羅茗刈

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院骨科，湖北 宜昌 443003)

趙紅衛(wèi)，陳海丹

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院 三峽大學(xué)脊柱醫(yī)學(xué)與創(chuàng)傷研究所 宜昌市中心人民醫(yī)院骨二科，湖北 宜昌 443003)

Galectin-1是半乳糖凝集素家族成員之一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能多樣。目前研究表明Galectin-1參與人體許多生理過(guò)程，如發(fā)揮抗炎癥作用、免疫調(diào)節(jié)功能、阻止細(xì)胞的凋亡、促進(jìn)和抗粘附的作用、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)和其他細(xì)胞間連接的作用及神經(jīng)保護(hù)作用等。許多研究小組對(duì)神經(jīng)保護(hù)作用進(jìn)行了大量研究，目前的研究表明，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的整個(gè)階段，Galectin-1廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)，參與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育；Galectin-1有利于成體神經(jīng)性疾病的預(yù)后，促進(jìn)神經(jīng)損傷后的保護(hù)。關(guān)于Galectin-1對(duì)神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制提出過(guò)5種假說(shuō)：①Galectin-1直接促進(jìn)神經(jīng)軸突的再生；②Galectin-1促進(jìn)了施旺細(xì)胞在神經(jīng)損傷后的遷移；③Galectin-1通過(guò)結(jié)合到細(xì)胞表面受體而激活并聚集巨噬細(xì)胞或小膠質(zhì)細(xì)胞到損傷部位，進(jìn)行神經(jīng)保護(hù)；④Galectin-1通過(guò)加速已壞死軸突破壞而間接促進(jìn)神經(jīng)的再生；⑤Galectin-1通過(guò)與反應(yīng)性星形細(xì)胞的協(xié)同作用而保護(hù)神經(jīng)。隨著Galectin-1神經(jīng)保護(hù)作用及其機(jī)制的研究，Galectin-1有望為神經(jīng)損傷性疾病提供新的治療策略。

1 Galectin-1的生物學(xué)特點(diǎn)

Galectin-1是一種分子量為14.5kD的內(nèi)源性糖結(jié)合蛋白，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原型結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)糖類識(shí)別結(jié)構(gòu)域，但常以二聚體形式存在，也能以氧化的狀態(tài)存在。Galectin-1的每種形式都有不同的生物學(xué)活性，還原型Galectin-1具有凝集素活性，引起神經(jīng)元凋亡變性；相反，氧化型的Galectin-1沒(méi)有碳水化合物結(jié)合活性，但能促進(jìn)外周神經(jīng)元及軸突的再生[1]。但也有文獻(xiàn)報(bào)道還原型Galectin-1在小鼠的嗅覺(jué)系統(tǒng)中也能促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)[2]。Miura研究小組報(bào)道了一種缺乏6個(gè)氨基末端殘基的Galectin-1，在氧化和還原狀態(tài)都能夠促進(jìn)軸突末端再生和糖結(jié)合作用[3]。

2 Galectin-1在神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)及其作用

在哺乳動(dòng)物胚胎中，中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)均有Galectin-1的表達(dá)。有研究顯示Galectin-1參與小鼠嗅球神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成[2]。在向成體期過(guò)渡階段內(nèi)，Galectin-1也在背根神經(jīng)節(jié)發(fā)出的感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)[4]。在感覺(jué)神經(jīng)元完成胚胎期的有絲分裂并向神經(jīng)管背角延伸階段內(nèi)，也有Galectin-1的表達(dá)[5]。Galectin-1在各種神經(jīng)元及非神經(jīng)元細(xì)胞中觀察到，如舌下神經(jīng)、外展神經(jīng)、眼球運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、滑車神經(jīng)、三叉神經(jīng)、面部神經(jīng)施旺細(xì)胞、脈絡(luò)膜叢、松果體[5-6]?？梢姡珿alectin-1與神經(jīng)系統(tǒng)存在著緊密的聯(lián)系。

