设为首页
加入收藏
求医中医药网
www.qe.cn
站内搜索
一、轴突生长模式
轴突的生长是以其尖端——生长冠(growth cone)上特殊结构的动态变化为基础的。生长冠上有10余条细丝状的丝状伪足和数个帆幕状的板状伪足。在培养液中，丝状伪足不停地伸展和回缩，探索周围环境的信号，介导生长冠对周围环境信号的伸展和回缩反应。轴突的延伸实际上是生长冠尖端前伸和回缩相竞争的结果［2］。
研究结果表明：生长冠对周围环境信号的反应分为3个阶段［3］：（1）探索周围的环境，并将信号传到细胞体；（2）运动方向的选择；（3）位置的稳定和轴突的塑形。因此，轴突生长的必须条件为：生长冠的前伸，并在合适的环境中保持稳定。轴突诱向因子正是在这2个环节上起作用。
二、诱向因子的发现
近30年来，相继发现了促使神经元存活和生长的多种神经营养因子(neurotrophic factors,NTF)。以神经生长因子(NGF)为代表，其他的还有睫状神经营养因子(cNTF)、脑源性神经营养因子(BDNF)、神经营养因子-3(NT-3)等。它们是多种神经元存活、分化和功能维持的必需因子。但是，单纯的NTF并不能解释CNS中轴突投射的准确性和靶位选择的特异性。而且，大量的实验和临床研究表明，中枢神经损伤后，单纯给予NTF并不能取得明显再生效果。这些结果高度提示，在CNS中，还存在着其他的信号分子，它们在轴突的寻路和致靶(targeting)过程中起着关键作用。同时也控制着中枢神经的再生。
早在1892年，Remon就提出，中枢神经轴突的正确投射是由可扩散性化学分子所介导的。直到1988年，Tessier-Lavigne等［4］在体外培养中发现，轴突能选择性地向其靶组织生长，证实了化学吸引因子的存在。1994年，Serafini等第1次从鸡脑组织中提取了化学吸引因子netrins。另外，在90年代初，Goodman和Luo等［5］分别发现，在CNS中除吸引因子外，还存在着化学排斥因子，并分别提取纯化了神经生长抑制因子semaphorin Ⅰ（最新命名为sema 1A［6］）和collapsin-1。这些因子与靶神经元共同孵育时，可导致轴突的生长方向逆转和生长冠的萎缩（collapse）。
现在普遍认为，在CNS中，对轴突的生长产生诱向作用的有4种信号因子：神经细胞表面产生的起短距离作用的排斥因子和吸引因子；可扩散的起长距离作用的化学排斥因子和吸引因子。在轴突生长过程中，这些信号因子在轴突周围不同时空范围内不均衡地表达，轴突根据上述信号因子的相互作用的平衡来做出寻路决定（pathfinding decision）。以下主要介绍起长距离作用的诱向因子。
三、诱向因子的结构和功能
近10年来，人们分别从各种动物的神经组织中提取了具有轴突诱向作用的蛋白质。其中可能参与长距离诱向作用的主要有netrins、semaphorins/collapsins家族［7］，两者是近几年研究的热点。
1.netrins家族：netrins家族包括unc-6、netrin A、netrin B、netrin-1、netrin-2,它们的结构同源，功能相似。其中对于netrin-1的研究较为深入。
netrin-1是从胚胎鸡脑组织中提取的一种相对分子量为78 000的分泌型蛋白质［8］。胚胎期表达在脊髓腹侧中线处底板（floor plate）细胞，能诱导原来在背侧的痛温觉神经元轴突向腹侧生长，而对背侧投射性的滑车神经元则有排斥作用。原位杂交显示，netrin-1在脊髓、延脑、中脑等部位的底板处都有高水平的表达；netrin-2以较低的水平在底板的临近区域表达。提示netrins在胚胎期CNS发育中是广泛存在的诱向因子。
有意思的是，在体实验中，联络神经元轴突在到达底板之前趋向分泌netrin-1的底板生长，穿过底板以后则对底板分泌的netrin-1失去了敏感性［9］。最新研究认为，这可能与netrin-1激活底板细胞内信号传递系统，降低cAMP的水平有关［10］。这种敏感性的改变保证了联络神经元向底板方向投射而又不中止于底板，同时也说明了轴突的投射是一个多种因素共同作用的动态变化过程。
2． semaphorins/collapsins家族：semaphorins/collapsins(以下简称semas)是一大家族分泌型或跨膜型糖蛋白。它们的共同特点是氨基端都含有532个氨基酸残基组成的保守序列——sema区。这段保守序列被认为是semas致萎缩功能的关键部位。根据羧基端序列的不同分为7个亚家族，其中研究最清楚的是第三亚家族，即sema Ⅲ/collapsin-1（最新命名为sema 3A［6］）。
