HA/CD44在神經膠質細胞和視交叉神經中的表達及意義

劉明山，莫 亞，古 佩，何沐霖

作者單位:1(610072)中國四川省成都市，成都中醫藥大學眼科學院;2(610075)中國四川省成都市，成都中醫藥大學附屬醫院眼科

0 引言

透明質酸(hyaluronic acid，HA)廣泛存在于細胞外間質，CD44是一類跨膜糖蛋白，是細胞表面最重要的透明質酸受體。透明質酸與透明質酸受體RHAMM和CD44以及其他透明質酸結合蛋白包括hyaladherins和蛋白多糖相互作用，調節細胞的多種生物行為，包括細胞粘附、遷移、增殖和分化以及創傷愈合等［1］。HA在神經系統中的生物活性主要由跨膜受體介導，包括TLR2，TLR4，CD44和RHAMM［2］。在這些受體中，CD44在中樞神經系統(central nervous system，CNS)中被廣泛表達。視網膜是腦的衍生物，屬于中樞神經系統的一部分，神經膠質細胞是廣泛分布于中樞神經系統內除了神經元以外的所有細胞。視網膜來源于神經外胚層，視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells，RGCs)位于視網膜最內層－神經節細胞層，是視網膜內唯一向腦內投射的一類神經元，RGCs軸突在離開眼球之后大部分進入間腦腹側，形成視交叉。研究證實HA/CD44在Müller細胞在內的神經膠質細胞和視交叉神經中均有表達，本文就有關HA及其受體CD44在包括Müller細胞在內的神經膠質細胞和視交叉神經中的表達及意義的研究進展作一概述。

1 CD44與HA結合及其分子基礎

CD44是最主要的一種細胞表面透明質酸受體［3］，CD44與HA非共價結合，結合部位可以延伸至數個重復二糖單位。CD44與HA結合有三種方式:(1)CD44分子的細胞外部分攜帶的N－糖基化部位與HA結合;(2)修飾后的N－糖基化部位與HA結合;(3)在體外，CD44蛋白胞漿部分的末端與HA結合。

CD44與HA結合的特性由CD44異構體的特性及表達CD44的細胞性質決定。CD44可處于三種不同激活狀態［4］:(1)滅活態，CD44不能結合 HA;(2)可誘導激活態，在特異的抗CD44單抗或者激活劑的誘導下，CD44被激活，能夠與HA結合，如大多數靜止的T細胞;(3)組成性激活態，不需要任何激活劑，CD44就處于激活態，可以與HA結合。CD44所處的激活狀態可能由其自身基因轉錄后修飾所決定，特別是糖基化修飾。每一個CD44異構體在靠近其N末端處均含有一個連接組件(link module)，連接組件約由100個氨基酸殘基組成［5－6］。

CD44與HA的結合發生在細胞表面，CD44對應于其HA分子上的單個CD44－HA結合結構域的親和力非常低，但是在細胞表面存在著眾多緊密排列的CD44受體分子，與HA的高度重復的二糖單元結構結合。因此HA分子與CD44在細胞表面結合時，包含了眾多低親和力的受體－配體的相互作用［7］。這也是細胞表面粘附受體－配體相互作用的一大共性，但對于CD44來說更重要，因為其配體HA具有高度的重復特性。

2 HA/CD44在包括Müller細胞在內的神經膠質細胞中的表達及意義

2.1 HA/CD44在神經膠質細胞中的表達及意義 神經膠質細胞是廣泛分布于中樞神經系統內除了神經元以外的所有細胞，周圍神經系統中的施旺細胞和衛星細胞，中樞神經系統中的星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞都是神經膠質細胞中常見的重要種類。有研究最初報道了CD44的表達主要發生在人腦的白質(白質是中樞神經系統中主要的三個組成元素之一)中。之后的研究表明CD44蛋白的來源是神經膠質細胞，特別是星形膠質細胞［8－12］。Gorlewicz 等［13］也證明 CD44 在中樞神經系統和外周神經系統中主要通過神經膠質細胞表達。有學者使用來自人胎兒和成人腦的原代細胞培養物的體外研究證明了CD44在星形膠質細胞和少突膠質細胞中的表達［14－15］。隨后其對發育中大腦的分析已經將CD44定義為星形膠質細胞的限制性前體細胞(astrocyte－restricted precursor，ARP)的標記物，ARP被專門用于在嚙齒動物和人體組織的體外和體內產生星形膠質細胞［16］。其他的研究表明，在小鼠小腦中，CD44表達不僅可以在星形膠質前體細胞(可分化為星形膠質細胞)中發現，也可以在出生后早期的神經干細胞(具有分化為神經神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞的潛能)和少突膠質前體細胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs，可分化為少突膠質細胞)中發現［17］。盡管已經描述了星形膠質細胞中CD44的表達，但是對這些細胞中HA及其受體相互作用的功能知之甚少。Konopka等［18］證實，HA通過與CD44結合可抑制星形膠質細胞的增殖和星形膠質細胞突起的形成。已經證明HA/CD44與Rac1依賴性PKNγ(protein kinase N－γ)激酶活化相互作用，促進皮層肌動蛋白的磷酸化及皮層肌動蛋白介導的細胞骨架功能，導致星形膠質細胞遷移［19］。同樣，在神經前體細胞(是神經干細胞的一種，為各類神經細胞的前體細胞)中，CD44蛋白的過表達增強了這些細胞的體外和體內跨內皮遷移［20］。此外，OPCs中的CD44過表達抑制其向少突膠質細胞的分化，促進其向星形膠質細胞的分化［21］。

