古 磊（綜述），甄 云（審校）

廣東醫(yī)學(xué)院附屬西鄉(xiāng)人民醫(yī)院神經(jīng)外科，廣東 深圳 518102

自從Nogo-A蛋白及其受體NgR被發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)損傷再生機(jī)制的研究就成為神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著對(duì)Nogo-A、NgR研究的深入，人們對(duì)其從分子到蛋白，從表達(dá)到分布、功能，都有了一定的認(rèn)識(shí)，但仍存在問題和困惑。本文主要就Nogo-A、NgR對(duì)中樞神經(jīng)損傷修復(fù)影響的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 Nogo-A的結(jié)構(gòu)、分布及生理功能

1.1 結(jié)構(gòu)

Nogo-A是由Nogo基因表達(dá)的一種具有軸突再生抑制作用的蛋白質(zhì)分子，分子量為126 KD，全長(zhǎng)有1163個(gè)氨基酸，共有三個(gè)結(jié)構(gòu)域。第一個(gè)結(jié)構(gòu)域Nogo-66靠近羧基端，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或細(xì)胞膜外，與特定受體NgR結(jié)合能夠誘導(dǎo)軸突生長(zhǎng)錐潰變、塌陷，抑制神經(jīng)軸突再生[1]。第二個(gè)結(jié)構(gòu)域amino-Nogo-A在N-末端區(qū)域，與抑制成纖維細(xì)胞3T3的擴(kuò)散有關(guān)，對(duì)神經(jīng)元的影響甚微，但與Nogo-66在抑制軸突生長(zhǎng)方面可發(fā)揮協(xié)同作用。第三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域NiG在中間，該區(qū)域抑制軸突生長(zhǎng)和成纖維細(xì)胞播散，并誘導(dǎo)生長(zhǎng)錐萎陷[1]。

1.2 分布

關(guān)于Nogo-A在體內(nèi)的分布，2001年Josephson等[2]首先采用原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和感覺神經(jīng)元、三叉神經(jīng)節(jié)、三叉神經(jīng)腦橋核、紅核及海馬等神經(jīng)元內(nèi)都有Nogo-A mRNA表達(dá)，但在星形膠質(zhì)細(xì)胞和施萬細(xì)胞中未見分布。而Huber等[3]用共聚焦和免疫電鏡揭示出Nogo-A主要在少突膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞體和突起表達(dá)，位于最內(nèi)的軸突旁和最外層的髓鞘膜上，是其發(fā)揮軸突抑制作用的便利條件。

1.3 生理功能

Nogo-A作為中樞神經(jīng)元髓鞘的組成成分有什么生理作用呢？有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在非病理?xiàng)l件下，胚胎發(fā)育早期Nogo-A可以參與髓鞘的形成，與神經(jīng)環(huán)路連接有關(guān)，在海馬連接的發(fā)育中起關(guān)鍵作用，同時(shí)促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞遷移和軸突生長(zhǎng)，保證軸突朝靶組織定向生長(zhǎng)，尤其是保證軸突沿軸索方向長(zhǎng)距離生長(zhǎng)[4]。在成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，Nogo蛋白的抑制作用有助于保持神經(jīng)聯(lián)系的特異性，防止神經(jīng)在不必要的區(qū)域出芽，形成不必要和錯(cuò)誤的投射，保持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定[5]。孟蒂等[6]最新研究發(fā)現(xiàn)，在疼痛傷害性刺激動(dòng)物模型中，Nogo-A在大鼠中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)中表達(dá)變化，并且與內(nèi)源性阿片系統(tǒng)之間也存在一定的聯(lián)系，說明Nogo-A也參與了痛覺調(diào)制過程，參與傷害性刺激反應(yīng)。

2 NgR的結(jié)構(gòu)、分布及生理功能

2.1 結(jié)構(gòu)

NgR是一種廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)且為神經(jīng)元特有的蛋白，因其能夠與Nogo-66分子特異性結(jié)合發(fā)揮軸突生長(zhǎng)抑制作用而被發(fā)現(xiàn)。NgR由473個(gè)氨基酸殘基組成，從N端至C端包含1個(gè)信號(hào)肽、3個(gè)氨基酸重復(fù)序列LRRNT/LRR/LRRCT構(gòu)成配體結(jié)合域、特異性C末端以及1個(gè)糖基化磷脂酰肌醇結(jié)構(gòu)。

