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编号:10274613
BMP2,3,4,5 mRNA在三叉神经中的表达分析
http://www.100md.com 《实用口腔医学杂志》 1999年第5期
     作者:金 岩 吕红兵 Tipoe GL

    单位:西安第四军医大学口腔医学院病理科 (金岩 吕红兵 710032);香港大学医学院解剖学系 (Tipoe GL)

    关键词:骨形成蛋白;周围神经;雪旺细胞;基因

    实用口腔医学杂志990502 〔摘要〕 目的:明确BMPs与外周神经的关系。方法:用原位杂交方法观察BMP2,3,4,5的 mRNA在三叉神经中的表达。结果:在外周神经(三叉神经)中均有BMP2,3,4,5 mRNA分布,BMP2,3,4,5的分布主要位于构成神经纤维髓鞘的雪旺细胞中;此外发现BMP2在部分神经纤维中也有表达。结论:首次确定了BMP2,3,4,5在外周神经中的表达和分布,揭示了BMP2,3,4,5可能在外周神经的发育和再生以及形态结构的维持中发挥着调控作用。

    Expression of BMP2,3,4,5 mRNA in trigeminal nerve
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    Jin Yan,Lu Hongbing,Tipoe GL.Department of Oral Pathology,Stomatological

    College ,Fourth Military Medical University,Xi’an,710032

    〔Abstract〕Objective:To elucidate the relationship between BMPs and peripheral nerve.Method:In situ hybridization method was applied to detect the mRNA transcription and distribution of BMP2,3,4 and 5 in the trigeminal nerve.Results:The myelin sheaths of Schwann cells of trigeminal nerve were BMP2,3,4 and 5 positively stained,the nerve fibers of trigeminal nerve showed only BMP2 positive staining.Conclusion:BMP2,3,4 and 5 might be involved in the modulation of the development,regeneration and structure maintenance of peripheral nerve.
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    Key words Bone morphogenetic protoin;Peripheral nerve;Schwann cells,Genes

    骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,简称BMP)家族属于转化生长因子β(TGFβ)超家族。近年来的研究显示,BMPs家族包括20种以上的成员,BMPs除了在硬组织的发育和再生中发挥重要作用外,在生殖、心、肾、造血系统等的发育以及病变中也发挥着调控作用〔1~4〕。尤其引人注目的是,最新研究发现在神经系统发育的自始至终都有BMPs的表达,特别是在早期的神经嵴细胞转移前后、神经管的形成及演变中、以及某些前体细胞向特定方向的成熟、细胞的程序化死亡等过程中,BMPs发挥着选择性的调控作用〔5~7〕。对于BMPs是否在外周神经中表达,是否在外周神经功能结构的维持中发挥作用,目前尚无文献报道。为此,本研究首先对BMPs在外周神经的表达情况进行了观察和分析。
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    1 材料和方法

    1.1 标本

    选用本科室收集的三叉神经痛患者切除的三叉神经及其分支的形态和结构中仍有接近正常神经形态和结构的标本4例,标本中有纵切和横切的神经标本。均为体积分数为10%福尔马林液固定,石蜡包埋,切片厚5 μm。切片于65 ℃烤箱过夜。

    1.2 探针和标记

    含人源性BMP2 cDNA片段(1.58 kb)的pSP65-BMP2 cDNA质粒和含人源性BMP3 cDNA(780 bp)的PGEX-2T-BMP3质粒由Wozney教授惠赠(Genetics Institute,Inc,Cambridge,MA,USA),含人源性BMP4 cDNA片段(1.8 kb)的Bluescript KS-BMP4由Feng博士惠赠(Division of Endocrinology,University of Texas Health Science Center,San Antonio,TX,USA),含人源性BMP5 cDNA片段(246 bp)的pBmp5UT由Kingsley教授惠赠(Department of Developmental Biology,Stanford University,Stanford,CA,USA)。上述BMPs cDNA片段的标记按照DIG-标记试剂盒的随机引物标记法(DIG-Labeling Kit,BOEHRINGER MANNHEIM Biochemical)进行。
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    1.3 原位杂交方法步骤

