郑亚妮 综述 张志英 审校

轴突信号Neuregulin 1在施旺细胞发育及再生修复中的作用

郑亚妮 综述 张志英 审校

神经元轴突与施旺细胞（Schwann cells，SC）的相互接触和信号交流，在周围神经发育早期及其损伤后的修复、再生过程中，均具有极其重要的作用。在发育早期，神经元轴突对SC的增殖、迁移、分化和髓鞘化起着决定性作用。神经损伤后，沃勒变性使轴突与远侧SC失去接触，SC基因及表型发生改变，细胞增殖，促进轴突再生；当再生轴突与失神经SC形成接触则触动其第二次增殖。研究显示，神经元轴突通过Neuregulin 1（NRG1）及其erbB受体介导，提高SC的增殖活力，应用外源性NRG1能够挽救轴突损伤后的SC凋亡，使SC增殖、迁移，促进轴突再生。本文就NRG1对SCs增殖、分化、迁移、髓鞘化和损伤后的逆分化、再髓鞘化调控进行综述。

Neuregulin 1施旺细胞发育再生

1NRG1和ErbB受体

Neuregulins（NRGs）是一类细胞生长与分化调节相关蛋白，神经调节蛋白根据编码基因不同分为神经调节蛋白1-6：NRG1、NRG2、NRG3、NRG4、NRG5和NRG6，其中NRG1最先被发现并得到大量研究[3]。NRG1对于心脏、乳腺，特别是神经系统的发育具有重要作用。NRG1蛋白质异构体结构域包括：N末端结构域、EGF样结构域、跨膜区和胞内区结构域。基于其N末端结构域（Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型）、EGF样结构域（α型、β型），及其合成蛋白质性质（膜结合型、可溶型）的不同，而分为不同亚型。在NRG1Ⅰ和NRG1Ⅱ的N末端结构域，存在一个免疫球蛋白（Ig）样结构域，区别在于NRG-1Ⅱ存在一个Kringle域（Kringle domain），而NRG1Ⅰ没有，它们通过蛋白水解的方式，被剪切成可溶性NRG1，释放到细胞表面，通过旁分泌发挥作用[2]。NRG1Ⅲ的N末端结构域存在的不是一个Ig样结构域，而是一个半胱氨酸富集区（CRD）。它的激活需要蛋白酶切，并通过近分泌发挥作用[4]。NRG1亚型的表达水平和表达方式千差万别。携带可导致特定亚型失活的突变小鼠表现出明显不同的神经发育过程，表明不同NRG1亚型具有不同的功能。其中，NRG1Ⅲ在周围神经的发育过程中作用显著，而NRG1Ⅰ在周围神经损伤再生中扮演重要角色。

NRG1的EGF样结构可以结合并激活ErbB受体家族。ErbB受体酪氨酸激酶家族包括4个成员：ErbB1、ErbB2、ErbB3和ErbB4。ErbB4是唯一具有自主性的NRG1特异性ErbB受体，可作为酪氨酸激酶被配体单独活化。而ErbB2活化需要ErbB3或ErbB4的参与，形成异源性二聚体，故ErbB2又被称为共受体。ErbB3可与NRG1相结合，但本身具有较低的激酶活性，在ErbB2的协同下，其活性可大大提高，所以ErbB3须依赖异源二聚体激活[5]。

ErbB受体是以二聚体的形式发挥作用的。NRG1可直接与ErbB3或ErbB4结合，诱导ErbB二聚体的形成，从而激活酪氨酸激酶。ErbB受体激活后，ErbB2通过与ErbB3或ErbB4形成异源二聚体的方式，使酪氨酸自身磷酸化。在培养细胞体系中，ErbB受体可形成同源二聚体或异源二聚体，包括ErbB2/ErbB3、ErbB2/ErbB4异源二聚体和ErbB4/ErbB4同源二聚体。受体ErbB催化多肽链中的酪氨酸磷酸化，通过激活下游信号分子发挥作用。

