脊髓损伤中的Nogo-A的研究进展

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摘要：成年哺乳动物中，枢神经系统的髓磷脂已被证实可以抑制结构再塑和阻碍神经纤维再生。而nogo-a可能是中枢神经系统的神经生长抑制剂髓鞘复合物最有特色的一种。在动物实验中枢神经系统损伤模型中，抑制Nogo-A的活性能够改善轴突再生和功能恢复。虽然Nogo-A已成为促进中枢神经系统中轴突再生主要的治疗干预靶点，人们普遍认为中和Nogo-A必须与其他治疗策略联合才能达到脊髓损伤后功能恢复最大化的目的。

关键词：神经轴突再生；功能恢复；神经轴突生长抑制因子

【中图分类号】R651.2 【文献标识码】B 【文章编号】1672-3783(2012)06-0624-02

脊髓损伤引起轴突损伤后是一系列的二次损伤，包括炎症，细胞调亡，及疤痕形成，髓磷脂阻断神经纤维再生是脊髓损伤恢复困难的重要机制之一。三个证据可以说明这个结论：第一，在多种脊椎动物脊髓损伤模型中，删除少突胶质细胞或阻止在早期髓磷脂形成可以促进脊髓纤维重新生成；第二，在大鼠脊髓损伤模型中，用抗体中和髓磷脂，尤其用IN-1中和Nogo-A，可以促进轴突发芽和再生[1]；第三，在大鼠的脊髓半切模型中，对髓鞘相关糖蛋白与Nogo-A自身免疫的鼠的脊髓皮质轴突可以更好的发芽和再生，但对髓磷脂自身免疫的鼠比对髓鞘相关糖蛋白或Nogo-A自身免疫的鼠取的更好的结果[2]。

中枢神经系统中已经证实几种髓磷脂蛋白作为轴突生长抑制因子存在，包括MAG（髓鞘相关糖蛋白），CSPG（硫酸软骨素蛋白聚糖），NOGO-A，OmgP（少突胶质细胞髓鞘糖蛋白）。大量数据已表明Nogo-A在体内与中枢神经再生有密切关系。

1 Nogo-A

Nogo-A是主要由少突胶质细胞表达的整合膜蛋白，分子量约为220KD。IN-1是Nogo-A的单克隆抗体，在体内和体外实验中可以对抗大鼠中枢神经系统髓磷脂蛋白组分。有学者发现，将成年大鼠脊髓背根神经节细胞移植到脊髓灰质后可延伸轴突，但若将其移植到白质中，轴突就不能再生，这说明脊髓白质可产生轴索生长抑制物[3]。研究小组从分化的少突胶质细胞中成功分离出一种抑制蛋白，命名为Nogo蛋白，意思是：“No Go for Neuron”，并研制了对相对分子质量为35×103(NI35)和250×103(NI250)的蛋白有很强的抑制作用的单克隆抗体，称为IN-1。Spillmann[4]等对牛的一种抑制性蛋白中6个肽段序列的研究，发现该蛋白能和IN-1结合。根据这6个肽段的研究， 2000年科学家成功地克隆了Nogo基因。

Nogo基因的表达产物称为Nogo蛋白，Nogo蛋白是CNS髓鞘中具有抑制神经牛长活性的跨膜蛋白由于使用不同的启动子与mRNA的不同拼接，nogo基因有3个mRNA转录体，它们所编码的蛋白质为三种同型异构体：Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C。在成年哺乳动物体内，最初发现Nogo-A主要分布于CNS少突胶质细胞内质网，只有极少量位于少突胶质细胞表面，在某些神经细胞膜上或细胞内也有表达。Nogo-A至少存在两个区域可以抑制神经生长。一个是有66个氨基酸组成位于两个疏水区之间的Nogo-66区域，是Nogo-A，Nogo-B和Nogo -C共有的。另一个是Nogo-A特有的区域，称为NIG或中心抑制区[5]。在少突胶质细胞膜表面Nogo-A至少以两种模式存在，Nogo-66在细胞摸表面，中心抑制区有时在膜表面，有时在胞浆内。

2 Nogo-A神经元受体和信号传导通路

既然Nogo-A可以为一种中枢神经系统再生治疗的研究靶点，人们投入大量的工作来研究其神经受体以及信号通路。目前，两种神经元受体已被确定：Nogo-66受体（NGR）和轴突跨膜蛋白Caspr。Nogo-66区域能够与细胞膜外表面的NgR结合，能够激活GTP酶，进一步活化RhoA,从而使神经元生长受到抑制,虽然NGR是通过它能够调节Nogo-66对神经元的生长活性发现的，但Caspr是通过完全不同的方法发现的。Caspr位于郎氏结节的副结节上，他组成一个包括GPI-linked F3（接触蛋白）郎氏结节和Neurofascin 155（细胞粘附蛋白）的复合物。郎飞氏结节的副结节上，这个复合物参与郎飞氏结节的组装和钾离子通道的调节。Nogo-A连于这个多蛋白复合物的生理意义还是个未知的[6]。