3 Galectin-1在神經(jīng)損傷后的表達(dá)和作用

在神經(jīng)性疾病方面，對(duì)于肌萎縮性側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)，給予Galectin-1治療后，改善了疾病的發(fā)作、預(yù)后及運(yùn)動(dòng)功能[7]。對(duì)于多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)和實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)模型，Galectin-1也能顯著改善病變[8]。

在周圍神經(jīng)中，氧化型Galectin-1能夠促進(jìn)神經(jīng)樹突的生長(zhǎng)以及軸突的再生，如促進(jìn)橫斷的坐骨神經(jīng)生長(zhǎng)[9]。研究表明，Galectin-1在體外環(huán)境下能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖，如前腦室管膜下區(qū)域(the subventricular zone，SVZ)[10]，這促進(jìn)了Galectin-1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)和作用的研究。研究表明，人重組Galectin-1能促進(jìn)脊髓損傷后脊髓內(nèi)成熟神經(jīng)細(xì)胞的分裂[8,11]。

4 Galectin-1對(duì)神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制

總體來(lái)說(shuō)，Galectin-1對(duì)神經(jīng)保護(hù)作用的機(jī)制假說(shuō)主要分兩類：Galectin-1的直接作用和間接作用。有趣的是，Starossom研究組與曾提出過(guò)Galectin-1直接保護(hù)神經(jīng)假說(shuō)的作者Horie研究組通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：Galectin-1在體外環(huán)境下并不能促進(jìn)離體神經(jīng)元軸突再生[8-9]，這表明Galectin-1可能是通過(guò)體內(nèi)環(huán)境中軸突附近的其它細(xì)胞來(lái)發(fā)揮作用的。現(xiàn)就比較清楚的機(jī)制作如下介紹。

4.1 與小膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中固有的巨噬細(xì)胞，與外周抗原遞呈細(xì)胞完全不同。小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境進(jìn)行持續(xù)免疫監(jiān)視，并維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定、平衡。在靜止期，小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)少量CD45和極微量的MHC classⅠ和Ⅱ、CD80、CD86和CD40。但是，小膠質(zhì)細(xì)胞一旦被炎癥刺激因子激活，小膠質(zhì)細(xì)胞就會(huì)上調(diào)表達(dá)CD45、MHC和共刺激分子，加強(qiáng)吞噬作用，并刺激Th1和Th2的增殖。小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)不同途徑能分化成不同亞群：經(jīng)典途徑激活的小膠質(zhì)細(xì)胞(classically activated microglia,M1)和旁路途徑激活的小膠質(zhì)細(xì)胞(alternatively activated microglia,M2)；M1被認(rèn)為有神經(jīng)破壞作用，因?yàn)樗鼈兊臄?shù)量與MS中軸突破壞的范圍和實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎中神經(jīng)元功能障礙成正相關(guān)[12]；M2卻被認(rèn)為有神經(jīng)保護(hù)作用而促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)[13]。

Starossom研究組[8]證明了Galectin-1是小膠質(zhì)細(xì)胞活化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑：抑制M1的活化，上調(diào)M2的表型。Galectin-1抑制M1、上調(diào)M2，主要是通過(guò)激活p38-MAPK(mitogen-activated protein kinase p38)、CREB(cAMP response element binding)和NF-Kb(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells)信號(hào)通路，進(jìn)一步抑制了上游促炎因子，如一氧化氮合酶、干擾素、CCL2趨化因子等，從而抑制炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的神經(jīng)損傷，起到神經(jīng)保護(hù)作用。另外，Galectin-1結(jié)合于CD45的O聚糖核心(一種磷酸酶，能轉(zhuǎn)導(dǎo)M1活化的抑制信號(hào))，促進(jìn)糖蛋白保持在小膠質(zhì)細(xì)胞表面，并加強(qiáng)了他的磷酸化活性，抑制M1的活性。Galectin-1與糖相互作用可能捕獲細(xì)胞表面的糖蛋白受體，從而阻止細(xì)胞被吞噬，因此阻止了神經(jīng)退行性變，促進(jìn)神經(jīng)保護(hù)作用。進(jìn)一步，在Galectin-1表達(dá)基因敲出模型中，與野生模型相比，可觀察到炎癥介導(dǎo)的神經(jīng)變性損傷更為顯著；而體內(nèi)應(yīng)用外源性Galectin-1顯著地減弱了EAE的嚴(yán)重性。這一研究表明，在炎癥相關(guān)神經(jīng)退行性變中，靶向性應(yīng)用Galectin-1可能成為一種新的治療方法。