2.2 分布

NgR位于細(xì)胞膜的表面，靠糖基化磷脂酰肌醇錨定在細(xì)胞膜的表面[1]。Hunt等[7]采用原位雜交技術(shù)，發(fā)現(xiàn)NgR mRNA在大腦皮層、海馬結(jié)構(gòu)、杏仁體和背側(cè)丘腦內(nèi)高度表達(dá)，在紅核和前庭神經(jīng)核內(nèi)中度表達(dá)，在白質(zhì)內(nèi)表達(dá)很弱；小腦內(nèi)小腦深核NgR mRNA表達(dá)強(qiáng)度高于顆粒細(xì)胞和Purkinje細(xì)胞；前腦的大部，包括紋狀體、丘腦網(wǎng)狀核、下丘腦和基底前腦NgR mRNA表達(dá)很弱或無表達(dá)。

2.3 生理功能

NgR蛋白作為一種神經(jīng)抑制因子的受體廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元，它在非病理狀態(tài)下的生理功能也引起了人們的關(guān)注。Huo等[8]的報(bào)道認(rèn)為，NgR和其配體Nogo-A在海馬發(fā)育過程中對(duì)海馬神經(jīng)元的連接、神經(jīng)環(huán)路的形成起到關(guān)鍵作用，因此，其對(duì)學(xué)習(xí)和記憶有促進(jìn)作用，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育密切相關(guān)。

3 Nogo-A與NgR的作用機(jī)制

Nogo-A主要分布在少突膠質(zhì)細(xì)胞中，位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)中，而作為受體的NgR主要分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的灰質(zhì)神經(jīng)元。二者通過什么途徑結(jié)合來發(fā)揮抑制神經(jīng)元軸突再生作用呢？中樞神經(jīng)損傷時(shí)，少突膠質(zhì)細(xì)胞和髓磷脂釋放出細(xì)胞內(nèi)的Nogo-A到細(xì)胞外基質(zhì)，通過三種途徑和受體NgR結(jié)合[9]：①細(xì)胞方式，即完整少突膠質(zhì)細(xì)胞表面的Nogo-66與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合。②細(xì)胞膜方式，即從受損少突膠質(zhì)細(xì)胞脫落下來的含Nogo-66的膜片段與損傷神經(jīng)元的NgR結(jié)合。③完全溶解的少突膠質(zhì)細(xì)胞釋放Amino-Nogo和Nogo-66的可溶性蛋白水解片段，與NgR結(jié)合。在中樞神經(jīng)損傷時(shí)，往往三種結(jié)合方式同時(shí)存在。由于NgR通過糖基化磷脂酰肌醇錨定在神經(jīng)元細(xì)胞膜的外面，需要有輔助的跨膜蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制信號(hào)到細(xì)胞內(nèi)。因此，NgR可與細(xì)胞膜上的p75NTR和LINGO-1兩種跨膜蛋白結(jié)合形成具有完整信號(hào)傳遞功能的復(fù)合體（NgR/LINGO-1/p75），向細(xì)胞內(nèi)傳遞髓磷脂相關(guān)抑制因子的抑制信號(hào)。NgR也可以與跨膜蛋白TROY及LINGO-1結(jié)合，形成另外一種具有完整信號(hào)傳遞功能的復(fù)合體（NgR/LINGO-1/TROY）來向細(xì)胞內(nèi)傳遞抑制信號(hào)。當(dāng)NgR/LINGO-1/p75或TROY復(fù)合體把抑制信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)，則激活下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子RhoA使其去磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕问降腞hoA-GTP，RhoA-GTP與其主要的效應(yīng)蛋白R(shí)OCK結(jié)合后，激活其蛋白激酶活性，導(dǎo)致生長(zhǎng)錐塌陷，抑制神經(jīng)再生[10]。此外，Nogo-A抑制中樞神經(jīng)軸突再生可能還有其他的途徑[11]。一是通過GTP酶RhoA和Racl發(fā)揮作用：Nogo-A通過G蛋白偶聯(lián)受體[G（i）/G]途徑使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度短時(shí)間內(nèi)急驟升高，激活細(xì)胞內(nèi)Ca2+依賴性蛋白激酶C，從而抑制生長(zhǎng)錐生長(zhǎng)，阻止軸突的延伸；另一個(gè)途徑是在細(xì)胞損傷后通過amino-Nogo的釋放發(fā)揮抑制作用。但amino-Nogo發(fā)揮抑制神經(jīng)再生作用并不是通過與NgR結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，其發(fā)揮抑制作用的機(jī)制目前尚不清楚。

