远西医学院学报2009生第塑卷第8期ActaAcademiaeMedicinaeJiangxi2009.Vol49,No8・125・轴突信号与周围神经髓鞘形成关系的研究进展万丽丹h,林雪群h,梁尚栋仆,丁文龙2(1.南昌大学医学院a.人体解剖学教研室;b.生理学教研室,南昌330006;2.上海交通大学医学院人体解剖学教研室,上海200025)关键词:雪旺细胞;髓鞘形成;神经素;神经营养因子;神经元电兴奋性中图分类号:R338文献标识码:A文章编号:1000--2294(2009)08--0125--03因为即使是直径相近的轴突,倘若每单位轴突面积NRGlⅢ水平在阈值之下,NRGlⅢ水平的高低与髓鞘厚度则没有对应关系[6]。而外源性NRGl的作用则恰好相反,表现为脱髓鞘或髓鞘变薄[6,SJ。在已形成髓鞘的DRG神经元和雪旺细胞共培养体系中加入外源性NRGl,可抑制雪旺细胞成髓。下调髓鞘蛋白的表达,最终发展为脱髓鞘[9]。由于髓鞘的形成是一个高度极性化的过程,雪旺细胞的极性以及包绕轴突形成鞘板的单向性也可能受环境中NRGl浓度高低的影响,而外源性NRGl与ErbB受体结合后通过激活下游丝裂原活化蛋白激酶信号通路介导了对雪旺细胞运动的调节[1“,改变了雪旺细胞的运动性状。破坏了雪旺细胞对轴突的单向包绕,最终导致了髓鞘的松解与脱失。至于NRGl/ErbB信号通路最终的导向如何,可能与其激活哪一种下游信号分子,乃至整个胞内信号网络之间的平衡有关。NRGl通过激活细胞外信号调节激酶1/2t“]及磷脂酰肌醇(一3)激酶Ill-t2]介导雪旺细胞去分化和增殖。此外,激活Dockl80关联鸟嘌呤核苷酸交换因子,继而激活RhoGTPases,Racland神经胶质细胞包绕神经元轴突形成髓鞘,从而使郎飞结之间的轴突与外界绝缘,保证J,神经冲动快速的跳跃式的传导。髓鞘的形成是一个复杂的动态的过程。神经元和神经胶质细胞之问的精细调节控制着成髓鞘的各个阶段。周围神经系统中的髓鞘形成细胞为雪旺细胞,雪旺细胞的成髓过程包含3个阶段:雪旺细胞接受轴突信号后迅速增殖和向轴突迁移的增殖过程,雪旺细胞延轴突延长和包裹轴突的成髓前期,以及雪旺细胞包绕轴突形成致密髓鞘的成髓期。轴突信号对髓鞘的启动及维持是至关晕要的,传统观点里综合调控雪旺细胞成髓的3类轴突信号是:神经索、神经营养因子和神经元电兴奋性。本文就这3类物质与周围神经髓鞘形成的关系作一综述。l神经素神经索(Neuregulins,NRGs)是一类细胞生长与分化调节蛋白,分为4型(NRGI一4),通过作用于表皮生长因子受体(ErbB),在神经系统发育及损伤反应中发挥重要作用…。以周围神经系统为例,NRGl由神经元合成后作为一种轴突信号提呈给雪旺细胞卜的ErbB受体,调控其增殖、分化以及髓鞘的形成[2]。髓鞘形成是髓鞘相关基因高表达及雪旺细胞体积与膜面积大幅增加的结果[3],而雪旺细胞膜面积的Cdc42以及下游信号c-Jun氨基端激酶,最终町促进雪旺细胞迁移[J“。其他物质如黏着斑激酶也能通过链接到NRGl/ErbB信号通路中,参与调节雪旺细胞增殖及其对轴突的分选[1“,与NRGl共同协作调控髓鞘的形成。增加及膜组分胆周醇脂质的合成也受NRGl/ErbB信号的调节[4]。NRGl/ErbB信号在雪旺细胞对轴突的分选中至关重要,雪旺细胞正是借ErbB受体接受轴突信号NRGl,识别轴突的性质进而形成髓鞘[5],而不表达NRGl的神经元则不能被雪旺细胞识别和选中,也就不能被包绕成髓[6]。神经源性NRGlⅢ不仪是雪旺细胞识别并包绕轴突形成髓鞘的关键因素,同时还参与了对髓鞘厚度的调节。轴突本身的性质决定了雪旺细胞对它的分选以及是否形成髓鞘、形成多厚的髓鞘,然而,轴突直径大小只是影响髓鞘厚度的因素之一,髓鞘厚度也受NRGl/ErbB信号调节[5“。神经元中NRGlⅢ必须达到阈水平,轴突才br能包被髓鞘,在此阈水平之上,NRGlⅢ表达越高,髓鞘板层也就越多,髓鞘也越厚[6],而ErbB2受体缺失则导致髓鞘变薄[7]。