2.2 HA/CD44在Müller細胞中的表達及意義 Müller細胞(Müller glia)又稱放射狀膠質細胞，是脊椎動物視網膜中特有的星形膠質細胞，在脊椎動物視網膜中，占細胞總數90% 以上，其細胞核位于內核層，呈雙極性，向內、外側發出放射狀突起，分布于視網膜全層，具有結構支持、維持滲透壓穩定、參與神經元營養運輸和代謝、調節血－視網膜屏障等重要作用［22］。在病理情況下，Müller細胞一方面介導視網膜神經元損傷的信號傳遞，另一方面保護視網膜神經元，在某些動物甚至去分化，具有干細胞性質，部分替代損傷的視網膜神經元［23－24］。以往的研究已經證實了Müller細胞中有HA及CD44的表達，Azuma等［25］研究發現，Müller細胞是妊娠12wk到新生兒期暫時產生HA的部位之一。Müller細胞在建立視網膜極性結構和視網膜正確分層中發揮著決定性的作用［26］，并且Müller細胞能誘導視網膜前體細胞向視網膜神經節細胞分化［27］。在活體視網膜上，Müller細胞是唯一表達 CD44的細胞［28］。陸融等［29］推測透明質酸可能是通過作用于Müller細胞表面受體CD44激活相應的細胞內信息通路，加強Müller細胞降解透明質酸的功能。Shinoe等［30］研究發現，CD44的異位表達擾亂了神經元的形成過程，CD44的強制表達擾亂了Müller神經膠質細胞的形成過程，這表明CD44的適當表達對Müller神經膠質的形態成熟至關重要。即便如此，CD44在視網膜中的神經膠質細胞系的瞬時表達的作用仍不清楚，這還需要進一步的研究來證實。但近年來有關CD44與視網膜的關系已經引起重視，認為CD44與增生性玻璃體視網膜病變(proliferative vitroretinopathy，PVR)、視網膜的變性疾病(pigmentary degenerafion of the retina，PRD)、脈 絡 膜 新 生 血 管 (choroidal neovascularization，CNV)、視網膜母細胞瘤(retinoblastoma，RB)等有關。

3 HA/CD44在視交叉神經中的表達及意義

視覺信息在眼與大腦之間傳遞的途徑由視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells，RGCs)發出的軸突組成，這些連接的建立是在發育期完成的。RGCs軸突在離開眼球之后進入正在發育的視柄中并向大腦生長，即大部分進入間腦腹側面。在這里來自兩眼的軸突互相交叉形成特殊的X型，形成視交叉。RGCs的軸突集中于視乳頭，穿出鞏膜成為視神經(視神經是中樞神經系統的一部分)。Ma等［31］發現CD44存在于鼠胚胎時期的視交叉神經中。Lin等［32］發現，當視網膜軸突到達小鼠腹側間腦時，HA大量定位于視交叉神經元，并且在視交叉中線與其受體CD44共定位。已經證明這些神經元通過在視交叉中線處對視神經軸突提供導向因子來影響軸突生長［33］。CD44已被證明是這些因子中的一種，并且對小鼠視網膜節細胞軸突的延伸具有抑制作用。在小鼠視神經通路的腦切片培養中，使用阻斷抗體擾亂CD44功能可以顯著減少視交叉中線處先產生的交叉軸突和非交叉路徑的形成［34］，這證明了視交叉軸突路徑的重要作用。目前尚不清楚這些過程是否涉及HA與CD44的結合。基于HA是CD44及其生物活性的主要配體這一事實［35］，并且HA與CD44在視交叉中線處共定位，這就有理由認為HA很可能涉及CD44在小鼠視交叉中線介導的軸突導向，說明其與調節視網膜軸突神經的發育有一定關系，也有可能參與視網膜神經層的發育過程。體外研究表明CD44對胚胎視網膜軸突生長具有抑制作用［36］，而使用特異性抗CD44阻斷抗體的實驗表明，在小鼠視交叉中，交叉神經元中的功能性CD44分子對于軸突發散和軸突分化是必不可少的［34］。此外，CD44可能參與在層粘連蛋白底物上生長的視網膜節細胞的軸突的延伸［36］。盡管目前CD44在人視網膜發育過程中的具體作用和機制尚不清楚，但是多數專家認為CD44參與調節視網膜的分化和視網膜組織形態發展的過程。

總體而言，CD44作為HA的受體，和HA在許多生理和病理過程中發揮關鍵作用，如神經元發育，突觸可塑性以及對損傷、神經變性和腦腫瘤侵襲反應［37－38］。盡管有證據表明CD44可能參與神經元發育過程中的軸突導向，但透明質酸受體，特別是CD44在神經系統中的神經元功能仍有待闡明，Matzke等［39］已經證明，CD44敲除小鼠中的谷氨酸能突觸激發迅速減少，而在腦干內的甘氨酸能和GABA能突觸抑制或前包欽格復合神經元的整體突觸活動中未檢測到變化。Roszkowska等［40］認為CD44似乎是一種調節樹突棘功能和結構可塑性新型分子的參與者。上述觀察結果似乎可以表明CD44在突觸傳遞中的潛在作用，但這需要更多深入的研究。

4 展望

綜上所述，HA與CD44可能在包括Müller細胞在內的神經膠質細胞和視交叉神經中發揮著重要作用。近年來關于粘附因子CD44在眼科的研究也逐漸增多，如眼瞼鱗狀細胞癌、乳頭狀瘤、葡萄膜惡性黑色瘤、結膜惡性黑色素瘤、青光眼、白內障、翼狀胬肉等。然而CD44在經膠質細胞和視交叉神經中發揮作用的具體機制尚未明確。因此，對CD44的進一步研究和探討，可以為神經膠質細胞和視交叉神經的發育和相關疾病的病因研究、發病機制和治療提供—個新的方向。