4.2 與巨噬細(xì)胞的相互作用

對(duì)游離的背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，如神經(jīng)元細(xì)胞、施旺細(xì)胞、巨噬細(xì)胞應(yīng)用熒光標(biāo)記的氧化型Galectin-1，只有在巨噬細(xì)胞表面才可見清楚的熒光標(biāo)記，表明氧化型Galectin-1只與巨噬細(xì)胞相結(jié)合[9]。

巨噬細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、特異性受體、各種細(xì)胞因子、黏附分子和細(xì)胞外基質(zhì)分子。在體外使用背根神經(jīng)節(jié)移植模型，Shuto研究組[14]已經(jīng)證實(shí)了各種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(NGF，IGF-I，IGF-II，CNTF)和細(xì)胞因子(IL-1，IL-6)促進(jìn)軸突再生。

Horie研究組[9]以坐骨神經(jīng)損傷為例，研究Galectin-1促周圍神經(jīng)生長(zhǎng)：在損傷后，血液中單核細(xì)胞迅速流入損傷區(qū)而變成巨噬細(xì)胞。然后，坐骨神經(jīng)殘端內(nèi)的軸突在損傷部位被封閉，并開始形成生長(zhǎng)圓錐。從這些軸突的生長(zhǎng)圓錐分泌還原型Galectin-1。一部分Galectin-1分子結(jié)合了細(xì)胞表面的β糖苷鍵，但另外部分?jǐn)[脫了碳水化合物而進(jìn)入細(xì)胞外空間。損傷的軸突和施旺細(xì)胞失去了物質(zhì)滲透的膜調(diào)節(jié)功能，允許細(xì)胞內(nèi)的Galectin-1進(jìn)入細(xì)胞外。還原型的Galectin-1在細(xì)胞外很快變成氧化形式，形成三個(gè)二硫鍵結(jié)合的化合物，導(dǎo)致凝集素特性的喪失；氧化型Galectin-1被認(rèn)為促進(jìn)施旺細(xì)胞遷移和有助于軸突再生。氧化型Galectin-1結(jié)合到巨噬細(xì)胞表明的特異性受體上，啟動(dòng)了巨噬細(xì)胞內(nèi)級(jí)聯(lián)信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致分泌多種因子促進(jìn)軸突生長(zhǎng)及施旺細(xì)胞遷移。最后，促進(jìn)了神經(jīng)再生。

Gaudet研究組[15]也證實(shí)：無(wú)論外周神經(jīng)損傷與否，Galectin-1都能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的聚集，巨噬細(xì)胞不僅可以分泌各種因子直接作用于損傷神經(jīng)，同時(shí)也能清除各種變性軸突或髓磷脂殘骸，所以Galectin-1不僅能作用于損傷的神經(jīng)元，也能營(yíng)造友好的軸突再生環(huán)境，促進(jìn)軸突再生。

Echigo研究組[16]在上述研究的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步探索：氧化型Galectin-1除通過(guò)直接誘導(dǎo)RT4-D6P2T施旺細(xì)胞遷移外，也能通過(guò)巨噬細(xì)胞釋放的各種因子激活MEK/ERK1/2信號(hào)通路作用于施旺細(xì)胞，間接誘導(dǎo)RT4-D6P2T施旺細(xì)胞遷移而促進(jìn)軸突生長(zhǎng)；氧化型Galectin-1能夠調(diào)節(jié)RAW264.7巨噬細(xì)胞內(nèi)的絡(luò)氨酸磷酸化酶活性，從而抑制RAW264.7巨噬細(xì)胞內(nèi)的一氧化氮合酶的活性，減少損傷及γ干擾素誘導(dǎo)NO的產(chǎn)生，阻止了NO促炎癥反應(yīng)對(duì)軸突再生的副作用，起到神經(jīng)保護(hù)作用。