但是,NRG-1Ⅲ与轴突直径对髓鞘厚度的影响又是相互独立的,收稿日期:2009—06—232神经营养因子越来越多的研究表明,神经营养因子在髓鞘的发生发育以及神经损伤后的髓鞘形成中起重要作用[1朝。神经生长因子家族,包括神经生长因子(nerve源性神经营养因子(braingrowthfactor,NGF)、脑derivedneurotrophicfactor,BD—NF)、神经营养因子-3(neurotrophin-3。NT-3)、神经营养因子4/5(neurotrophin-4/5,NT-4/5),通过原肌球蛋白受体激酶(tropomyosin-relatedkinase,TRK)刺激神经元的生长,促进神经元存活。不同的神经营养因子与TRK受体有着不同的亲合力,如NGF与TRKA。BDNF和NT-4/5与TRKB,NT一3与TRKC。另外,成熟的神经营养因子及未成熟的前体神经营养因子都可以与p75受体结合。导致细胞一万方数据・126・系列的下游反应,如神经元的存活或死亡以及髓鞘形成。神经营养因子究竟起何种反应有赖于其与p75受体结合。还是与TRK及p75复合受体结合D“。不同的神经营养因子还可以通过特定的受体,直接作用于髓鞘形成细胞,产生不同的生物学效应。这取决于髓鞘形成过程中表达何种神经营养因子以及何种受体被激活。神经营养因子及其受体通过两种途径影响成髓过程,或者直接作用于髓鞘形成细胞,或者作用于神经元改变轴突信号间接影响髓鞘。以雪旺细胞为例,它表达p75、TRKC及TRKB-T1受体。NGF与p75受体结合对雪旺细胞迁移发挥莺要作用DT],NGF还可作用于DRG神经元上TRKA受体,促进雩旺细胞的成髓…]。NT一3通过结合TRKC受体促进雷旺细胞迁移,抑制成髓;BDNF的作用则恰好相反,BD—NF与雪旺细胞上的p75受体结合抑制其迁移,促进成髓[1…。进一步深入研究证实,NT-3介导的细胞迁移是通过单独激活RhoGTPase,Racl和Cdc42以及下游信号JNK来完成的[2…。然而BDNF抑制细胞迁移的作用激活的足RhoA和Rhokinase[“]。体外实验还发现,内源性BDNF对损伤后的髓鞘再生也是非常必要的L2“,给予外源性BDNF或高表达BDNF的动物其髓鞘形成显著增强[z3-24],甚至还观察到轴突直径的变大。研究发现虽然去除内源性NT-3对髓鞘形成起促进作用∞“,但是在NT一3nullmutant动物和NT-3heterozygous(NT-3+/一)knockout动物上=却观察到髓鞘蛋白下调以及成髓程度的降低[z6‘2“。此外,NGF、BDNF、NT-3既能刺激神经元表达NRGl[2“,也能诱导NRGl自神经元及轴突释放[2…。来自胶质细胞及其他靶细胞合成的神经营养因子,也町以正反馈的形式调节NRGl的释放[2引,这些发现为神经营养因子及其受体在神经再生及髓鞘再生中的应用提供r理论基础。3神经元电兴奋性神经元的兴奋性与髓鞘的形成之间也存在着一定的联系,有髓纤维的最终形成有赖于神经纤维的结构与功能之间互相旺配反馈调适。有研究表明,神经无动作电位的变化对神经发育起重要作用,如长期生活在黑暗环境中的大鼠。其视神经轴突被包绕形成髓鞘的比例较正常情况有所下降L3…。在此基础上,关于神经细胞电兴奋性与神经系统髓鞘形成之间的研究陆续展开。早期研究发现,神经元膜的兴奋性必须达到某个阈值才能启动成髓鞘。运用特异性的Na+通道阻滞剂tetrodotoxin对髓鞘的形成是抑制的,反之运用K+通道阻滞剂口一scorpiontoxin使细胞膜维持去极化状态,则促进髓鞘的形成‘3“。ATP[”]、细胞黏附分子。圳、阿糖腺苷[34]以及与成髓鞘有关的某屿信号分子或中介物质通过调节胶质细胞或前体胶质细胞的增殖分化进而影响髓鞘的形成。如神经元兴奋后轴突释放的ATP通过与雪旺细胞上的purinergic受体结合。抑制雪旺细胞增殖、分化和成髓h“。MAPK/ERKC363信号通路是耦联动作电位与细胞内生化反应之间的一类重要信号整合分子。