4 Nogo-A及NgR與中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷

4.1 腦的缺血性損傷

近十年來大部分的研究認(rèn)為，在腦缺血損傷后Nogo-A及NgR表達(dá)升高，甚至在損傷一個(gè)月后，二者表達(dá)還處于較高水平，推測(cè)Nogo-A及NgR有可能參與了腦缺血的病理損傷發(fā)生及進(jìn)展過程，并在腦缺血損傷后的修復(fù)中發(fā)揮抑制作用。但吳功雄等[12]研究認(rèn)為，大鼠腦梗死后3 d內(nèi)Nogo-A含量下降，到發(fā)病后第7天開始上升，2周達(dá)高峰，考慮因?yàn)楣Ｋ涝缙谀X組織經(jīng)歷缺血、變性、壞死，此時(shí)各種蛋白質(zhì)及神經(jīng)遞質(zhì)的合成均降低，Nogo-A的表達(dá)減少；在梗死后期，由于神經(jīng)組織及結(jié)締組織的修復(fù)加快，特別是少突膠質(zhì)細(xì)胞的增生，Nogo-A的表達(dá)量升高，對(duì)神經(jīng)纖維生長(zhǎng)的抑制加強(qiáng)，這可能是造成成年哺乳動(dòng)物腦缺血損傷后神經(jīng)再生障礙的重要原因之一。此外，孫廣珍等[13]在最近的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞后的第5、7、10天，在大腦缺血的遠(yuǎn)隔部位小腦皮層Nogo-A蛋白表達(dá)明顯增高，說明大腦中動(dòng)脈閉塞后不僅引起局部腦組織的缺血改變，還會(huì)通過神經(jīng)纖維聯(lián)系引起遠(yuǎn)隔部位小腦發(fā)生繼發(fā)性免疫損害，其中，軸突生長(zhǎng)抑制因子Nogo-A在繼發(fā)性免疫損害過程中發(fā)揮了較強(qiáng)作用。由此可見，Nogo-A及NgR不但在腦缺血損傷后修復(fù)中抑制了神經(jīng)再生及神經(jīng)功能的恢復(fù)，而且在腦缺血損傷的病理過程也可能發(fā)揮了重要作用，甚至在腦缺血的遠(yuǎn)隔部位也發(fā)揮了免疫損傷的作用。

在腦缺血后治療中，有研究顯示，使用Nogo-A抗體治療腦梗死大鼠，能觀察到從未受損皮質(zhì)到皮質(zhì)下區(qū)域形成新的軸突連接，促進(jìn)大鼠相應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)功能恢[14]。而在Tsai等[15]的最新研究報(bào)道中顯示，在缺血性腦卒中模型中給予Nogo-A抗體（11C7）治療，通過標(biāo)記的生物素示蹤神經(jīng)纖維分析發(fā)現(xiàn)，Nogo-A可以促進(jìn)缺血皮質(zhì)的神經(jīng)纖維發(fā)芽到紅核，能夠有效地促進(jìn)癱瘓肢體的功能恢復(fù)，即使在缺血發(fā)生的晚期使用也有效。Kilic等[16]的最新報(bào)道認(rèn)為，Nogo-A能夠促進(jìn)腦梗死后殘留神經(jīng)元的存活，因此，應(yīng)該意識(shí)到應(yīng)用Nogo-A抗體促進(jìn)神經(jīng)元軸突再生療法的危害。Nogo-A抗體在急性腦卒中階段不能應(yīng)用。

4.2 腦缺血再灌注損傷

對(duì)于腦缺血再灌注損傷模型的研究，杜秀民等[17]得出，腦缺血再灌注后2～12 h Nogo-A在缺血側(cè)皮質(zhì)區(qū)和紋狀體區(qū)表達(dá)增高，并達(dá)到峰值，之后下降，在48 h時(shí)再次升高達(dá)到峰值，之后逐漸下降，對(duì)于Nogo-A出現(xiàn)兩次表達(dá)高峰的原因，可能主要由于缺血、缺氧使細(xì)胞失去活性以及再灌注損傷的反彈作用所致，具體原因目前尚不清楚。

