HA/CD44在神经胶质细胞和视交叉神经中的表达及意义

刘明山，莫 亚，古 佩，何沐霖

作者单位:1(610072)中国四川省成都市，成都中医药大学眼科学院;2(610075)中国四川省成都市，成都中医药大学附属医院眼科

0 引言

透明质酸(hyaluronic acid，HA)广泛存在于细胞外间质，CD44是一类跨膜糖蛋白，是细胞表面最重要的透明质酸受体。透明质酸与透明质酸受体RHAMM和CD44以及其他透明质酸结合蛋白包括hyaladherins和蛋白多糖相互作用，调节细胞的多种生物行为，包括细胞粘附、迁移、增殖和分化以及创伤愈合等［1］。HA在神经系统中的生物活性主要由跨膜受体介导，包括TLR2，TLR4，CD44和RHAMM［2］。在这些受体中，CD44在中枢神经系统(central nervous system，CNS)中被广泛表达。视网膜是脑的衍生物，属于中枢神经系统的一部分，神经胶质细胞是广泛分布于中枢神经系统内除了神经元以外的所有细胞。视网膜来源于神经外胚层，视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells，RGCs)位于视网膜最内层－神经节细胞层，是视网膜内唯一向脑内投射的一类神经元，RGCs轴突在离开眼球之后大部分进入间脑腹侧，形成视交叉。研究证实HA/CD44在Müller细胞在内的神经胶质细胞和视交叉神经中均有表达，本文就有关HA及其受体CD44在包括Müller细胞在内的神经胶质细胞和视交叉神经中的表达及意义的研究进展作一概述。

1 CD44与HA结合及其分子基础

CD44是最主要的一种细胞表面透明质酸受体［3］，CD44与HA非共价结合，结合部位可以延伸至数个重复二糖单位。CD44与HA结合有三种方式:(1)CD44分子的细胞外部分携带的N－糖基化部位与HA结合;(2)修饰后的N－糖基化部位与HA结合;(3)在体外，CD44蛋白胞浆部分的末端与HA结合。

CD44与HA结合的特性由CD44异构体的特性及表达CD44的细胞性质决定。CD44可处于三种不同激活状态［4］:(1)灭活态，CD44不能结合 HA;(2)可诱导激活态，在特异的抗CD44单抗或者激活剂的诱导下，CD44被激活，能够与HA结合，如大多数静止的T细胞;(3)组成性激活态，不需要任何激活剂，CD44就处于激活态，可以与HA结合。CD44所处的激活状态可能由其自身基因转录后修饰所决定，特别是糖基化修饰。每一个CD44异构体在靠近其N末端处均含有一个连接组件(link module)，连接组件约由100个氨基酸残基组成［5－6］。

CD44与HA的结合发生在细胞表面，CD44对应于其HA分子上的单个CD44－HA结合结构域的亲和力非常低，但是在细胞表面存在着众多紧密排列的CD44受体分子，与HA的高度重复的二糖单元结构结合。因此HA分子与CD44在细胞表面结合时，包含了众多低亲和力的受体－配体的相互作用［7］。这也是细胞表面粘附受体－配体相互作用的一大共性，但对于CD44来说更重要，因为其配体HA具有高度的重复特性。

2 HA/CD44在包括Müller细胞在内的神经胶质细胞中的表达及意义

2.1 HA/CD44在神经胶质细胞中的表达及意义 神经胶质细胞是广泛分布于中枢神经系统内除了神经元以外的所有细胞，周围神经系统中的施旺细胞和卫星细胞，中枢神经系统中的星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞都是神经胶质细胞中常见的重要种类。有研究最初报道了CD44的表达主要发生在人脑的白质(白质是中枢神经系统中主要的三个组成元素之一)中。之后的研究表明CD44蛋白的来源是神经胶质细胞，特别是星形胶质细胞［8－12］。Gorlewicz 等［13］也证明 CD44 在中枢神经系统和外周神经系统中主要通过神经胶质细胞表达。有学者使用来自人胎儿和成人脑的原代细胞培养物的体外研究证明了CD44在星形胶质细胞和少突胶质细胞中的表达［14－15］。随后其对发育中大脑的分析已经将CD44定义为星形胶质细胞的限制性前体细胞(astrocyte－restricted precursor，ARP)的标记物，ARP被专门用于在啮齿动物和人体组织的体外和体内产生星形胶质细胞［16］。其他的研究表明，在小鼠小脑中，CD44表达不仅可以在星形胶质前体细胞(可分化为星形胶质细胞)中发现，也可以在出生后早期的神经干细胞(具有分化为神经神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的潜能)和少突胶质前体细胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs，可分化为少突胶质细胞)中发现［17］。尽管已经描述了星形胶质细胞中CD44的表达，但是对这些细胞中HA及其受体相互作用的功能知之甚少。Konopka等［18］证实，HA通过与CD44结合可抑制星形胶质细胞的增殖和星形胶质细胞突起的形成。已经证明HA/CD44与Rac1依赖性PKNγ(protein kinase N－γ)激酶活化相互作用，促进皮层肌动蛋白的磷酸化及皮层肌动蛋白介导的细胞骨架功能，导致星形胶质细胞迁移［19］。同样，在神经前体细胞(是神经干细胞的一种，为各类神经细胞的前体细胞)中，CD44蛋白的过表达增强了这些细胞的体外和体内跨内皮迁移［20］。此外，OPCs中的CD44过表达抑制其向少突胶质细胞的分化，促进其向星形胶质细胞的分化［21］。

