RGMa是RGM家族的成员之一,在大多数脊椎动物体内均有表达,迄今为止已有多项研究发现它在中枢神经系统中广泛参与了神经系统发育过程中的诸多环节,发挥了极其重要的生理作用。此外,RGMa在神经系统损伤后还扮演了介导轴突生长抑制、调节炎症反应等病理生理作用,参与了脑缺血、多发性硬化、老年性痴呆(AD)的发病机制,显示其在中枢神经系统中的独特作用。
1 RGMa的生物学活性
1.1 细胞增殖及分化在肠道神经干细胞增殖、分化过程中,RGMa及其受体neogenin均高表达,最终可介导干细胞向神经元及神经胶质细胞分化。无论是RGMa或是neogenin缺失,均会导致成年肠道神经系统内的神经元及胶质细胞数量减少,且干扰了神经节的形成,提示RGMa-neogenin可能对中枢神经系统细胞的增殖、分化有作用。
1.2 神经管闭合RGMa和neogenin已被证明是神经胚胎形成过程中神经板深层细胞形态变化必不可少的。
RGMa已被发现在小鼠胚胎神经管闭合初始阶段的神经褶中表达。
RGMa基因敲除小鼠的神经管在头侧水平显示出闭合缺陷,从而导致露脑畸形与背侧大脑 结构的 主要形态缺陷。然而还没有发现RGMa是大脑神经元分化及增殖细胞分离所必须的。
此外,在脊髓RGMa敲除的胚胎中,并未发现细胞增殖和泛神经元分化存在缺陷。也有报道证实,斑马鱼的neogenin基因敲除后,其神经管也存在缺陷,即使其神经管形成的模式不同于小鼠。
Neogenin的缺失严重破坏了深层细胞内的微管网络,这表明neo-genin-依赖的微管组织调节了径向夹层与上覆表面细胞层的相互作用,是推动神经褶高度必不可少的。
1.3 细胞粘附在爪蟾胚胎8~16个细胞阶段,向其背卵裂球内注射RGMa mRNA,观察到细胞更倾向于形成小的致密团块,而不是广泛分散的单个细胞。
爪蟾胚胎过表达细胞粘附分子N-cadherin所导致的细胞成簇生长习性与RGMa过表达体外诱导的结果相似。因此,我们可以合理地假设RGMa可能参与了细胞粘附。早期胚胎的动物帽在缺乏钙和镁的培养基中体外培养,导致外胚层在60分钟内解离。而RGMa过度表达的胚胎却在这种培养基中获得了的动物极性并保留了它们的凝聚力。这个结果表明,RGMa确实参与了细胞粘附,并解释了为什么RGMa表达细胞在大脑神经上皮聚集。
1.4 细胞迁移RGMa的过表达使早期胚胎的动物帽外植体表现出异常的细胞迁移,外胚层细胞以非定向的方式远离外植体迁移。而敲除了neogenin的外胚层细胞没有了这种迁移缺陷,以小球状体向外植体移动。体内实验也观察到了类似的外植体非定向迁移。迁移细胞过表达RGMa呈团块生长,并填充囊胚。
RGMa基因的RGD序列直接影响了细胞迁移的能力。最近有报道称,RGMa介导的细胞迁移可能参与了不同组织和细胞系肿瘤的发生。
1.5 神经元存活除了调控胚胎细胞粘附和迁移外,RGMa与其受体neogenin还调节了神经元的死亡。RGMa下调或neogenin过度表达可诱导小鸡原发性脑囊泡细胞死亡。在没有RGMa配体时,未与之结合的neogenin可激活凋亡途径。最近,RGMa在小鸡大脑选择性过表达可增加神经元的分化,而不影响细胞死亡。RGMa的缺失触发了细胞死亡,而它与neogenin的结合可增加细胞存活率。
RGMa及neogenin通过激活caspase-3调节了神经元的死亡。然而也有学者证实,过度表达RGMa可导致细胞及胚胎的死亡,基因敲除neogenin也增加了细胞死亡。上述结果自相矛盾,需要通过更多的实验证实RGMa-neogenin对细胞凋亡的影响。
1.6 突触形成RGMa可干扰突触后蛋白PSD-95及突触前蛋白synapsin-1在皮质神经元中的同区域表达,从而导致成熟突触的形成障碍。抑制RGMa后可提高以上两种蛋白在相应区域的共表达,且可以提高脊髓损伤后皮质脊髓束神经元的突触形成。
1.7 免疫调节最近已被证明,RGMa可被骨髓来源的树突状细胞表达,并参与了自身免疫性脑脊髓炎(EAE)中炎性细胞向中枢神经系统的侵入。树突状细胞上的RGMa与表达neogenin的CD4+T细胞结合,并激活这些细胞,加强其与细胞间粘附分子-1的粘附作用。在这种情况下,与在早期胚胎中的情况不同,RGMa似乎是间接调节了细胞粘附及其它T细胞介导的免疫应答,如细胞因子的释放和扩散。
RGMa在炎症和免疫反应中的新兴角色可能表明它在中枢神经系统自身免疫性疾病中的重要地位。
