16］通过将可以分泌神经营养蛋白的细胞，包括成纤维细胞，移植入SCI 区后，发现轴突再生首先与NG2 聚集区相关。Hossain-Ibrahim 等［17］通过实验发现，消除NG2 的表达并不影响半切除后皮质脊髓束的再生或者脊髓背根损伤后轴突的再生。de Castro 等［18］经实验后提出，NG2能促进血清素能性的轴突生长。Yang 等［19］发现从新生鼠大脑皮层分离出的NG2 细胞与新生鼠海马神经元共同培养能促进轴突生长，因此提出NG2 表达细胞促进出生后早期神经元的生长，并支持轴突再生。最近，Busch 等［20］通过NG2 阳性细胞(非单纯蛋白磷酸聚糖NG2)在体内的作用实验研究又进一步证明了这一点。他们发现NG2 阳性细胞不抑制成体轴突生长，而且他的作用很大程度上依赖于层黏连蛋白，他们同样证明NG2 阳性细胞具有利用细胞金属蛋白酶进入损伤区的能力。在SCI 中，NG2 阳性细胞能为轴突对抗巨噬细胞介导的坏死提供一个稳定的微环境。Sellers 等［21］通过实验对脊髓mRNA 分析发现，SCI 区配体生态位转录物(niche-transcriptome)的暂时变化可以影响既往损伤的重建和指导NG2 前体细胞分化，他们最后发现NG2 子代有多种家系，他们在创伤后都遵循渐进法则(progressive-cues)来补充生态位，这对神经修复可能有促进作用。

不过，de Castro［18］表示NG2 不是抑制CNS 神经元再生的主要分子，而且它也不是轴突准确定位、再生及损伤的周围神经元功能性移植所必须的分子，即NG2 与SCI 后轴突生长无关。同时其还发现NG2 基因敲除老鼠在SCI 后轴突再生与正常老鼠比较无差异。

5 NG2 表达水平对SCI 修复的影响可能具有双向机制

通过总结大量的实验研究发现，NG2 在SCI 中的确存在促进和抑制双重作用。笔者认为，这可能与NG2 的表达水平和是否受其他细胞作用的影响有关。当然也有可能NG2 细胞并不直接参与神经元修复的过程，它在其中可能只是充当信息的传递员。

在SCI 后的不同修复阶段，NG2 的表达水平受多种因素影响而不断变化，如高浓度兴奋性氨基酸，脑蛋白水解物(cerebrolysin，CL)［22］等。而随着神经修复的不断的进行，NG2 的作用也在渐渐发生改变。可能在修复初期，NG2 的高水平表达可以保护损伤的神经元，并促进修复。在修复后期，由于NG2 的大量沉积和过量表达，NG2 抑制了轴突的生长，妨碍了神经元的修复。

另外，SCI 区环境的复杂性远远超出我们的想象，SCI 区也并非只有NG2 胶质细胞，其中还有大量的巨噬细胞/小胶质细胞可能与之相互影响［23］。因此大量体外实验的结果有时在体内并不适用。单纯蛋白聚糖NG2 在体外对SCI 修复的作用可能与在体内截然相反。这也提醒研究者要有整体观念，不能将NG2 从SCI 区孤立出来进行研究。如果能将NG2 在体内SCI 修复中的作用及其机制研究清楚，这对SCI 的治疗无疑将是一大进步。

SCI 修复一直以来是科学家们研究的热点、难点。SCI 区疤痕过度增生阻碍神经轴突生长，科学家们已达成共识。但关于NG2 在SCI 修复中的作用目前存在争论，新近研究证实高水平NG2 表达能诱导轴突生长，而传统观念认为NG2 诱导疤痕形成抑制轴突生长。目前，未见有控制NG2 表达水平对SCI 修复作用的研究，是否NG2 的不同表达水平对轴突生长存在不同影响作用，NG2 在SCI 后影响疤痕形成、轴突生长是否存在双向作用机制，需要进一步研究加以明确。

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