3 Nogo-A体内外对神经生长的抑制作用

Nogo-A的神经生长抑制作用是通过培养神经传递因子，后来此因子被称为Nogo-A抗体。应用IN-1抗体可以显著减少中枢神经系统髓鞘抑制活性。神经元可以生长如果在髓鞘基板中应用IN-1抗体。这些中和IN-1抗体的实验是形成髓源性神经生长抑制因子的概念的基础。含有Nogo-66的培养皿可以阻滞轴突生长.加入NIG在培养皿，可以导致后神经结节神经元的生长基因在数分钟内崩溃[7]。体外实验已表明IN-1可以中和Nogo-A的抑制轴突生长的作用。

为了核实Nogo-A抗体临床作用，人们在灵长类动物狨猴进行了脊髓损伤实验。Gonzenbach RR等人对胸脊髓损伤的鼠进行爬坡试验测试。通过组织学的观察，80%的IN-1治疗组4周后IN-1治疗组较对照组爬坡实验有较高的评分，并能明显减少肌肉痉挛，促进功能恢复[8]。因此动物实验中，中和脊髓损伤后Nogo-A可以促进轴突的生长和功能恢复。

另外一个主要策略是阻止Nogo-A和Nogo-A受体NGR的结合来抑制Nogo-A的作用。一个来自Nogo-66区域的多肽NEP1-40在体内外试验中成功作为NGR的拮抗剂。含Nogo-66或中枢神经系统髓鞘培养基板中，NEP1-40已被证实可以促进轴突再生。在大鼠的胸段脊髓损伤实验中鞘内注射NEP1-40可以促进轴突再生和功能恢复。在脊髓损伤30天后，BBB评分中，NEP1-40治疗组平均高达15分，而对照组不超过12分[9]。重要的是NEP1-40可以选择性地抑制Nogo-66.因此NGR的更广泛的拮抗剂不仅对Nogo-66好有MAG和Omgp可能更有效地促进轴突再生和功能恢复。沿着这条线，出现了针对Nogo-66，MAG和OmgpNGR的多克隆抗体可以更好抑制髓源性抑制因子。在大鼠的胸段脊髓损伤实验中，应用NGR的拮抗剂和甲强龙可以更好地促进轴突再生和功能恢复。在脊髓损伤28天后BBB评分中，联合治疗组平均为16分，而对照组平均为12分[10]。这些表明中和Nogo-A不仅可以促进神经纤维再生，还可以使神经纤维识别和连接相应的靶目标促进功能恢复。

4 问题与展望

中枢神经系统再生障碍原因相当复杂，损伤区胶质瘢痕形成、神经营养因子缺乏以及抑制性蛋白的存在等均影响到中枢神经再生。轴突生长抑制性蛋白Nogo-A只是轴突再生障碍的外因之一，髓鞘也不是神经很难再生的惟一原因。而关于Nogo-A及NgR仍有许多问题有待解决，如Nogo-A及其受体NgR的信号转导及时间相如何? Nogo-A与NgR在脊髓损伤损伤后表达是否一致?为什么?其机制等仍需进一步研究探索。中枢神经损伤后，Nogo蛋白与p75NTR_NgR受体复合物结合，发挥抑制神经再生的作用。nogo基因及相关蛋白与NgR的发现，为研究中枢神经系统损伤后再生的机制奠定了基础，为中枢神经系统的损伤修复带来了新的希望。在此基础上建立nogo或NgR基因敲除模型，将为中枢神经再生研究提供新的思路和手段。与Nogo相关的基因和药物治疗将成为CNS损伤后促进神经再生修复及抗肿瘤的新的潜在手段。

参考文献

[1] CE, N. and T. BL, Nogos and the Nogo-6 6 receptor：factors inhibiting CNS neuron regeneration. J Neurosci Res, 2002. 67(5):p.559-565

[2] M, S., et al., Systemic deletion of the myelin-associated outgrowth inhibitor Nogo-A improves regenerative and plastic responses after spinal cord injury. Neuron, 2003. 38(2):p.201-211

[3] SavioT and S. ME, Rat CNS white matter，but not gray matter，is nonpermissive for neuronal cell adhesion and fiber outgrowth. Nemosci, 1989. 9(4):p.1126-1133

[4] AA, S., et al., Identification and characterization of a bovine neurite growth inhibitor (bNI-220). Biol Chem, 1998. 273(30):p.19283-19293

[5] T, G., et al., Identification of the Nogo inhibitor of axon regeneration as a Reticulon protein. Nature, 2000. 403(27):p.439-444

[6] FY, T., L. BM and T. BL, Inter- and intracellular interactions of Nogo: new findings and hypothesis. Neurochem, 2004. 89(4):p.801-806

[7] P, C. and S. ME, Antibody against myelin-associated inhibitor of neurite growth neutralizes nonpermissive substrate properties of CNS white matter. Neuron, 1988.1:p.85-96

[8] RR, G., et al., Nogo-A antibodies and training reduce muscle spasms in spinal cord-injured rats. Ann Neurol, 2010.68(1):p.48-57

[9] T, G., L. S and S. SM, Nogo-66 receptor antagonist peptide promotes axonal regeneration. Nature, 2002. 417(6888):p.547-551

[10] Wu, J., et al., Effect of combined treatment with methylprednisolone and nogo-a monoclonal antibody after rat spine cord injury. International Medical Research, 2010. 38(2): p. 572-582