神经细胞骨架在神经细胞迁移中作用的研究进展

王永生综述，朱 虹审校

0 引 言

在中枢神经系统发育过程中，神经细胞迁移过程是复杂并被精细调控的，神经细胞将接受到的胞外信号传递至胞内，经过一系列信号途径传导最终到达胞内细胞骨架，通过细胞骨架蛋白微管、微丝及神经细胞黏附分子等共同作用完成整个迁移过程，到达大脑特定部位，构成复杂的神经网络体系，进而发挥正常的脑功能。神经细胞骨架在神经细胞迁移过程中起着非常重要的作用，其出现异常会影响到神经细胞最终的正确定位，继而导致大脑功能异常。本文主要对细胞骨架在神经细胞迁移中的作用作一综述。

1 细胞骨架与神经细胞迁移

细胞骨架是由三种蛋白纤维组成的网状结构系统，包括微管、微丝和中间丝。每种纤维均由不同蛋白质亚基构成，其聚合和解聚过程受胞内外各种因素的调控。

1.1微管微管是由微管蛋白组装成细长的、具有一定刚性的圆管状中空结构。其管壁由13根原纤维排列构成，每根原纤维由微管蛋白α亚基和β亚基靠非共价键结合以异二聚体的形式相间排列而成[1]。在生理状态下，微管的聚合先由微管组织中心开始，微管组织中心决定细胞微管的极性，在细胞迁移过程中维持细胞的两极性的状态，微管的正端指向微管组织中心，负端背向微管组织中心。每一微管蛋白异二聚体上均含有2个三磷酸鸟苷(guanosine triohosphte，GTP)的结合位点，微管蛋白与GTP结合而被激活，引起分子构象变化，从而聚合成微管。

1.2微管相关蛋白在神经细胞内，有一类辅助蛋白与微管共存，和微管相结合参与微管的装配过程，称为微管相关蛋白(microtubule-associated proteins，MAPs)。微管相关蛋白包括2个主要区域：一是羧基端的微管结合区，该结构域可与微管结合，加速微管的成核作用；另一个是氨基端的突出区，以横桥的方式与其他骨架纤维相连接，突出区的长度可决定微管成束时的间距大小。目前，已发现4种主要的经典微管相关蛋白，包括MAP1, MAP2, MAP4以及Tau蛋白[2]。

1.2.1Tau蛋白Tau蛋白是一种高度不对称的低分子量的含磷糖蛋白[3]，含有四个结构区，一级结构中蛋白质C端有3～4个含31或32个氨基酸残基的可结合微管的不完全重复序列区，此区域是微管结合区的核心，其侧翼序列能增强Tau蛋白与微管相结合的能力。当其C-末端区拥有6个以上的二聚体时，Tau蛋白可牢固的结合在微管的外表面，促进微管组装和轴突运输。N-末端为向外伸展出的结构域，可与其他细胞骨架分子和细胞膜相接触，维持轴突的稳定性。Tau蛋白的中央区富含脯氨酸，为与微管和几种激酶作用的靶点，对于微管从头组装非常重要[4-5]。研究表明，正常Tau蛋白含有2～3个磷酸化位点，而当Tau蛋白过度磷酸化时，减弱了与微管结合以及促进微管组装的能力[6-8]。

1.2.2MAP1、MAP2、MAP4蛋白MAP1有3种不同的亚型：MAP1A, MAP1B和MAP1C。MAP1常在微管蛋白间形成横桥，可控制微管的延长，但不能使微管成束。MAP2也有3种不同的亚型：MAP2A, MAP2B和MAP2C。MAP2能在微管间以及微管与中间丝之间形成横桥。与MAP1不同，MAP2能使微管成束[9]。MAP2分子上含有一些磷酸化部位，当cAMP依赖性蛋白质激酶具有调节功能的亚基与MAP2延伸出的长臂结合时，可使MAP2磷酸化，抑制微管装配[10-11]。MAP4蛋白广泛存在于各种细胞中，具有高度的热稳定性。

