Nogo-A蛋白及其抗體與中樞神經軸突再生的研究進展

黎羅明綜述， 陳志斌審校

有關Nogo-A蛋白及其抗體的研究是目前神經科學研究領域的新課題。眾多研究表明，成年哺乳動物周圍神經系統(PNS)損傷后可以再生，而中樞神經系統(CNS)神經軸突損傷后卻不能再生或再生極其低下。究其原因，主要是CNS內存在著抑制神經軸突生長的抑制物，當中Nogo-A蛋白被認為是抑制神經軸突再生的關鍵因素。有研究表明，抗Nogo-A蛋白抗體通過中和Nogo-A蛋白，有效促進神經軸突的再生，促進神經功能恢復。本文就Nogo-A蛋白及其抗體與中樞神經軸突再生的研究進行綜述。

1 Nogo-A蛋白及其受體(NgR)的分子結構

Nogo的功能位點可能位于其在細胞質的N端623-640氨基酸殘基及胞外段的1028-1089氨基酸殘基［1，2］。Nogo蛋白包括Nogo-A、Nogo-B、Nogo-C3種異構體，這三者都有一個共同的羧基端，靠近其羧基端有2個跨膜區，2個跨膜區之間存在著一個含有66個氨基酸的親水結構域(Nogo-66)［3］。Grandpre等［1］研究發現Nogo-66使Nogo蛋白具有中樞神經軸突抑制活性，即抑制神經元軸突生長。其中Nogo-A是Nogo蛋白中最主要的形式，是一種跨膜蛋白，由CNS少突膠質細胞及一些神經元產生，存在于髓鞘的內外環和少突膠質細胞的表面［4］。Nogo-A包含有1163個氨基酸，除Nogo-66外還有 amino-Nogo-A、NiG-Δ20等主要結構域，其中 amino-Nogo-A具有抑制成纖維細胞播散的作用，而NiG-Δ20使 Nogo-A具有限制神經細胞遷移、軸突生長和誘導生長錐塌陷的功能。Nogo-A具有最強的中樞神經抑制作用［5］。NgR是Nogo-66的受體，自2001年Fournier等［6］發現 NgR以來，已證明它是一種富含亮氨酸的廣泛存在于CNS的特異蛋白。NgR分布于神經元胞體和整個軸突中，廣泛表達于CNS的皮質、海馬、脊髓等處，含有473個氨基酸殘基，N端有一個信號肽，C端富含半胱氨酸，與糖基化磷脂酰肌醇(GPI)相連，并通過后者固定在神經元細胞膜表面上。

2 Nogo-A蛋白及NgR的作用機制

生理狀態下，Nogo蛋白對生長較晚的CNS神經束起到限定作用，纖維束只能進入特定的區域層內，在成年哺乳動物的CNS，Nogo蛋白的主要作用是保持CNS的穩定，防止不必要的出芽，有助于保持神經聯系的特異性，防止形成不必要的、錯誤的投射，Nogo-A可通過微管動力學調節參與軸突生長和樹突塑形的進程［7］。NgR是Nogo蛋白、髓鞘相關性蛋白(MAG)和少突膠質細胞蛋白多糖(OMgp)3種神經軸突再生抑制因子的共同受體。Nogo蛋白與NgR結合在海馬連接的發育中可能起關鍵的作用，并與成熟的神經元可塑性相關，并且在學習及記憶方面有促進作用［8，9］。而另一方面，NgR首先與其復合受體P75NTR結合，再與Nogo-66、MAG、OMgp三者結合，通過第二信使cAMP、Ca2+啟動RhoA傳導抑制信號，導致生長錐潰變，最終神經軸突的再生受到抑制［10，11］。Raiker等［12］研究也表明 Nogo、OMgp 及其高親和力受體共同負調控神經元生長和突觸功能。Joset等［13］報道Nogo-A蛋白的特殊片段(NogoΔ20)通過激活RhoA誘導生長錐塌陷、抑制神經軸突生長。Cafferty等［14］進一步證實MAG、Omgp與Nogo-A協同作用限制脊髓創傷后軸突生長和神經功能恢復。

