Nogo-A蛋白和IGF-1在慢性脑缺血白质损伤修复的研究进展

刘雁伟 杨世强 张 梅 冯学敏 周春奎

(吉林大学第一医院二部神经内科，吉林 长春 130021)

神经纤维再生抑制因子(Nogo-A)是在中枢神经系统受损后具有抑制轴突再生的因子，称为髓鞘相关蛋白。胰岛素样生长因子(IGF-1)是胰岛素家族成员之一，促进神经元的存活、分裂及轴突的生长以及维持和调节神经功能，并有助于神经细胞受损后的功能恢复〔1〕。慢性脑缺血(CCI)是指大脑整体水平的血液供应减少(低于40～60 ml·100 g-1·min-1)的状态，而非局灶性的大脑缺血，经颅多普勒(TCD)、正电子发射断层成像技术(PET)、单光子发射计算机断层核素显像(SPECT)证实有症状的CCI患者，大脑皮层各部位脑血流量(CBF)均低于同龄正常人；与多种原因引发的长期慢性脑血管疾病密切相关，多种原因引发的长期慢性脑血流灌注不足可导致持久性或进展性认知功能障碍〔2～4〕，还是血管性痴呆、Alzheimei病及Binswanger病等多种疾病的共同病理基础，其主要的病理学改变包括皮质萎缩、皮质和海马神经元变性、白质疏松、神经胶质细胞增生和毛细血管床的改变等。

1 Nogo-A

1.1Nogo-A的发现 2000年，Chen，grandpre和Prinijha所在的3个实验室几乎同时分别克隆出大鼠和人类抑制受损轴突再生的基因Nogo基因〔5〕，Nogo基因编码Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C三种蛋白，其中Nogo-A是Nogo蛋白中最大的亚型，也是Nogo蛋白中轴突生长抑制作用最明显的。Nogo-A是含有1 163个氨基酸的膜蛋白。

1.2Nogo-A的分布 Nogo-A主要表达于投射神经元和形成髓鞘的少突胶质细胞中，在胞膜、胞质和胞核中都存在。Hasegawa 等采用原位杂交组织化学方法发现，Nogo-A mRNA广泛存在于中枢神经系统神经元和少突胶质细胞中〔6〕。Jin等〔7〕采用Western印迹、免疫组化方法和免疫金电子显微镜技术证实，在脑和脊髓组织的细胞核、细胞质和细胞器有Nogo-A广泛分布。

1.3Nogo-A的作用特点 既往多项研究发现，Nogo-A是中枢神经系统损伤后轴突再生中具有抑制作用，具有以下特点：(1)Nogo-A能以剂量依赖的方式抑制3T3成纤维细胞轴突的伸展和背根神经节(DRG)神经元神经纤维生长〔8〕。(2)Nogo-A单克隆抗体(IN-1)可拮抗Nogo-A的轴突生长抑制作用。进一步研究发现，Nogo-A有两个单独表达的抑制性功能区域：一个是包含66个氨基酸亲水结构域的Nogo-66〔9〕；另一个是长的氨基酸区段(NiG)。这两个结构域在抑制轴突生长方面起着协同作用。

目前所知，Nogo-A可能通过以下3种方式抑制神经元轴突再生〔10〕：(1)细胞方式：完整少突胶质细胞表面的Nogo-66与损伤神经元的受体(NgR)结合；(2)细胞膜方式：从受损少突胶质细胞脱落下来的含Nogo-66的膜片段与损伤神经元的NgR结合；(3)完全溶解的少突胶质细胞释放Nogo-A抑制性功能区(amino-Nogo)和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段，amino-Nogo和Nogo-66共同产生更强的抑制作用。Hsieh等〔11〕发现Nogo-66的信号是通过LIM(LIM是Lin-11、Isl和Mec-3三个基因的首字母缩写)激酶和弹弓磷酸酶调节肌动蛋白解聚作用因子cofinlin的磷酸化而实现的。在损伤脊髓神经组织中，多数情况下3种方式同时存在，介导Nogo-A抑制中枢神经元轴突再生作用。

2 IGF-1

2.1IGF-1的研究现状 IGF-1是由70个氨基酸残基组成的单链碱性多肽，分子量为7 694 kD，t体内大部分组织产生IGF-1，并通过内分泌、自分泌和旁分泌发挥作用，大量存在于循环中〔12〕，也广泛分布于中枢神经系统和外周神经系统中，它的生物活性受到IGF-1结合蛋白(IGFBP)-1调控〔13〕。近年来发现IGF-1在调控神经生长方面十分重要，具有保护作用，能够减轻多种病理因素对中枢神经系统造成的损伤，有助于神经细胞受损后功能恢复，对神经生长、发育也起着非常重要的作用〔14〕。

2.2IGF-1的分布 IGF-1属于胰岛素家族成员之一，是一种在体内外均具有生物活性的细胞因子，广泛存在于正常脑组织中，促进轴突的生长以及维持和调节神经功能的表达，在脑损伤时被激活，能阻止细胞凋亡和死亡〔15〕。

2.3IGF-1对中枢神经系统作用特点

2.3.1调节细胞内钙离子 细胞内钙离子水平升高是引起神经细胞凋亡的重要途径。缺血、缺氧低灌注时由于钙泵失灵导致神经细胞内钙离子浓度异常增高，触发一系列有关的酶反应过程，导致不可逆损伤。Selinfreund等〔16〕对CH4C4细胞的研究发现IGF-1能够引起钙通道电流快速增加。在IGF-1调节神经细胞电压依赖型钙通道的研究中，Kleppisch等〔17〕提出钙通道电流密度改变与调节突触传递、新突触结构形成、轴突生长及动作电位方式变化生理相关，钙离子被认为是神经细胞轴突形成及有丝分裂活性调节剂，实验结果与Venters〔18〕研究一致，指出在中枢神经系统(CNS)IGF-1的生物活性至少有一部分是由于IGF-1刺激了电压依赖型钙通道使细胞内钙离子升高所致。