collapsin-1是成年鸡脑中提取的一种分泌型糖蛋白。相对分子量为100 000。包括N端的sema区、2型Ig样区和C端功能未明的基本序列区（basic region）。sema Ⅲ和sema D分别是collapsin-1在人类和大鼠中的同源物，三者在分子结构上有90%以上的同源性［11］。体外实验证明，sema Ⅲ/collpsin-1特异性地抑制背根神经节神经元和颅神经轴突的延伸，导致其生长冠的萎缩。原位杂交显示，在胚胎发育期，其mRNA高度表达在脊髓的腹侧半，并特异性地抑制背侧投射的皮肤感觉轴突向腹侧投射，而对腹侧投射性的肌支则无作用。近年来的研究表明，其mRNA在胚胎发育期的皮层下白质、海马及小脑等结构中都有较高水平的表达。提示它们在皮层向皮层下白质的投射、海马及小脑轴突网络的形成中都起着重要的作用［12］。
sema区是semas生物学活性的必需部位。但近期有报道［13］：单个的sema区并不能表现生物学活性，必须通过位于Ig区和基本序列区之间的第723个氨基酸（半胱氨酸723）连接形成二聚体才能表现生物学活性；用人IgG的Fc段整合sema区形成二聚体也可使之显示生物学活性。因此，二聚体化可能是一些semas成员致萎缩活性的重要分子基础。
值得注意的是，大多数semas成员的研究都是用胚胎组织来进行的。而且semas家族的绝大部分成员都在胚胎发育期的CNS中有高度的表达，出生以后表达水平明显下降甚至消失［14］。而collapsin-1来源于成年鸡脑组织这一事实说明,在正常成年期CNS中也有semas的表达。推测这些抑制因子的表达可能与正常神经轴突环路的维持以及阻止异常轴突的长出有关。同时，也有理由相信抑制因子在阻止中枢神经损伤后的再生中也起着关键作用。
四、诱向因子的受体作用模式及调节
1996年，Reter等发现，果蝇DDC家族中的Frazzled基因编码的跨膜蛋白是果蝇netrin A和netrin B的受体［15］。后来，He等发现，neuropilin-1和neuropilin-2分别是sema Ⅲ和sema Ⅳ的受体，两者mRNA有相似的表达模式［16］。体外实验显示,neuropilins能与sema Ⅲ和semaⅣ特异性地结合，前者的抗体可阻断后者的抑制活性。
现在认为，诱向因子是通过受体和G蛋白介导的信号传递级连反应，以cAMP或cGMP为第二信使作用于轴突的［17］。另外，Song等［10］还发现，调节生长冠内cAMP和 cGMP的水平，可使同一诱向因子对同一轴突的作用在吸引和排斥之间相互转换，其中netrin-1受cAMP 的调节， sema Ⅲ受cGMP的调节。升高cAMP或cGMP水平， 诱向因子趋向于表现吸引活性，降低两者的水平则趋向于表现抑制活性。这些发现提示，诱向因子对生长冠的吸引和排斥活性可能共用某些细胞内机制。
对诱向因子的结构、功能和调节机制的研究为人为干预中枢神经的再生提供了可能性。人们可以通过抑制semas mRNA的表达、干扰它的二聚体化、阻断G蛋白的传导过程、改变cGMP的水平等多种途径来解除semas对中枢神经的抑制作用，促进损伤后中枢神经的再生。
五、展望
神经诱向因子特别是神经抑制因子的发现为神经科学的研究注入了新的活力，也为最终解决中枢神经损伤的再生问题提出了新的希望。目前的研究主要集中在对胚胎期的实验研究方面，许多机制仍在探讨之中，距离解决临床实际问题还有相当的距离。对这方面的深入研究具有深远的实际意义。
参考文献
1，Keynes R,Cook GM.Axon guidance molecules.Cell,1995,83:161-169.
2，Smith SJ.Neuronal cytomechanics: the actin-based motility of growth cone.Science,1988,242:708-711.
3，Tanaka E,Sabry J.Making the connection: cytoskeletal rearrangments during growth cone guidance.Cell,1995,83:171-176.
4，Tessier-lavigne M,Placzek M,Lumsden AG,et al.Chemotropic guidance of developing axons in mammalian central nervous system.Nature,1988,336:775-778.
5，Luo YL,Raible D,Raper JA,et al.Collapsin:a protein in bra