4.3 與星形細(xì)胞的相互作用

Han研究組[11]的研究顯示：共聚焦實(shí)驗(yàn)顯示，在脊髓損傷后，Galcctin-1與反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞存在共定位，表明兩者具有高度的親和性；脊髓損傷動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中給予Galectin-1后，星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖明顯，證明Galectin-1對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞具有某種特殊作用；外源性Galectin-1卻不能改善星形膠質(zhì)細(xì)胞缺陷模型運(yùn)動(dòng)功能；Galectin-1可能保護(hù)星形膠質(zhì)細(xì)胞并動(dòng)員和加速反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞向損傷中心區(qū)域的遷移。可見，Galectin-1對(duì)神經(jīng)保護(hù)調(diào)節(jié)作用是通過(guò)星形膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)發(fā)揮的。

有研究表明，Galectin-1間接通過(guò)星形膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)腦源性生長(zhǎng)因子(BDNF)的產(chǎn)生，并對(duì)神經(jīng)元存活、分化及突觸塑形發(fā)揮作用[17]。Galectin-1誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放如IL-6等各種因子，這些因子能夠調(diào)節(jié)脊髓損傷后的免疫反應(yīng)，并促進(jìn)未成熟神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞向著星形系方向分化[18]。脊髓損傷后，星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠釋放神經(jīng)調(diào)節(jié)素，促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)前體細(xì)胞的進(jìn)一步分化[19]。反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠增加神經(jīng)前體細(xì)胞促進(jìn)因子的表達(dá)，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor,FGF)[20]。

脊髓損傷后，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠保護(hù)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞，而改善損傷后的運(yùn)動(dòng)功能，主要是星形膠質(zhì)細(xì)胞限制了炎性細(xì)胞侵潤(rùn)損傷區(qū)域，修復(fù)受損的血腦(脊髓)屏障(the blood brain/spinal cord barrier,BB(S)B)[21]。對(duì)于神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞的保護(hù)作用，也可通過(guò)阻斷谷氨酸鹽受體，防止損傷后谷氨酸鹽在細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)內(nèi)的聚積，抑制細(xì)胞毒性物質(zhì)的損害作用，從而改善損傷后的運(yùn)動(dòng)功能[22]。

5 問(wèn)題和展望

隨著研究的深入，對(duì)Galectin-1結(jié)構(gòu)及神經(jīng)保護(hù)作用的了解越來(lái)越多，大量的研究對(duì)Galectin-1提供了不同的視角，但仍有一些問(wèn)題尚未解決。如Galectin-1的神經(jīng)保護(hù)作用是否存在廣泛性，Galectin-1是通過(guò)什么確切機(jī)制來(lái)發(fā)揮的神經(jīng)保護(hù)作用，以及Galectin-1氨基酸空間結(jié)構(gòu)在神經(jīng)保護(hù)作用中發(fā)揮了什么具體作用；外源性和內(nèi)源性Galectin-1的作用是否存在差異；在神經(jīng)保護(hù)作用中是否存在著氧化型與還原型不同形式對(duì)應(yīng)不同組織的差異。在未來(lái)對(duì)Galectin-1的研究將會(huì)更加深入，研究領(lǐng)域可能集中在對(duì)其空間結(jié)構(gòu)的分析、具體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究、基因調(diào)控方面以及研究其在神經(jīng)保護(hù)中的廣泛性。隨著Galectin-1生物特性及神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制的揭示，必將為神經(jīng)損傷性疾病診治提供新的策略。

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