2.3.2调节酶活性 IGF-1R具有内在酪氨酸激酶活性，也具有其他细胞内酪氨酸激酶的能力，能够激活PI3-K 的PI10催化亚单位，PI3-K的激活是IGF-1促进小脑神经细胞存活的实质，并促进神经胶质细胞分化为星形和少突胶质细胞〔19〕。IGF-1增加PI3-K活性为剂量依赖性，IGF-1也能激活蛋白激酶C，在其参与下IGF-1促进星形胶质细胞有丝分裂。多项研究表明酪氨酸激酶能够调节神经钙通道，长期增强突触囊泡和神经递质释放〔20〕。

2.3.3调节脑的糖代谢 在出生后早期，发育中脑需要大量热量供应以支持神经胶质营养脑形成，当缺乏营养时可导致终生智力缺陷，胰岛素在脑内合成量小，也很少通过血脑屏障，然而IGF-1与胰岛素同源，大量存在于发育的脑中。Cheng等〔20〕认为发育的小鼠脑区域的二脱氧D-葡萄糖(2DGU)与IGF-1的表达平行，在缺乏IGF-1脑中葡萄糖的利用明显下降，成熟的小鼠表达量较小，但若注射微量IGF-1，可引起明显的局部2DGU增加，在脑损伤时IGF-1表达与2DGU增加一致。也有人提出IGF-1在动物模型中保护海马和中隔神经细胞并能抵抗低糖损伤。

3 CCI白质损伤

3.1CCI模型 结扎双侧颈总动脉(2VO)是目前公认比较好的CCI模型，经证实这一模型能使大鼠术后数月CBF仍明显下降，不同脑区CBF下降的程度不同。Otori等〔21〕用放射性同位素测定Wistar大鼠2VO术后局部CBF变化，观察到术后2 d及1、4、8 w侧脑室旁白质胼胝体的血流量分别为对照组的33.3%、41.8%、56.4%、81.4%。该模型操作简单，重复性好，且完全结扎双侧颈总动脉造成全脑不完全性缺血程度基本相同，使实验各组时间、个体间均具有很大的可比性。根据大鼠2VO术后局部CBF的恢复程度、代谢和病理学的改变情况，有人认为术后8 w～3个月的损伤过程与临床更为接近〔22，23〕。

3.2病理改变 缺血性白质损伤病理变化主要包括小胶质细胞激活、星形胶质细胞反应性增生和肥大、少突胶质细胞减少、白质疏松和脱髓鞘〔24〕。小胶质细胞是中枢神经系统内的免疫效应细胞，在病理情况下被激活，产生多种细胞因子，释放细胞毒素，造成脑白质损伤。Vicente等〔25〕研究Wistar大鼠2VO术后13 w的病理变化，发现在视束中激活的小胶质细胞是对照组的将近10倍。星形胶质细胞在慢性缺血缺氧情况下反应性胞体增大、突触增长、数量增多、胶质纤维酸性蛋白呈强阳性表达。反应性变化的星形胶质细胞一方面对缺血后组织损伤的修复及内环境的稳定起重要作用〔26〕；另一方面产生的一氧化氮和肿瘤坏死因子(TNF)-α，可介导少突胶质细胞的凋亡，加重白质的损伤〔27〕。

3.3机制特点

3.3.1免疫炎性损伤 脑白质区含有大量炎性胶质细胞，炎性胶质细胞在缺血后大量激活，与通过损伤的血脑屏障进入脑实质的激活白细胞、免疫球蛋白、补体等共同引起免疫炎性反应，通过产生丝氨酸蛋白酶、尿激酶、胶原酶、弹性蛋白酶等毒性蛋白酶和分泌TNF-α、一氧化氮、白细胞介素1β等炎性介质引脑白质损伤〔28，29〕。

3.3.2氧化应激反应 在脑缺血等病理情况下氧化应激反应增强，导致反应性氧自由基过多，且自由基清除酶如超氧化物歧化酶(SOD)等活性降低，动态平衡破坏，启动自由基连锁反应，造成组织缺血损伤进一步恶化。Bharti等〔28〕观察到，2VO术后10 d脑组织氧化自由基毒性代谢产物丙二醛增加，而谷胱甘肽显著减少、SOD活性显著下降。

3.3.3少突胶质细胞的损害 白质缺血后免疫炎性反应释放大量的炎性细胞因子、蛋白酶和氧自由基等，这些物质直接或间接促进少突胶质细胞死亡。少突胶质细胞数量减少可导致脱髓鞘病变，并使髓鞘包绕的轴突出现严重功能障碍。Masumura等〔30〕认为，由活性小胶质细胞产生的TNF-α可能通过TNF受体1、半胱氨酸蛋白酶(caspase-2)和caspase-3介导少突胶质细胞凋亡，从而导致白质损害。

4 结语与展望

神经系统损伤后的保护和修复一直是神经学领域的热点。脑神经损伤后，Nogo-A蛋白和IGF-1受体蛋白各自发挥着不同的生物学作用。Nogo-A抑制神经再生；IGF-1受体促进神经再生。通过对这些神经系统损伤修复相关问题的不断研究，为CNS损伤再生的研究提供了新思路。

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