2NRG1对SC生长发育的调控

SC大部分起源于神经嵴[6]，小部分从神经上皮细胞转化而来[7]，其生长发育过程包括3个阶段：神经嵴细胞（Neural crest cells）转化为施旺细胞前体（Schwann cell precursors，SCP），再转化为未成熟SC，最后发育为成熟SC，成熟SC分别包绕轴突，形成有髓神经纤维和无髓神经纤维。

研究发现，NRG1可以诱导神经嵴细胞向SCP分化。在向未成熟SC转化过程中，SCP随轴突的延长而增殖、迁移并依赖于轴突信号而存活[8]。NRG1调控SCP的增殖和迁移[9]。体内研究显示，轴突切断可使发育过程中SC的凋亡数量增加10倍，用外源性的NRG1处理可防止和降低内源性细胞死亡的发生[10]。在NRG1Ⅲ敲除体中，神经嵴细胞迁移数量及SCP和未成熟SC的形成数量明显减少[11]。

径向排序（Radial Sorting）是未成熟SC迈向成熟SC的关键，决定了SC是形成有髓还是无髓SC。轴突的直径影响SC的径向排序。当轴突的直径≥1 μm时，SC与轴突形成1∶1的关系，包绕轴突形成成髓前期SC（Promyelinating SC）；当轴突直径＜1 μm，SC则包绕多根轴突，不形成髓鞘，称为Remak SC[12]。NRG1/ErbB信号在此过程中至关重要，SC正是借ErbB受体接受轴突信号NRG1，识别轴突的性质而形成髓鞘，而对NRG1不表达或者低表达的轴突则不能被SC识别和选中，也就不能被包绕成髓。

3NRG1调控SC髓鞘化进程

尽管轴突达到一定直径才会髓鞘化，但轴突信号对髓鞘的启动及维持至关重要，其中NRG1的作用最为显著。

在NRG1家族中，尽管其他亚型也很重要，但是对髓鞘表型起决定作用的是NRG1Ⅲ[13]。NRG1Ⅲ不仅是SC识别并包绕轴突形成髓鞘的关键因素，还调控髓鞘厚度[14]。神经元中，NRG1Ⅲ必须达到阈水平，轴突才可能形成髓鞘，在此阈水平之上，NRG1Ⅲ表达越高，髓鞘板层越多，厚度越高[15]。在NRG1Ⅲ过度表达的基因突变动物中，缠绕轴突的髓鞘数量明显增多。此外，在体外培养中，NRG1Ⅲ可以使未髓鞘化的脊神经节的神经元形成髓鞘，说明NRG1Ⅲ是SC髓鞘化重要的生长因子。Remak束的形成同样需要其参与，这也说明NRG1Ⅲ信号通路对有髓和无髓SC都很重要。

NRG1Ⅲ需特定的分泌酶激活，淀粉样前体β位点蛋白（BACE-1）通过激活NRG1Ⅲ下游效应器PI3K促进髓鞘化[16]。而肿瘤坏死因子α转化酶（ADAM17）则通过作用于NRG1抑制髓鞘化[17]。BACE-1和ADAM17一起调控髓鞘化[18]。

NRG1Ⅲ发挥作用的信号通路是神经轴突分泌的NRG1Ⅲ与SC上的ErbB2/3受体结合发生磷酸化，激活的ErbB促使自身与SC表达的FAK（Focal adhesion kinase）结合，形成神经元和SC间的起始信号。NRG1与ErbB2/3结合后，产生的起始信号可激活下游的有丝分裂激活蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇23激酶（PI3K）、磷脂酶2C（PLC）、蛋白激酶C和Janus kinase（Jak2 Stat）等几个主要信号通路，在髓鞘化过程中发挥作用[19]。

4 周围神经再生过程中NRG1对SC的调控

周围神经损伤后，SC由髓鞘型变为生长支持型，开始分裂、增殖。增殖的SC形成Bungner's带，引导轴突再生。同时，SC分泌神经营养因子和细胞外基质，防止受损神经元凋亡，为轴突再生提供良好环境[1]。因此，在神经再生过程中，SC扮演十分重要的角色。而此时沃勒性变（Wallerian degeneration）使轴突和远侧端SC失去接触，从而阻断了NRG1Ⅲ对SC的正常调控。