缺乏生长因子时,万方数据阿糖腺苜耦联MAPK/ERK通路可刺激雪旺细胞的有丝分裂。存在生长因子时如NRG,阿糖腺苷则抑制MAPK/ERK的激活及细胞的增殖反应。因此,在神经系统中,神经元的电兴台性町能通过调节不同介质的释放,介导成髓启动前髓鞘形成细胞的终末分化,从而促进或抑制髓鞘的形成。参考文献:[13TalmageDA.MechanismsofNeuregulinAction[J].NovartisFoundSyrup,2008,289:74—84;discussion84—93.[23Birchmeierc.NaveKA.Neuregulin-1,aKeyAxonalSignalthatDrivesSchwannCellGrowthandI)ifferentiation[J].Gila,2008,56(14):149I一1497.[3]NagarajfluR.LeN.MahoneyH。eta1.DecipheringPeripheralNerveMyelinationbyUsingSchwannCellExpressionProfiling[J].PNAS,2002,99(13):8998—9003.[4]PertusaM,MorenillaPalaoC,CarteronC,eta1.Transcription—alControlofCholesterolBiosynthesisinSchwannCellsbyAx—onalNeuregulin1[J].JBiolChem。2007,282(39):28768—28778.[53MichailovGV,SeredaMW,BrinkmannB(;,eta1.AxonalNeuregulin一1RegulatesMyelinSheathThickness[J].Science,2004,304(5671):700—703.[63TaveggiaC。ZanazziG,PetrylakA,eta1.Neuregulin一1TypeIIIDeterminestheEnsheathmentFateofAxons[J].Neuron,2005,47(5):681—694.[73GarrattAN。VoieulescuO,TopilkoP。eta1.ADualRoleofErbB2inMyelinationandinExpansionoftheSchwannCellPrecursorPool[J].JCellBiol,2000,148(5):1035—1046.[8]NaveKA,SalzerJL.AxonalRegulationofMyelinationbyNeuregulin~1[J].Curr()pinNeurohiol,2006.16(5):1192—500.[93ZanazziG,EinheberS。WestreichR。eta1.GlialGrowthFae—tor/NeuregulinInhibitsSchwannCellMyelinationandInducesDemyelination[J].JCellBiol,2001,152(6):1289—1299.[10]MeintanisS,ThomaidouD。JessenKR。eta1.TheNeuron—gilaSignalBeta-neuregulinPromotesSchwannCellMotilityViatheMAPKPathway[J].Gila,2001,34(1):39—51.[11]OgataT,IijimaS,HoshikawaS,eta1.OpposingExtracellularSignal—regulatedKinaseandAktPathwaysControlSchwannCellMyeIination[J].JNeurosei.2004。24(30)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