3 Nogo-A蛋白及其抗體在CNS中的實驗應用

Nogo-A蛋白是神經軸突再生的重要抑制因子，但其全部功能尚不十分清楚，可能是一種多功能蛋白，參與神經軸突生長、突觸可塑性、樹突棘調控［15］，通常于各種CNS損傷后表達增加。Lackner等［16］發現Nogo-A蛋白在實驗性腦型瘧疾小鼠中表達增加，考慮跟應激反應有關。Cheatwood等［17］研究認為大腦中動脈缺血性卒中后28d成年大鼠腦神經元Nogo-A蛋白的表達仍增加，Nogo-A蛋白是其抗體治療的重要靶點。目前研究證明，通過敲除編碼Nogo蛋白的Nogo基因或者用抗Nogo-A蛋白的抗體中和Nogo-A蛋白能有效促進神經軸突再生延長，同時改善實驗動物神經功能缺損所致的功能障礙。Masliah等［18］通過剔除Nogo基因促進神經軸突的萌芽再生，從而改善早中期阿爾茨海默病(AD)APP轉基因小鼠的學習和記憶功能(Morris水迷宮法評價)。類似地，Gillani等［19］通過抗-Nogo-A抗體免疫療法使實驗性卒中老年大鼠的認知障礙得到改善，同時發現其與海馬神經元的結構改變沒有關聯性，但仍認為該療法對卒中后認知功能缺損有治療作用。Freund等［20］在非人靈長類動物實驗中證實抗-Nogo-A抗體治療組恒河猴手靈巧度的恢復較對照抗體組快且顯著。但用抗-Nogo-A抗體治療并不能阻止中樞神經元胞體的皺縮，從而表明其影響的主要是神經軸突［21］。當然除上述治療方法外，也有報道通過小干擾RNA(SiRNA)沉默Nogo-A促進脫髓鞘疾病功能恢復，也許會成為多發性硬化(MS)所致永久神經功能缺損患者的治療選擇［22］。有學者認為綜合治療較單一治療效果更理想，如Schnell等［23］聯合應用抗Nogo-A抗體、神經營養因子-3、NMDA-NR2d亞基干預脊髓半切大鼠，結果顯示其在改善脊髓損害功能障礙方面與對照組比較有統計學意義(P＜0.05)。而 Maier等［24］的研究顯示抗Nogo-A抗體聯合跑臺訓練在脊髓損傷大鼠后肢功能恢復上并沒有協同作用。以上表明，通過沉默、基因敲除、抗體中和等方法干預Nogo-A可以促進神經缺損功能恢復，但有學者認為刪除Nogo蛋白、MAG、OMgp 3大髓鞘抑制因子可以增加未受損神經軸突的萌芽，卻與哺乳動物的行為改善無關，認為這3種抑制因子在中樞神經系統損傷神經軸突再生失敗中并沒有起到關鍵的作用［25］。至于治療時機方面，有研究者認為成年大鼠永久性大腦中動脈阻塞缺血性卒中后9w給予抗-Nogo-A抗體(11C7)治療仍能改善其神經缺損功能，同時通過示蹤劑觀察到運動皮質區神經軸突的出芽［26］。但新近有研究表明，抗-Nogo-A抗體治療應于脊髓損害急性期或損傷后1w，最遲不超過2w，才能收到較好的治療效果［27］。

4 問題與展望

至目前為止，雖然已知Nogo-A蛋白是抑制CNS神經軸突再生最強烈的抑制因子，但是其全部功能尚不十分清楚，有待今后進一步研究探索。Nogo-A蛋白只是抑制神經軸突再生的一個靶點，尚有 MAG、OMgp及 Nogo-66和其受體(NgR)等參與，尤其NgR，它是Nogo、MAG、OMgp三者的共同受體，這又是另外一個重要靶點。目前動物實驗已表明，針對NgR的受體拮抗劑(NEP1-40)也能夠促進神經軸突再生。因此，抗Nogo-A蛋白抗體的治療效果與NEP1-40比較是否還有優勢?最近，抗Nogo-A抗體已開始應用于脊髓損傷患者的臨床試驗［27］，其結果將如何?另外，抗Nogo-A蛋白抗體與常規藥物(如鼠神經生長因子)比較療效有否差別及差別是否有意義?以上問題需要我們共同努力去探究，相信隨著分子生物學、神經科學等學科的發展，不久將會得出滿意的結果。

［1］GrandPre T，Nakamura F，Vartanian T，etal.Identification of the Nogo inhibitor of axon regeneration as a reticulon protein ［J］.Nature，2000，403(6768):439-444.

［2］Chen MS，Huber AB，Haar ME，etal.Nogo-A is a myelin-associated neurite outgrowth inhibitor and an antigen for monoclonal antiboday IN-1［J］.Nature，2000，403(6768):434-439.

［3］Fournier AE，GrandPre T，Gould G，etal.Nogo and the Nogo-66 receptor［J］.Prog Brain Res，2002，137:361-369.

［4］Huber AB，Weinmann O，Brosamle C，etal.Patterns of Nogo mRNA and protein exp-ression in the developing and adult ratand after CNS lesions［J］.JNeurosci，2002，22(9):3553-3567.

