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编号:11316368
降钙素基因相关肽在神经系统损伤中的作用
http://www.100md.com 《创伤外科杂志》 2006年第6期
     摘要: 降钙素基因相关肽(calcitonin generelated peptide,CGRP)广泛分布于中枢及周围神经系统,参与多种生理活动。笔者现对其CGRP的分子生物学特性、分布、合成与调节、CGRP与神经递质共存、周围神经损伤后CGRP的变化及其意义、CGRP与神经营养因子等方面进行综述如下。

    关键词:降钙素基因相关肽;神经损伤

    Effects of calcitonin generelated peptide on nerve system injury

    ZHENG Linfeng,XIE Yinggui,XU Yuanzhong

    (Changsha Social Work College,Changsha 410073,China)

    Abstact: Calcitonin generelated peptide (CGRP) is widely distributed in the central and peripheral nervous system,and involved in diverse physiological functions.The author now reviewed the recent advances of CGRP from the view of its molecular biologic characteristics,distribution,synthesis and modulation,coexistence of neurotransmitters,changes after peripheral nerve injury,and so on.

    Key words:calcitonin generelated peptide;nerve injury

    1983年Rosenfeld首次利用基因重组技术合成了降钙素基因相关肽(calcitonin generelated peptide,CGRP),之后研究发现CGRP广泛分布于中枢及周围神经系统及一些非神经组织,如血管、垂体、性腺等,其参与多种生理活动,如嗅觉、听觉、学习、摄食、自主神经功能、运动活动、伤害性感觉的形成与维持及血管扩张等。现就其在神经系统损伤的相关研究作一综述。

    1 CGRP的分子生物学特性

    CGRP由37个氨基酸组成。相对分子质量为3 800D,其N端有一1,7二硫键,C端有一苯丙氨酸残基,它们与降钙素、肾上腺髓质素、淀粉样多肽等均属于降钙素基因相关肽超家族。人和大鼠均存在2种分子异构肽,分别称αCGRP和βCGRP,由2种不同的基因编码,定位于11号染色体短臂上,其中含5个内含子和6个外显子。αCGRP基因长约6.5kb,在神经组织中经转录、多聚腺苷酸化、选择性剪接合成αCGRP。βCGRP是αCGRP的类似物,在人类两者有3个氨基酸存在差异,在大鼠仅1个氨基酸不同。βCGRP有其独特的编码基因,与降钙素基因高度同源。αCGRP和βCGRP发挥相似的生物学作用。CGRP基因编码的的mRNA最先翻译成一个分子量为160kD、由128个氨基酸组成的CGRP前体,储存于细胞分泌颗粒内,释放时酶解成CGRP发挥其生物学作用。CGRP肽链C端与受体识别有关, 而肽链N端双硫键与生物活性有关。CGRP高度多样的生物活性和调节功能是通过G蛋白藕联的受体来实现的。传统上将CGRP受体分为2类:CGRP1和CGRP2受体。其中CGRP1受体对CGRP的拮抗剂人CGRP837较敏感。CGRP受体发挥功能至少需要3种蛋白:7次跨膜的G蛋白藕联的降钙素受体样受体(Calcitonin receptorlike receptor,CRLR)、受体活性修饰蛋白(Receptoractivitymodifying proteins,RAMPs) 、受体组分蛋白(Receptor component protein,RCP) 。CRLR是通过RAMPs和RCP使CGRP发挥生物学效应。CRLR介导与配体的结合;RAMPs是CRLR伴侣蛋白质,运送CRLR到细胞表面与配体结合;CRLR与RCP偶联后才能启动细胞信号转导通路。

     2 CGRP在神经系统的分布

    CGRP广泛分布于脑内及与体表感觉有关的脊髓背角和初级传入纤维,特别是感觉神经元的胞体和末梢内[1]。在中枢神经系统几乎见于中枢各部的神经细胞和纤维。在端脑皮质、隔核、杏仁核,间脑的视上核,中脑四叠体、黑质,脑干的面神经核、三叉神经核、蜗神经核、迷走神经核、舌下神经核、疑核、臂旁核、蓝斑、下橄榄核以及脊髓前角有大量CGRP细胞。而CGRP神经纤维的分布则相当广泛,几乎见于整个中枢神经系统,尤其在脊髓后角,CGRP纤维密集成网,主要分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层和Lissauer's束。这种分布形式在人、大鼠、小鼠、猫、马等动物是一致的。在外周神经系统的三叉神经节和背根神经节(doral root ganglia,DRG)等感觉神经节内有丰富的CGRP细胞与纤维[1,2],植物性神经节如睫状神经节内有少量CGRP纤维存在,在外周组织如骨胳肌运动终板、关节的滑膜浅层都有丰富的CGRP免疫阳性纤维的分布[3]。CGRP在感觉、运动、植物性神经元都有表达,提示CGRP生物学作用具有的多样性与复杂性。

     3 CGRP的合成与调节

    现认为周围神经系统的CGRP主要合成部位在三叉神经节和DRG[4]。CGRP在三叉神经节合成后,其中枢端末梢作为感觉神经元传入纤维,主要负责痛、温觉传导。CGRP在DRG神经元胞体内合成后,以快速轴浆运输的形式分别运输到其中枢端和外周端的神经末梢。DRG中的CGRP神经元为假单极神经元,它的中枢端投向脊髓的浅层,而其外周端则分布于周围组织中,包括皮肤、血管等。但研究发现脊髓后角局部神经元亦可合成CGRP。CGRP的基因表达及释放受许多因素的影响, DRG内CGRP的表达可被环腺苷酸、神经生长因子(Nerve growth factor,NGF)、吗啡增强[5,6]。在用辣椒素耗竭大鼠DRG细胞内CGRP后再给予人类重组NGF,可观察到DRG感觉神经元CGRP的表达显著增加,而糖皮质激素、维甲酸和维生素D则可抑制DRG内CGRP的表达。辣椒素、炎症介质、缺氧、甲状腺素等可促进CGRP从神经末梢的释放,而促肾上腺皮质激素等则抑制此过程。CGRP活性的调节主要靠神经肽酶的降解,有研究发现CGRP从神经末梢释放后还可经神经末梢再摄取。