1.8 神经发生在胚胎中,neogenin及其配体ne-trin-1与RGMa调节了重要的神经发生过程,包括分化和迁移。到目前为止,已经观察到neogenin表达于成年小鼠海马齿状回颗粒下层(SVZ)和脑室下区嘴侧迁移流(RMS)的神经干细胞、神经祖细胞及神经母细胞。
Neogenin和RGMa也存在于具有神经发生功能的 成年人前脑 内,且neogenin在 成 人SVZ和RMS内具有了类似神经干细胞的特征。据推测,犹如在胚胎阶段,neogenin是通过RGMa相关的基本信号通路调节了成年小鼠和人脑的神经发生。
2 RGMa在中枢神经系统损伤后的轴突生长抑制作用
在成年大鼠脊髓,RGMa表达在白质纤维、少突胶质细胞和一些神经元的胞体。脊髓损伤后,损伤相关的细胞内RGMa仅限于神经元和轴突,星形胶质细胞和白细胞几乎无表达。在成人局灶性脑缺血后的梗死白质、出血区、梗死核心及梗死区周围,可见RGMa在损伤后1天及数周后均表达上调。随着病灶的老化,RGMa存在于胶质瘢痕,后者阻碍了轴突的生长。通过RGMa的中和抗体,脊髓损伤后大鼠的脊髓皮质束BDA阳性的纤维明显增加,且前突触蛋白标志物明显增加,伴随突触后联系的增加。这些数据均表明抑制RGMa可提高突触的形成,并增加胶质瘢痕内轴突的再生。
脂多糖(LPS)在体外激活的小胶质细胞能够抑制皮质神经元神经突的生长,诱导生长锥塌陷。小胶质细胞激活后,RGMa表达在这些细胞中的表达增加。然而RGMa的中和抗体可减轻RGMa对轴突生长的抑制作用。米诺环素作为小胶质细胞激活的抑制剂,也可有效削弱小胶质细胞及RGMa的表达。同样在体内,米诺环素可以降低大鼠脊髓损伤后小胶质细胞及RGMa的表达,从而减轻皮质脊髓束的损害。
RGMa诱导的生长锥塌陷最初发现是通过激活小GTP酶RhoA介导的,它的下游效应分子是Rho激酶和蛋白激酶C(PKC)。通过Rho GTP酶、Rho激酶和PKC的特异性抑制剂,PC12神经突塌陷率明显降低,说明以上三个分子均参与了抑制轴突的再生。而我们课题组进一步证实,RGMa可能是通过同时 激 活Rho-kinase及GSK-3β信 号 通 路 调 控CRMP-2的磷酸化,介导神经元轴突缩短的。
3 RGMa在神经系统疾病中的研究进展
3.1 多发性硬化诱导小鼠EAE后,RGMa在脊髓、淋巴结和脾脏树突状细胞中的表达上调。通过RGMa中和性抗体的干预,浸润到脊髓的免疫细胞数量减少,CD4+T细 胞 产 生 炎 症 性 细 胞 因 子 (IL-2、IFN-γ、IL-17和IL-4)的过程也被显着抑制。更重要的是,脊髓轴突脱髓鞘的病理损伤及动物的临床表现均有所改善。此外,在MS患者脑和脊髓的树突状细胞中RGMa的表达水平增加。
MS患者外周血单核细胞的增殖被RGMa的中和性抗体抑制,它也阻断了炎 性 细 胞 因 子 如IL-2、IFN-γ、IL-17和IL-4的 产生。这些证据表明,RGMa在MS的发病机制中起着重要的作用,特别是通过激活自身反应性CD4+T细胞。
3.2 阿尔茨海默氏病(AD)RGMa在AD的神经退化过程中起到了重要作用。在人的大脑、星形胶质细胞中RGMa均呈高表达。所有RGMa免疫反应阳性的斑块共表达Aβ。表达RGMa的神经胶质疤痕大多与星形胶质细胞重叠。活化的星形胶质细胞neo-genin免疫反应呈强阳性,常位于AD患者的大脑皮层及海 马 的 深 层。 在 仅 暴 露 于 转 化 生 长 因 子β-1(TGFβ1)时,星形胶质细胞RGMa的mRNA水平大大升高,表明TGFβ1可正向调节RGMa,但不改变neogenin的水平。脑组织RGMa蛋白的水平在神经系统退行性疾病患者(AD、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症)和正常对照组之间无显着差异。
RGMa由TGFβ激活的星形胶质细胞产生,并在淀粉样蛋白斑块及神经胶质瘢痕中聚集,可能导致了AD大脑轴突变性后再生的失败。
4 小结与展望
RGMa在中枢神经系统中扮演了十分重要的角色,它参与了众多的生理、病理环节,介导了神经系统的发生、发育,调节了受损后神经系统的修复,是值得深入研究的蛋白分子。尽管我们对RGMa的研究取得了新的进展,但要完全了解并阐述RGMa的作用机理,仍需要解决很多问题。RGMa作为神经系统损害、疾病的治疗靶向分子,前景仍是光明的,有待进一步的研究。