［5］Hu F，Liu BP，Budel S，etal.Nogo-A Interacts with the Nogo-66 receptor throughmultiple sites to create an isoform-selective subnanomolar agonist［J］.JNeurosci，2005，25(22):5298-5304.

［6］Fournier AE，Grand PT，Strittmatter SM.Identification of a receptor mediating Nogo-66 inhibition of axonal regeneration ［J］.Nature，2001，409(6818):341-346.

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

［8］Mingorance A，Fontana X，Sole M，etal.Regulation of Nogo and Nogo receptor during the development of the entorhino-hippocampal Pathway and after adult hippocampal lesions［J］.Mol Cell Neurosci，2004，26(1):34-49.

［9］Josephson A，Trifunovski A，Schele C，etal.Activity-induced induced and developmental downregulation of the the Nogo Nogo receptor［J］.Cell Tissue Res，2003，311(3):333-342.

［10］Niederost B，Oertle T，Fritsche J，etal.Nogo-A and myelin-associated glycoproteinmediate neurite growth inhibition by antagonistic regulation of RhoA and Racl［J］.JNeurosci，2002，22(23):10368-10376.

［11］Cheatwood JL，Emerick AJ，Kartje GL.Neuronal plasticity and functional recovery after ischemic stroke［J］.Top Stroke Rehabil，2008，15(1):42-50.

［12］Raiker SJ，Lee H，Baldwin KT，etal.Oligodendrocyte-myelin glycoprotein and nogo negatively regulate activity-dependent synaptic plasticity［J］.JNeurosci，2010，30(37):12432-12445.

［13］Joset A，Dodd DA，Halegoua S，etal.Pincher-generated Nogo-A endosomesmediate growth cone collapse and retrograde signaling［J］.JCell Biol，2010，188(2):271-285.

［14］Cafferty WB，Duffy P，Huebner E，etal.MAG and OMgp synergize with Nogo-A to restrict axonal growth and neurological recovery after spinal cord trauma［J］.JNeurosci，2010，30(20):6825-6837.

［15］Pradhan AD，Case AM，Farrer RG，etal.Dendritic spine Alterations in neocortical pyramidal neurons following postnatal neuronal nogo-A knockdown［J］.Dev Neurosci，2010，32(4):313-320.

［16］Lackner P，Beer R，Broessner G，etal.Nogo-A expression in the brain ofmice with cerebral malaria［J］.PLoS One，2011，6(9):e25728.

［17］Cheatwood JL，Emerick AJ，Schwab ME，etal.Nogo-A expression after focal ischemic stroke in the adult rat［J］.Stroke，2008，39(7):2091-2098.

［18］Masliah E，Xie F，Dayan S，etal.Genetic deletion of Nogo/Rtn4 ameliorates behavioral and neuropathological outcomes in amyloid precursor protein transgenicmice［J］.Neuroscience，2010，169(1):488-494.

［19］Gillani RL，Tsai SY，Wallace DG，etal.Cognitive recovery in the aged rat after stroke and anti-Nogo-A immunotherapy［J］.Behav Brain Res，2010，208(2):415-424.

［20］Freund P，Schmidlin E，Wannier T，etal.Anti-Nogo-A antibody treatment promotes recovery ofmanual dexterity after unilateral cervical lesion in adultprimates-re-examination and extension of behavioral data［J］.Eur JNeurosci，2009，29(5):983-996.

［21］Beaud ML，Schmidlin E，Wannier T，etal.Anti-Nogo-A antibody treatment doesnot prevent cell body shrinkage in themotor cortex in adultmonkeys subjected to unilateral cervical cord lesion［J］.BMC Neurosci，2008，9(5):1-11.

［22］Yang Y，Liu Y，Wei P，etal.Silencing Nogo-A promotes functional recovery in demyelinating disease［J］.Ann Neurol，2010，67(4):498-507.

［23］Schnell L，Hunanyan AS，Bowers WJ，etal.Combined delivery of Nogo-A antibody，neurotrophin-3 and the NMDA-NR2d subunit establishes a functional‘detour’in the hemisected spinal cord［J］.Eur JNeurosci，2011，34(8):1256-1267.

［24］Maier IC，Ichiyama RM，Courtine G，etal.Differential effects of anti-Nogo-A antibody treatment and treadmill training in ratswith incomplete spinal cord injury［J］.Brain，2009，132(6):1426-1440.

［25］Lee JK，Geoffroy CG，Chan AF，etal.Assessing spinal axon regeneration and sprouting in Nogo-，MAG-and OMgp-deficientmice［J］.Neuron，2010，66(5):663-670.

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

［27］Gonzenbach RR，Zoerner B，Schnell L，etal.Delayed anti-Nogo-A antibody application after spinal cord injury shows progressive loss of responsiveness［J］.JNeurotrauma，2012，29(3):567-578.