    上述不同BMPs的原位杂交染色方法和条件相同。石蜡切片经常规脱蜡至DEPC水及0.1 mol/L PBS(pH 7.4)后,经0.2 mol/L HCl和蛋白酶K处理,梯度酒精脱水后室温干燥组织片。42 ℃分别加BMP2,3,4,5标记探针杂交20 h后,分别经2×SCC、1×SCC、buffer I、buffer Ⅱ依次充分洗涤。正常羊血清封闭后,滴加抗Dig-AP抗体复合物2 h(37 ℃),经buffer I、buffer Ⅲ洗涤后用显色液(为buffer Ⅲ 1000 μl、左旋米唑 0.24 mg、 NBT 4.5 μl及BCIP3.5 μl)暗处显色2 h,TE液(10 mmol/L Tris-HCl、1 mmol/L EDTA,pH 8.0)终止反应,部分切片用甲基绿衬染胞核,常规脱水透明封片。

    实验对照为除去探针的空白对照及RNase消化对照。

, http://www.100md.com     2 结 果

    观察的4例三叉神经痛取材的神经标本中除可观察到部分区域有退变外,仍可观察到接近正常形态结构的神经区域。原位杂交染色结果显示,BMP2,3,4,5 mRAM均在三叉神经中表达,BMP2,3,4,5在神经纤维髓鞘的雪旺细胞中的阳性着色情况基本相似,纵行和横向神经断面均显示了BMP2,3,4,5在神经纤维髓鞘中的阳性着色,阳性反应均匀地分布于髓鞘构成的纵行或网状结构中(图1,2,3)。此外发现BMP2在部分神经纤维中也有表达(图4)。

    图1 示BMP5 mRNA在神经髓鞘中的阳性表达,阳性着色构成网状结构.原位杂交,×40

    图2 示BMP4 mRNA在神经髓鞘中的阳性表达.原位杂交,×40
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    图3 示BMP3 mRNA在神经髓鞘中的阳性表达.原位杂交,×40

    图4 示BMP2 mRNA在部分神经纤维中的阳性表达.原位杂交,×40

    3 讨 论

    BMPs是重要的细胞生长分化调节因子,近期的研究显示了BMP在早期神经发育中的作用〔5~7〕。已发现BMPs参与了背腹结构变化过程,BMP 4,7在神经外胚层、BMP2,4,6,7在前脑、神经管封闭的中缝区和背侧区都有表达〔5~7〕。研究显示BMP2,4,5,6在海马、大脑皮质、小脑及纹状体发育的不同时期出现表达〔5~7〕。但是,由于对BMPs与神经系统的发育和再生研究刚起步,目前的研究尚局限于认识BMPs在中枢神经系统早期发育中的表达并推测其可能的作用。对于BMPs在整个外周神经系统的发育、正常结构和功能的维持以及再生中是如何发挥作用的,目前所知甚少。外周神经的损伤(如面神经的损伤),常由手术、外伤、肿瘤、炎症等原因造成,由于神经元胞体的恢复需3周以上、轴突的再生约需3~6月的时间,再生能力较弱,因而神经损伤与修复是临床医学和神经科学领域很重要的问题。目前对外周神经受损后的再生机理尚无深入的认识,对其中的基因调控所知甚少。因而明确外周神经受损后外周神经的再生机理和基因调控,是目前的重点研究内容。
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    本研究结果首次显示BMP2,3,4,5 mRNA在外周神经(三叉神经)中的表达分布情况,发现BMP2,3,4,5 mRNA的表达主要分布于构成神经纤维髓鞘的雪旺细胞中。这一结果充分揭示了BMPs与外周神经可能存在的关系。雪旺细胞在外周神经损伤的修复中发挥着重要的作用,在细胞本身增生的同时,可以产生一些有助于神经生长的营养因子(如NGF、CNTF等),可以分泌细胞因子、胶原以及细胞粘附分子等因子。本研究结果显示了雪旺细胞在表达上述因子的同时,也可以表达BMP2,3,4,5,表达的BMP部分成员可能参与维持外周神经结构的正常和神经的再生。以往的研究显示任何单一的神经营养因子都不能完全挽救运动神经元的死亡。Mabie〔8,9〕的研究发现,部分BMPs可以促进星形胶质细胞的蛋白合成与分化,认为BMPs可能具有神经营养的作用,BMPs可以刺激胶质细胞合成及释放GDNF等因子。本研究结果进一步证实了部分BMPs在外周神经发育再生中可能与其它神经营养因子发挥着协同的作用。