4.3 脊髓創(chuàng)傷

關(guān)于Nogo-A及NgR在脊髓損傷中的研究國內(nèi)外已經(jīng)有了大量報(bào)道。使用Nogo-A抗體或者運(yùn)用基因技術(shù)敲除Nogo-A基因，都能在脊髓損傷模型中觀察到神經(jīng)軸突的廣泛再生，對(duì)受損傷脊髓的功能恢復(fù)有較明顯療效，這已經(jīng)得到大部分研究者的認(rèn)可，現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段[18]。Ⅰ期臨床試驗(yàn)已經(jīng)成功申請(qǐng)建立了多國合作的抗Nogo-A治療急性脊髓損傷的臨床實(shí)驗(yàn)中心，現(xiàn)在正在籌備Ⅱ期在多個(gè)國家實(shí)施臨床實(shí)驗(yàn)。針對(duì)NgR抗體的應(yīng)用，也多有報(bào)道。Atalay等[19]通過向脊髓損傷大鼠體內(nèi)加入NEP1-40，阻斷Nogo-66與其受體結(jié)合后發(fā)現(xiàn)，大鼠體內(nèi)鈣粘蛋白（一種神經(jīng)細(xì)胞黏附和軸突出芽的標(biāo)志）的表達(dá)增加，并且可增加運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。但Steward等[20]研究顯示，在大鼠脊髓損傷模型中用NgR受體阻斷NgR，并沒有發(fā)現(xiàn)受損脊髓軸突的明顯再生和肢體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。此外，還有采用C3轉(zhuǎn)移酶滅活Rho、其他NgR拮抗劑阻斷Nogo與NgR結(jié)合、化學(xué)合成小干擾RNA （siRNA）沉默NgR基因、分別對(duì)NgR、p75NTR、Rho-A進(jìn)行RNA干擾等手段，也都發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)脊髓損傷后軸突的再生。

4.4 顱腦創(chuàng)傷

目前對(duì)于Nogo-A和NgR在顱腦創(chuàng)傷中的研究還比較少。在大鼠彌漫性軸索損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)NgR蛋白和NgR mRNA的表達(dá)水平在彌漫性軸索損傷后明顯下降，在傷后72 h降到最低，此后逐漸恢復(fù)[21]。也有人發(fā)現(xiàn)，在大鼠顱腦創(chuàng)傷后，阻斷或抑制Nogo-A的表達(dá)，能夠促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)[22]。近期林在楷等[23]研究發(fā)現(xiàn)，人顱腦創(chuàng)傷后血清中Nogo-A蛋白水平顯著增高且與損傷程度及預(yù)后有一定關(guān)系，能在一定程度上有助于判斷顱腦損傷的嚴(yán)重程度和預(yù)后。對(duì)于顱腦創(chuàng)傷后Nogo-A和NgR在腦組織中的變化還有待進(jìn)一步研究。

4.5 自身免疫性損傷

實(shí)驗(yàn)性自身免疫腦脊髓炎的病理標(biāo)志是軸突損傷。Karnezis等[24]研究表明，Nogo-A是自身免疫腦脊髓炎發(fā)展的重要因素，對(duì)Nogo-A的阻斷可能有助于保持和（或）恢復(fù)免疫損傷后中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)完整性。Nogo-A與NgR在免疫反應(yīng)中的作用機(jī)制目前還不清楚，在中樞神經(jīng)免疫損傷中扮演了什么角色還有待進(jìn)一步研究。

5 問題和展望

目前對(duì)于Nogo-A和NgR作用機(jī)制的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，針對(duì)其作用的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行干擾、抑制、拮抗來促進(jìn)受損的神經(jīng)恢復(fù)，都已經(jīng)取得了一定成果。但是Nogo-A和NgR復(fù)雜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的面紗還沒有揭開，同時(shí)二者作為正常神經(jīng)纖維髓鞘的組成成分，其生理功能目前還不甚明確，還需要更深入的研究。另外，關(guān)于Nogo-A和NgR的研究，目前主要集中在腦的缺血性損傷和脊髓的創(chuàng)傷領(lǐng)域，而在顱腦創(chuàng)傷方面的研究相對(duì)較少。因此，對(duì)于Nogo-A和NgR的研究還有很長(zhǎng)的路要走。

[1]Oertle T,Van D,Haar ME,et a1.Nogo-A inhibits neurite outgrowth and cell spreading with three discrete regions[J].J Neurosci,2003,23(13):5393-5406.

[2]Josephson A,Widenfalk J,Widmer HW,et al.Nogo mRNA expression in adult and fetal human and rat nervous tissue and in weight drop injury[J].Exp Neurol,2001,169:319-328.

[3]Huber AB,Weinmann O,Bramle C,et al.Patterns of Nogo mRNA and protein expression in the developing and adult rat and after CNS lesions[J].J Neurosci,2002,22:3553-3567.