2.2 HA/CD44在Müller细胞中的表达及意义 Müller细胞(Müller glia)又称放射状胶质细胞，是脊椎动物视网膜中特有的星形胶质细胞，在脊椎动物视网膜中，占细胞总数90% 以上，其细胞核位于内核层，呈双极性，向内、外侧发出放射状突起，分布于视网膜全层，具有结构支持、维持渗透压稳定、参与神经元营养运输和代谢、调节血－视网膜屏障等重要作用［22］。在病理情况下，Müller细胞一方面介导视网膜神经元损伤的信号传递，另一方面保护视网膜神经元，在某些动物甚至去分化，具有干细胞性质，部分替代损伤的视网膜神经元［23－24］。以往的研究已经证实了Müller细胞中有HA及CD44的表达，Azuma等［25］研究发现，Müller细胞是妊娠12wk到新生儿期暂时产生HA的部位之一。Müller细胞在建立视网膜极性结构和视网膜正确分层中发挥着决定性的作用［26］，并且Müller细胞能诱导视网膜前体细胞向视网膜神经节细胞分化［27］。在活体视网膜上，Müller细胞是唯一表达 CD44的细胞［28］。陆融等［29］推测透明质酸可能是通过作用于Müller细胞表面受体CD44激活相应的细胞内信息通路，加强Müller细胞降解透明质酸的功能。Shinoe等［30］研究发现，CD44的异位表达扰乱了神经元的形成过程，CD44的强制表达扰乱了Müller神经胶质细胞的形成过程，这表明CD44的适当表达对Müller神经胶质的形态成熟至关重要。即便如此，CD44在视网膜中的神经胶质细胞系的瞬时表达的作用仍不清楚，这还需要进一步的研究来证实。但近年来有关CD44与视网膜的关系已经引起重视，认为CD44与增生性玻璃体视网膜病变(proliferative vitroretinopathy，PVR)、视网膜的变性疾病(pigmentary degenerafion of the retina，PRD)、脉 络 膜 新 生 血 管 (choroidal neovascularization，CNV)、视网膜母细胞瘤(retinoblastoma，RB)等有关。

3 HA/CD44在视交叉神经中的表达及意义

视觉信息在眼与大脑之间传递的途径由视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells，RGCs)发出的轴突组成，这些连接的建立是在发育期完成的。RGCs轴突在离开眼球之后进入正在发育的视柄中并向大脑生长，即大部分进入间脑腹侧面。在这里来自两眼的轴突互相交叉形成特殊的X型，形成视交叉。RGCs的轴突集中于视乳头，穿出巩膜成为视神经(视神经是中枢神经系统的一部分)。Ma等［31］发现CD44存在于鼠胚胎时期的视交叉神经中。Lin等［32］发现，当视网膜轴突到达小鼠腹侧间脑时，HA大量定位于视交叉神经元，并且在视交叉中线与其受体CD44共定位。已经证明这些神经元通过在视交叉中线处对视神经轴突提供导向因子来影响轴突生长［33］。CD44已被证明是这些因子中的一种，并且对小鼠视网膜节细胞轴突的延伸具有抑制作用。在小鼠视神经通路的脑切片培养中，使用阻断抗体扰乱CD44功能可以显著减少视交叉中线处先产生的交叉轴突和非交叉路径的形成［34］，这证明了视交叉轴突路径的重要作用。目前尚不清楚这些过程是否涉及HA与CD44的结合。基于HA是CD44及其生物活性的主要配体这一事实［35］，并且HA与CD44在视交叉中线处共定位，这就有理由认为HA很可能涉及CD44在小鼠视交叉中线介导的轴突导向，说明其与调节视网膜轴突神经的发育有一定关系，也有可能参与视网膜神经层的发育过程。体外研究表明CD44对胚胎视网膜轴突生长具有抑制作用［36］，而使用特异性抗CD44阻断抗体的实验表明，在小鼠视交叉中，交叉神经元中的功能性CD44分子对于轴突发散和轴突分化是必不可少的［34］。此外，CD44可能参与在层粘连蛋白底物上生长的视网膜节细胞的轴突的延伸［36］。尽管目前CD44在人视网膜发育过程中的具体作用和机制尚不清楚，但是多数专家认为CD44参与调节视网膜的分化和视网膜组织形态发展的过程。

总体而言，CD44作为HA的受体，和HA在许多生理和病理过程中发挥关键作用，如神经元发育，突触可塑性以及对损伤、神经变性和脑肿瘤侵袭反应［37－38］。尽管有证据表明CD44可能参与神经元发育过程中的轴突导向，但透明质酸受体，特别是CD44在神经系统中的神经元功能仍有待阐明，Matzke等［39］已经证明，CD44敲除小鼠中的谷氨酸能突触激发迅速减少，而在脑干内的甘氨酸能和GABA能突触抑制或前包钦格复合神经元的整体突触活动中未检测到变化。Roszkowska等［40］认为CD44似乎是一种调节树突棘功能和结构可塑性新型分子的参与者。上述观察结果似乎可以表明CD44在突触传递中的潜在作用，但这需要更多深入的研究。

4 展望

综上所述，HA与CD44可能在包括Müller细胞在内的神经胶质细胞和视交叉神经中发挥着重要作用。近年来关于粘附因子CD44在眼科的研究也逐渐增多，如眼睑鳞状细胞癌、乳头状瘤、葡萄膜恶性黑色瘤、结膜恶性黑色素瘤、青光眼、白内障、翼状胬肉等。然而CD44在经胶质细胞和视交叉神经中发挥作用的具体机制尚未明确。因此，对CD44的进一步研究和探讨，可以为神经胶质细胞和视交叉神经的发育和相关疾病的病因研究、发病机制和治疗提供—个新的方向。