Nogo蛋白与周围神经再生

贾波 黄伟 王天兵

周围神经损伤修复是医学科学的难题，即使应用了精细的显微外科技术，功能恢复还是不能令人满意。如何加快损伤后神经再生修复，是当前神经损伤研究领域内的一个重要课题。Nogo家族是由—Reticulon—4基因编码的蛋白质产物，其在神经损伤再生中发挥了重要调控作用。针对Nogo蛋白家族相关成员及其对神经再生的影响和机制，现就目前的文献资料作一述评。

一、Nogo蛋白基本情况

Nogos（neurite—outgrowth—inhibitor—proteins）最早因其在中枢神经系统中强烈的抑制神经再生作用而被发现。为了研究神经再生抑制因素，Caroni与Spillmann相继发现对神经突生长具有强烈抑制作用的同源性蛋白NI，其特异性单克隆抗体可中和髓磷脂对轴突再生的抑制作用［1-2］。最终，Chen—等从大鼠cDNA文库中发现了编码该蛋白的基因，并将其正式命名为Nogo［3］。Nogo主要位于真核细胞的内质网上，其蛋白C端均含有网状蛋白同源域，因其又是网状蛋白家族（reticulon—protein—family，Rtn）的一员，故被称为Rtn4。

由于启动子和剪切方式的不同，哺乳动物的nogo基因主要有三个转录本：Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C。其中Nogo-A/B的转录由启动子1负责。Nogo-C的转录则由启动子2负责。三种Nogo蛋白的氨基端没有同源性，也没有通常作为信号肽的疏水区，但它们有相同的羧基端。羧基端由188个氨基酸组成，包含66个氨基酸组成的亲水结构域（Nogo66）和两个疏水结构域。Nogo66是3种Nogo蛋白共同的氨基酸序列，正是由于这66个氨基酸残基的存在,才使Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C都具有神经抑制活性［4］。另外羧基端有内质网定位信号，因此Nogo主要定位在内质网。但Dana—等发现Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C位于数种细胞株的质膜表面，并且不同的转录本在多种不同细胞株中可形成复合体并相互作用［5］。同时，Nogo-A的氨基端以及羧基端均可以暴露在细胞膜表面发挥抑制轴突再生的作用［4］。因此，Nogo并非仅仅位于内质网并在胞内发挥作用，还可影响细胞外的其他细胞。

二、Nogo-A与周围神经再生

Nogo-A主要表达在中枢神经系统而不表达于周围神经［6］，但在促神经再生能力更强的周围神经环境中，Nogo-A同样可以发挥出强烈的抑制神经生长作用。其在周围神经的研究主要有三方面：（1）坐骨神经再生：在小鼠雪旺细胞中转入Nogo-A后，与正常去神经支配的坐骨神经相比，其表达减慢了轴突生长速率，小鼠下肢运动功能恢复明显变差［7］。（2）对背根神经节的影响：给予小鼠脊髓背根神经节（dorsal—root—ganglia，DRG）Nogo-A特异性中和抗体处理，处理组比对照组DRG生长出更粗壮的网状结构神经突，并且神经束的分支显著减少，小鼠背根神经的生长和功能增强在抑制Nogo-A后得到增强［8］。（3）周围神经移植：在玻璃体内坐骨神经移植有助于大鼠视神经的再生，而这种再生与雪旺细胞衍生因子诱导NgR和Nogo-A蛋白降解有关［9］。

与中枢神经系统相比，周围神经系统对轴突有更好的促再生环境，其多种相互作用的再生因子更有利于神经的再生，而将Nogo-A作为一种有效的神经突生长抑制剂则可以超越已知存在于损伤的外周神经中的多种强烈的再生增强因子，抑制周围神经的再生［7］。

Nogo-A具有两个重要结构域，分别为位于氨基端的Nogo-A特异性结构域amino-nogo和位于羧基端的Nogo蛋白同源结构域Nogo66。Nogo-A与NgR结合抑制轴突再生的作用可以通过Nogo66完成，Nogo66通 过 与NgR、p75TRN/troy、Lingo-1等形成的复合物受体结合将抑制信号传入轴突内［10］，经过了ROCK激酶激发肌动蛋白解聚从而活化下游RhoA，导致生长锥塌陷，发挥抑制轴突再生作用［11］。Amino-nogo比Nogo66的抑制作用更加广泛［12］，它可以抑制脊根神经节轴突和小脑颗粒细胞轴突生长以及成纤维细胞的扩散。然而，目前对作用其机制仍需要进一步探索，amino-nogo和nogo66均可以独立发挥抑制轴突再生的作用，而amino-nogo的存在或许正是Nogo-A对轴突的作用可以强于其他Nogo蛋白的原因。也正是它的存在让我们发现Nogo-A对于神经的抑制途径是多方面的，它并不仅仅作用于轴突生长锥，还可以通过影响神经内成纤维细胞的迁移来影响轴突的生长。这也给我们的研究打开了另一扇大门。

三、Nogo-B与周围神经再生

与Nogo-A不同，Nogo-B在全身各组织广泛表达且功能具有多样性［13］，主要调节血管重塑［14］和细胞凋亡过程。在周围神经系统中Nogo-B大量表达在雪旺细胞，在神经元内则表达较低。它的调节凋亡作用在损伤神经雪旺细胞内活跃进行，大鼠坐骨神经横切后1周，在损伤点附近的雪旺细胞中出现明显增加的Nogo-B蛋白切割现象，不同于经典的caspase-3调控方式，该切割过程主要受caspase-7的调控［15］。然而该过程与周围神经的修复功能是否相关则需要进一步的探索。其他关于Nogo-B在周围神经再生中发挥作用的研究主要有两方面：（1）Nogo-B大量表达在雪旺细胞，主要定位在内质网和细胞质膜，而不存在于髓鞘内;（2）Nogo-B—/—NgBR信号轴可以调控轴突分支数量。敲除雪旺细胞Nogo-B的表达或阻断其神经元受体NgBR可以导致感觉神经元的轴突分支数量明显减少，但轴突长度不受影响［16］。