[4]Weinmann O,Schnell L,Ghosh A.Intrathecally infused antibodies against Nogo-A penetrate the CNS and downregulate the endogenous neurite growth inhibitor Nogo-A[J].Mol Cell Neurosci,2006,32(1-2):161-173.

[5]Zhao X,Wu J,Kuang F,et al.Silencing of Nogo-A in rat oligodendrocyte cultures enhances process branching[J].Neurosci Lett,2011,499(1):32-36.

[6]孟蒂,劉丹,房春燕,等.大鼠PAG內(nèi)Nogo-A和CGRP參與痛覺調(diào)制的研究[J].神經(jīng)解剖學(xué)雜志,2011,27(1):67-71.

[7]Hunt D,Marson MRJ,Campebell G,et a1.Nogo receptor mRNA expression in intact and regenerating CNS neurons[J].Mol Cell Neurosci,2002,20(1153):537-552.

[8]Huo Y,Yuan RD,Ye J,et al.Expression of Nogo-A and Nogo receptor in neonatal rats visual system during development[J].Zhonghua Yan Ke Za Zhi,2011,47(1):54-58.

[9]Bareyre FM,Haudenschild B,Schwab ME.Long-lasting sprouting and gene expression changes induced by the monoelonal antibody IN-1 in the adult spinal cord[J].J Neurosci,2002,22(16):7097.

[10]Hsieh SH,Ferraro GB,Fournier AE.Myelin-associated inhibitors regulate cofilin phosphorylation and neuronal inhibition through LIM kinase and Slingshot phosphatase[J].J Neurosci,2006,26(3):1006-1015.

[11]楊志高,沈洪興.Nogo/NgR信號(hào)通路相關(guān)分子及其在脊髓神經(jīng)再生中的作用[J].中國脊柱脊髓雜志,2009,19(9):713-716.

[12]吳功雄,王玉蘋,張海偉,等.大鼠腦梗塞后功能恢復(fù)過程中Nogo-A mRNA及其蛋白質(zhì)的表達(dá)[J].中國病理生理雜志,2006,22(5):972-976.

[13]孫廣珍,車玉琴,竇文波,等.腦梗死后遠(yuǎn)隔部位小腦皮層Nogo-A蛋白表達(dá)[J].免疫學(xué)雜志,2011,1(29):90-92.

[14]Tsai SY,Markus TM,Andrews EM,et al.Intrathecal treatment with anti-Nogo-A antibody improves functional recovery in adult rats after stroke[J].Exp Brain Res,2007,182(2):261-266.

[15]Tsai SY,Papadopoulos CM,Schwab ME,et al.Delayed anti-Nogo-A therapy improves function after chronic stroke in adult rats[J].Stroke,2011,42(1):186-190.

[16]Kilic E,ElAli A,Kilic U,et al.Role of Nogo-A in neuronal survival in the reperfused ischemic brain [J].J Cereb Blood Flow Metab,2010,30(5):969-984.

[17]杜秀民,劉紅,劉廣義.大鼠腦缺血-再灌注損傷后Nogo-A及IGF-1的:表達(dá)和意義[J].中國老年學(xué)雜志,2008,6(28):1061-1063.

[18]Zo rner B,Schwab ME.Anti-Nogo on the go:from animal models to a clinical trial[J].Ann N Y Acad Sci,2010,98(11):22-34.

[19]Atalay B,Bavbek M,Cekinmez M,et al.Antibodies neutralizing Nogo-A increase pan-cadherin expression and motor recovery following spinal cord injury in rats[J].Spinal Cord,2007,45(12):780-786.

[20]Steward O,Sharp K,Yee KM,et al.A re-assessment of the effects of a Nogo-66 receptor antagonist on regenerative growth of axons and locomotor recovery after spinal cord injury in mice[J].Exp Neurol,2008,209(2):446-468.

[21]沈劍虹,文立,馬進(jìn).大鼠彌漫性軸索損傷對(duì)腦內(nèi)NgR表達(dá)的影響[J].交通醫(yī)學(xué),2007,21(4):347-349,354.

[22]Marklund N,Morales D,Clausen F,et al.Functional outcome is impaired following traumatic brain injury in aging nogo-A/Bdeficient mice[J].Neuroscience,2009,163(2):540-551.

[23]林在楷,田恒力,吳炳山,等.急性閉合性顱腦損傷患者血清Nogo-A蛋白的變化[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2010,30(1):70-72.

[24]Karnezis T,Mandemakers W,Mcqualter JL,et al.The neurite outgrowth inhibitor Nogo-A is involved in autoimmune-mediated demyelination[J].Nat Neurosci,2004,7(7):736.