    Lo等人〔10,11〕在研究中发现,BMP2,4可以诱导神经嵴干细胞表达MASH1及促进自主神经元的分化。他们认为,某些BMPs具有神经特异性,在神经元的成熟和突触的形成中可能起重要的作用。在外周神经系统的发育中,BMP2,4可能对来源于神经嵴干细胞的神经元系发挥着程序化的指导作用;BMP部分成员对来源于神经元前体细胞的分化以及神经胶质细胞分化和成熟中可能发挥作用〔8,9〕。本研究结果显示,BMP2 mRNA除了在雪旺细胞构成的神经髓鞘中表达外,在部分神经纤维中也有表达。这一研究结果首次在外周神经纤维中确定了BMP2的表达,显示了在外周神经生理和病理状态下,神经纤维本身和雪旺细胞之间可能存在着相互间的作用,这种作用对于保持外周神经的健康可能有着重要的作用。Hattorl〔12〕的研究发现,BMP2与肿瘤坏死因子(TNF)协同作用,刺激3T3成纤维细胞表达神经生长因子(NGF)。Iwasaki〔13〕发现,BMP2可以刺激PC12细胞向神经元细胞分化,细胞受刺激后出现三种神经丝蛋白的表达。我们认为,BMP2可能为另外一种神经营养因子,以自分泌和旁分泌的方式在维持调节外周神经的健康和再生中发挥一定的作用。
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    综上所述,本研究首次确定了BMP家族部分成员在外周神经中的表达和分布,揭示了BMP可能在外周神经的发育和再生、以及形态结构的维持中发挥着调控作用,初步显示了BMP2,3,4,5与外周神经的相互关系。目前有观点认为,在神经发育的后期,BMPs可能选择性地作用于外周神经与大脑来源的神经元前体细胞的亚群。对于不同的BMPs家族成员在外周神经的发育和成熟后以及再生中究竟如何发挥作用、相互之间的关系、与其它神经营养因子的作用如何进行协调等等,都有待进一步地深入研究。

    参考文献

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    3 Kawakami Y,Ishikawa T,Shimabara M,et al.BMP signaling during bone pattern determination in the developing limb.Development,1996,122(11):355

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    5 Liem KF,Tremm1 Jr G,Roelink H,J et al.Dorsal differentiation of neural plate cells induced by BMP-mediated signals from epidermal ectoderm.Cell, 1995,82:969
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    8 Mabie PC,Mehler MF,Marmur R,et al.Bone morphogenetic proteins induce astroglial differentiation of oligodendroglial-astroglial progenitor cells.J Neurosci, 1997,17(11):4112
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    9 Jordan J,Bottner M,Schuluesener HJ,et al.Bone morphogenetic proteins:Neurotrophic roles for midbrain dopaminergic neurons and implications of astroglial cells.Eur J Neurosci,1997,9(8):1699

    10 Lo L,Sommer L,Anderson DJ.MASH1 maintains competence for BMP2 induced neuronal differentiation in post-migratory neural crest cells.Curr Biol, 1997,7(6):440

    11 Varley JE,Maxwell GD.BMP-2 and BMP-4,but not BMP-6,increase the number of adrenergic cells which develop in quail trunk neural crest cultures.Exp Neuro, 1996,140:84
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    12 Hattorl A,Tsujimoto M,Hayashi K,et al.Bone morphogenetic protein-2 is markedly synergistic with tumor necrosis factor in stimulating the production of nerve growth factor in fibroblasts.Biochem Mol Biol Int, 1996,38(6):1095

    13 Iwasaki S,Hattori A,Sato M,et al.Characterization of the bone morphogenetic protein-2 as a neurotrophic factor.Induction of neuronal differentiation of PC12 cells in the absence of mitogen-activated protein kinase activation.J Biol Chem, 1996,271(29):17360

    (收稿:1998-10-20), 百拇医药