敲减后，Nogo-B与Nogo-A对于神经的作用有相似之处，都可以减少神经再生轴突的分支数量而不影响神经再生的长度，这使得再生的神经更加粗壮，功能更加活跃。已经证实，Nogo-B所调控的轴突分支数量减少的作用并非由Nogo66介导完成。因为使用Nogo66拮抗肽NEP1-40可抑制Nogo66与NgBR受体的结合，却并没有改变Nogo-B对轴突数量的调控作用。通过干预AmNogo-B或许可以阻断Nogo-B对轴突分支数量的调节作用，却需要进一步证实。Nogo-A或许也存在与AmNogo-B功能相近的结构域来发挥这一作用，如果有的话，它是否与amino-nogo有关，对于这一问题的研究，将有助于我们进一步认识Nogo蛋白的作用机制，对于Nogo蛋白家族各成员之间的相互联系和相互作用也必然会有更深入的发现。

另一方面，过表达后的Nogo-B是通过雪旺细胞的凋亡途径来影响神经再生，或是与Nogo-A一样可以诱导生长锥的塌陷，目前也尚未有研究证实。

四、Nogo-C与周围神经再生。

Nogo-C在全身组织多处都有表达，最多表达于骨骼肌中。目前关于Nogo-C的研究多集中在其促进细胞凋亡的作用，它可以促进心肌梗死中发生的心肌细胞凋亡［17］，抑制Nogo-C的表达则可以保护心肌细胞。在周围神经系统中，Kim等在小鼠雪旺细胞内过表达Nogo-C，发现其对周围神经再生发挥抑制作用［18］，但其抑制神经再生的机制是否涉及细胞凋亡有待于进一步探究。

五、Nogo受体（Nogo—receptor，NgR）

NgR是在髓鞘中发现的三种轴突生长抑制分子—Nogo-A，髓鞘相关糖蛋白和少突胶质细胞髓鞘糖蛋白的常见受体［19］。目前普遍认为NgR在引起生长锥塌陷和抑制神经轴突生长中具有重要作用［19-20］。它可以结合Nogo蛋白，与p75TRN、Lingo-1等结合形成配体/受体复合物，经由RhoA途径介导轴突再生抑制作用。

此外，NgR还表达在巨噬细胞，参与介导周围神经损伤后髓鞘和轴突的崩解过程［21］。周围神经损伤后的Wallerian变性过程需要巨噬细胞参与吞噬远端损伤的轴突和髓鞘，在此过程中，巨噬细胞必须进入雪旺细胞基底层，Wallerian变性结束后，巨噬细胞需再从雪旺细胞基底层迁出，进入血管从而离开神经［22］。NgR在与髓鞘存在时可以抑制巨噬细胞与髓鞘之间的结合。在坐骨神经损伤后，轴突中的NgR表达迅速下调，但在损伤神经中活化的巨噬细胞内表达逐渐增加。在损伤初期巨噬细胞中NgR表达尚未增加时，巨噬细胞进入损伤神经中吞噬残留髓鞘，随着新的神经髓鞘再生，巨噬细胞上的NgR与髓鞘中的配体之间的相互作用能够活化RhoA，促使巨噬细胞从雪旺氏细胞基底层流出。因此NgR介导了神经修复过程中巨噬细胞的清除［21-23］。

六、小结

Nogo-A对神经的抑制作用最强，虽然它主要分布在中枢神经系统内，但在周围神经内表达时，它可以强于周围神经内其他的促神经再生因子而发挥作用。另外，Nogo-A的作用机制广泛，不仅可以通过诱导生长锥塌陷，它还可以影响再生神经元的分支数量，降低其功能。同时它还对神经内的非神经细胞有迁移抑制作用。Nogo-B和Nogo-C分布更为广泛，其作用也更加多元化，在神经系统中，它们不仅拥有与Nogo-A同源的Nogo66结构域从而可以发挥出抑制神经再生的作用，还可以参与细胞凋亡过程，存在着可能影响神经生长的其他机制。NgR的作用也较为复杂，目前研究认为，它是Nogo66抑制轴突生长的关键。是Nogo66的唯一受体。但NgR却存在着多种配体，除Nogo66外还有髓磷脂相关糖蛋白和少突细胞髓磷脂糖蛋白。它们均可以与NgR结合发挥抑制神经再生作用。除此之外，NgR也存在于神经元之外的其他细胞影响着神经修复的其它环节。

七、展望

纵观Nogo研究的现状，对于主要分布在中枢神经系统的Nogo-A来说，抑制轴突生长只是其功能之一，其他的功能正在逐渐被人们所认识。然而Nogo-A抑制轴突生长的研究仍有许多问题亟待解决，如其在神经损伤区域并没有明显表达改变，amino-nogo的具体作用机制尚不清楚等。进一步研究Nogo-A在周围神经系统中的作用，对揭示神经再生的机制具有重要意义。另外，对于在体内广泛分布的Nogo-B、Nogo-C和NgR分子，探索其在周围神经损伤中发挥的作用能够更深刻、更全面的认识神经修复机制，为调控周围神经再生提供新的思路。