1.3微丝微丝是一种直径5～8 nm的细丝状结构，主要由2条平行的肌动蛋白单链按右手螺旋法则盘绕形成，可成束状或分散存在于真核细胞细胞质中。微丝在神经细胞中称为神经丝，存在于神经细胞的突触中，起到支架作用同时还参与神经细胞内的物质运输过程。在细胞的形态维持以及细胞运动中起着重要的作用。微丝可在两端通过添加肌动蛋白单体来增长，微丝具有极性，肌动蛋白单体加到微丝两端的速度是不相同的，添加速度快的一极为正端，添加速度慢的一极为负端，从而表现出显著的“踏车”现象。微丝的装配在体外受ATP, Ca2+, Na+和 K+浓度的影响。在具有 ATP或Ca2+或低Na+、K+的溶液中，微丝解聚形成肌动蛋白单体；而在含有Mg2+和高Na+和K+的溶液中，肌动蛋白单体则聚合组装成微丝。

1.4中间丝中间丝是由神经元纤维组成，主要包括神经元纤维蛋白和α-内连蛋白，在神经元轴突中高浓度存在。中间丝在外与细胞膜和细胞外基质有直接的联系，内与核膜、核基质相联系，贯穿整个细胞起着广泛的骨架功能。该骨架具有一定的可塑性，对维持细胞质的整体结构和功能的完整性有重要作用。因此中间丝在细胞内外起着多方面结构的构成与功能联系的作用，特别对细胞核的定位和固定有关。中间丝结构非常稳定，很少参与神经细胞迁移运动。

2 细胞骨架在神经细胞迁移中的作用

2.1微管在神经细胞迁移中的作用在神经细胞迁移过程中，微管维持细胞两极性的状态，为胞内物质提供运输轨道，帮助促进迁移相关的物质向前转运并对运输方向具有指导作用[12-14]。另外，微管还给细胞迁移过程中的细胞核提供运动轨道[15-16]。在神经细胞迁移过程中，微管与胞内某些信号分子直接或间接发生作用，来介导细胞的迁移过程，目前已经证实微管参与了hedgehog，JNK，Wnt，ERK蛋白激酶信号转导通路。

MAPs如Tau蛋白和MAP2蛋白，诱导和促进微管蛋白亚基聚合形成微管，调节微管装配过程，并在微管聚合过程中通过和微管二聚体直接可逆的结合来防止新聚合的微管解聚，从而稳定微管的聚合过程，帮助微管沿轴突方向延伸[17-18]。实验证实，大鼠成纤维细胞中注入Tau蛋白后，微管聚合增加[19]。而在转染表达Tau蛋白的细胞中也发现微管的聚合能力增强[20]。磷酸化的Tau蛋白和MAP2蛋白通常会导致其在微管聚合过程中无法和微管二聚体相结合而影响微管的聚合[21-22]。Tau蛋白可通过维持微管的稳定状态，给轴突生长延伸提供有利条件[23]。另外Tau蛋白还可被钙调素激酶Ⅱ、蛋白激酶A及MAP激酶磷酸化，降低了其与微管蛋白的结合能力从而使微管聚合减弱，进而调控微管的延长。

2.2微丝在神经细胞迁移中的作用微丝是由肌动蛋白actin组成的，微丝蛋白F-actin在神经细胞迁移中的作用体现在2个方面：①在细胞核运动中产生一个向前的推力；②与细胞外基质相黏附在一起，在细胞尾部运动时差生一个向前的拉力[24]。神经细胞迁移过程中，肌动蛋白在神经细胞生长锥周边聚合形成微丝，在细胞尾部位置收缩产生一个向前的拉力来推动神经细胞迁移[25]。同时,肌动蛋白纤维还能与各种跨膜蛋白相结合，在维护细胞形态、运动和分裂中起着至关重要的作用[26,27]。早期体外培养的神经细胞研究表明，破坏肌动蛋白微丝F-actin能够阻碍颗粒神经元沿放射状胶质细胞迁移的过程[28]。

3 结 语

神经元迁移过程是大脑发育的一个关键阶段，任何干扰神经元迁移因子的因素均会导致迁移过程出现异常。目前，有关神经细胞迁移过程的研究已经取得了重大的进展，然而神经细胞骨架在神经元迁移过程中的作用尚未安全阐明，仍有很多种类的骨架蛋白在细胞迁移过程中的作用并不明确，如微丝相关蛋白在神经细胞迁移过程所起的作用？发生作用的机制？这些问题均有待进一步解决。

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