此前研究普遍认为，损伤后SC的再分化和再髓鞘化依然依赖轴突源性的NRG1Ⅲ调控。但Stassart等[19]研究发现，坐骨神经损伤后2周，NRG1Ⅲ表达水平很低，即NRG1Ⅲ在再髓鞘化及神经功能恢复过程中发挥的作用有限。而在神经元中过表达NRG1Ⅰ，对再生神经髓鞘厚度和神经功能恢复都有较好的效果。进一步研究发现，损伤后的SC可以自己合成NRG1Ⅰ，将SC NRG1Ⅰ基因敲除小鼠与野生小鼠相比，其再生的髓鞘变薄，形成髓鞘的轴突数量变少，信号传导变慢，轴突的再生以及运动功能恢复皆受到影响。此时SC通过自身合成NRG-1Ⅰ，替代轴突源性的NRG1Ⅲ，成为髓鞘再生的关键[20]。

轴突源性的NRG1Ⅰ过表达小鼠，再髓鞘化程度高于野生小鼠，说明其对再髓鞘化有一定的影响，但依然与正常的髓鞘厚度相差甚远。轴突源性的NRG-1Ⅰ可以通过旁分泌的作用，对远侧端的SC发挥作用，将SC NRG1Ⅰ基因敲除小鼠进行轴突源性的NRG1Ⅰ表达，发现髓鞘再生改善有限。提示轴突源性的NRG1Ⅰ不能替代SC源性的NRG1Ⅰ，两者在髓鞘和周围神经再生中发挥不同的作用。SC源性NRG1Ⅰ的作用发挥于神经损伤早期，而轴突源性NRG1Ⅰ的作用则主要在神经损伤后期，即轴突再生和SCs再髓鞘化时，轴突源性和SCs源性的NRG1Ⅰ，在周围神经损伤后，共同致力于神经的再分化和再髓鞘化调控作用[17]。

NRG1Ⅰ通过ErbB受体和MAPK通路发挥作用。有体外研究认为，MAPK通路对SC分化有负调控作用[21]。而最近研究表明，MAPK信号在SC的分化和髓鞘化过程中具有重要作用[22]。

5 展望

研究表明，NRG1Ⅲ和NRG1Ⅰ分别在周围神经发育和损伤再生中发挥重要作用，在SC的分化、增殖、髓鞘化，以及再髓鞘化过程中扮演重要角色。周围神经损伤后，轴突源性的NRG1对远侧端SCs的调控作用减弱甚至消失。大量研究显示，移植的神经元能在周围神经存活，并促进周围神经损伤修复[23-25]，其作用机制是否与NRG1及其受体通路有关，还有待进一步的深入研究。

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The Effect of Axonal Signal Neuregulin 1 on the Development and Regeneration of Schwann Cells

Neuregulin 1;Schwann cell;Development;Regeneration

R338

B

1673－0364（2017）01－0045－03

ZHENG Yani, ZHANG Zhiying．
Department of Human Anatomy,Research Center of Regenerative Medicine,Second Military Medical U-niversity,Shanghai 200433,China．Corresponding author:ZHANG Zhiying(E-mail:zhiying1963@163.com)．

2016年8月7日；

2016年10月14日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.01.013

国家自然科学基金（81271396）。

200433上海市第二军医大学解剖教研室、再生医学中心。

张志英（E-mail：zhiying1963@163.com）。

【Summary】Physiological interactions and reciprocal signaling between axons and Schwann Cells(SC)play important roles in nerve development and regeneration after peripheral nerve injury.During development,axonal signaling is essential for SC proliferation,migration,differentiation and myelination.After nerve injury,Wallerian degeneration completely disrupts axon-SC contacts,SC genetic and phenotypic changes,cell proliferate and promote axon regeneration.When the regenerated axon contacts with denervated SC,the second proliferation wave begins.Studies have shown that neuronal axons through Neuregulin 1(NRG1)and its erbB receptor to mediate the SCs proliferation activity,application of exogenous NRG1 can save SC and prevent apoptosis,promote SC proliferation and migration and axon regeneration.In this paper,NRG1 as a driving force for SC proliferation,differentiation,migration,myelination during development and redifferentiation,remyelination after injury were reviewed.