     4 CGRP与神经递质共存

    在中枢神经系统,CGRP与许多神经递质共存, 如乙酰胆碱、γ氨基丁酸、P物质、脑啡肽、神经肽Y等。CGRP与乙酰胆碱共存于神经肌肉接头,可以刺激乙酰胆碱受体的合成、聚积和成熟,从而实现对运动的调控。在躯体感觉神经节,CGRP与P物质、神经肽Y、生长抑素、血管活性肠肽、促生长激素神经肽、胆囊收缩素、谷氨酸、蛙皮素、阿片μ受体、TrkA受体、辣椒素受体1、脑源性神经营养因子[7]共表达,提示这些递质和受体在感觉通路上起着协同传递或协同调节的功能。

     5 周围神经损伤后CGRP的变化及其意义

    无论中枢或周围神经损伤后,CGRP呈现一种非常复杂的表达变化模式,不同的神经元在不同的损伤模型中呈现不同的表达变化模式[8,9]。神经压榨损伤后,CGRP的表达上调,且变化呈现明显的神经DRG脊髓的模式[9],可能参与了早期向中枢传递损伤信号,并激活多种途径诱导神经再生。周围神经切断后,DRG内CGRP的表达下调,脊髓后角表层神经元内CGRP免疫反应减弱,而后角深层神经元和前角运动神经元则可见CGRP合成增加,且随损伤时间呈规律性的变化,这些适应性改变可能与伤害性感觉的传递和创伤修复有关。在损伤的局部则可见坐骨神经近心端神经瘤内CGRP、神经丝蛋白及其它肽和轴索成分的积聚,说明CGRP在再生微环境中可能发挥重要的生理作用。Inaishi等[10]研究发现大鼠坐骨神经切断后腰段DRG内CGRP表达下降,而后根切断后DRG内CGRP mRNA表达的量增加;坐骨神经切断1周后,后根再切断时DRG内CGRP的表达不增加;但当坐骨神经切断后在切断神经的近侧端给予NGF再切断后根时,DRG内CGRP的表达又明显增加;这表明源于周围突与中枢突的某些因子的共同调节DRG内CGRP的表达参与损伤修复。面神经损伤后,面神经运动核中的CGRP表达显著上调,前根切断与坐骨神经切断亦可诱导CGRP在前角运动神经元内表达的上调,神经损伤后CGRP在运动神经元内表达的上调可能与神经肌接头的重新形成有关。有研究表明脊髓前角运动神经元内CGRP的表达受上运动神经元的传导信息以及外周传入信息的调节。脊髓横断后脊髓前角运动神经元失去上一级神经元的支配,损伤节段以下脊髓前角运动神经元内CGRP的表达明显下调,坐骨神经切断或压榨损伤后CGRP在前角运动神经元内表达明显上调[9],表明上运动神经元的传导信号促进脊髓前角运动神经元内CGRP的合成,而外周正常传入信号则抑制CGRP的合成,外周神经切断后,抑制作用减弱,CGRP合成增加。

     6 CGRP与神经营养因子

    神经营养因子能够促进神经细胞存活、生长、分化,在神经系统的发育、分化和损伤修复过程中具有重要作用。CGRP在神经再生过程中的作用与NGF存在着密切的关系,表达CGRP的DRG神经元中有84%同时可以表达NGF的高亲和力受体TrkA,全身应用CGRP的耗竭剂-辣椒素可以使CGRP和TrkA明显降低,应用NGF可上调损伤后DRG内的CGRP的表达[6,11]。目前认为NGF是通过TrkA调节CGRP的表达[12]。胶质源性神经营养因子(glial cell linederived neurotrophic factor,GDNF)可以提高感觉和运动神经元中CGRP的表达,并且GDNF的再生作用可能是通过CGRP的自分泌或旁分泌途径介导的[13]。外源性白血病抑制因子、睫状神经营养因子和脑源性神经营养因子均可上调动眼神经切断后猫动眼神经核的CGRP表达[14]。而碱性成纤维细胞因子则抑制感觉和运动神经元CGRP表达[15]。CGRP也可以与BDNF共存于DRG神经元内,这些均表明CGRP与神经营养因子有着密切关系。

     7 小结

    神经损伤后的再生与修复是一个复杂的生物学过程,CGRP对神经细胞有明显的营养作用,在促进伤后神经再生和感觉及运动的可塑性发面发挥着重要作用,有研究表明神经元产生的CGRP作为一种信号作用于胶质细胞,触发神经元与胶质细胞间的反应,从而促进神经元的存活与修复再生。但目前有关CGRP在神经损伤后的作用还有待更深一步的研究。

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    (本文编辑:章洛秋)

    (长沙民政职业技术学院殡仪系,湖南 长沙 410073;湘南学院基础医学课部人体解剖学教研室,湖南 郴州 423000;中南大学湘雅医学院人体解剖学与神经生物学系,湖南 长沙 410013)

    通讯作者:谢应桂(湘南学院基础医学课部人体解剖学 教研室,湖南 郴州 423000), http://www.100md.com(郑林丰,谢应桂,许愿忠)