1、 神经细胞粘附分子结构与生理功能研究进展同一类型的细胞识别而粘附，不易分开，细胞粘附（Adhesin）早在 1907 就被 ilsn 注意到。60、 70 年代人们致力于发展粘附的方法和有特异性和选择性的分子。70 年代末，借助免疫识别的方法，细胞粘附分子（elladhesinleule,同一类型的细胞识别而粘附，不易分开，细胞粘附（Adhesin）早在 1907 就被 ilsn 注意到。60、 70 年代人们致力于发展粘附的方法和有特异性和选择性的分子。70 年代末，借助免疫识别的方法，细胞粘附分子（ell adhesin leule,A）的。事实上，细胞的粘附在细胞周期调控、形态、变形和再
2、生过程中极为关键。神经系统中神经元的粘附及其在突触的可塑性作用的近年来格外引人瞩目，拟介绍神经细胞粘附分子（Neural ell adhesin leules, NAs）等 As 的分子结构、信号传递和生理功能。 1 NAs 分子结构与分子合成 1.1 神经系统细胞粘附分子分类 于脊椎动物和无脊椎动物神经系统的 As 种类颇多。As 的分类尚无标准。分法是将其分为a2+依赖和 a2+非依赖两大类1 ，2 。前者包括粘着蛋白家族（adherins） ，后者包括整合素家族（Integrins） 、选择素家族（ Seletins） 、免疫球蛋白超家族（Ig superfaily）和膜相联蛋白多糖（e
3、brane-assiated prteglyans） 。免疫球蛋白超家族又包括许多，神经细胞粘附分子（NAs）属大类。在大鼠 NAs 包括 NA、L1 等几种不同分子。 1.2 NA 的结构 NA 是一组多肽链，每一条链都有 5 个连续的同源区，区内有链内二硫键，与免疫球蛋白超家族类似。5 区之后为类似于纤维粘连蛋白 (Fibrnetin) 重复系列的重复区。不同肽链的的差别既在胞浆不同，也在与细胞膜连接的不同。如鸡的 NA 有 3 个多肽，3 个多肽的胞外区一样的，所不同的是跨膜区和胞内区，此由 RNA 不同剪切所致。两个的多肽以胞浆段整合到膜蛋白，大的(ld)在胞浆区有额外的 261 个氨
4、基酸，小的（sd）则，最小的(ssd) 则无跨膜区，无胞浆区。ld 和 sd 整合到膜上，能运动，可被脂肪酸酰化 ssd 无跨膜区，但锚在磷脂上，更易于在膜表面运动。sd 和 ld 胞浆区可与细胞的分子作用，丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，ld 含有更多的磷酸化位点。5 区及的 3 个位点有寡糖，包括多唾液酸(-2，8-PSA)等。 NA 的活性位于 Fr1 片段（6.5 104u） ，含氨基末端，无的 PSA，不超过 400 残基。NBr 片段含 PSA，PSA 位于 404、430 和 459 位的天冬酰胺连接的寡糖结构（Asparagine-linked ligsaharides，AL）上。NA
5、 有 4 个 100 氨基酸的识别片段，与 Igs 和的 NA 同源，区区作用是同种亲合的结构基础，的区为和区，但未弄清的位置，这点与 Igs 不同。NA 的特异性不代表区氨基酸顺序的，换句话说，的特异性不取决于氨基酸的顺序，起作用的是一系列细胞表面修饰事件。如含 PSA 的第 5 区可调控 NA 的能力，寡糖链的硫酸化也可电荷的状态来同一区。 NA 的三维结构电镜分析表明，分子末段有一绞链结构，绞链结构有助于在细胞形态时易化跨膜的同种亲合，否则，不利于同种亲合。-2，8-PSA 在 NA 中的作用源于静的负电荷、巨大的排斥力量。它能绞接的角度以有膜的细胞的多重同种亲合。 1.3 表达与合成的
6、调控 NA 中所多肽单一基因编码，该基因位置是鼠在 9 号染色体、人在 11 号。鸡的 NA 编码区有 19 个外显子，横跨 50 kb，第 14 个外显子对 3 条肽通用。 As 的表达是有位置和组织特异性的。它的合成随信号和反式调控元件的不同而不同，的转录后元件也可调控 As 的合成。对 A 表达调控的基因机制已较多。NA 和 NgA 基因中一调控位点已被鉴定，位点能与 Hx和 Pax 基因编码的转录因子。在 N A 基因的 RNA 起始点的上游区，有 SP1 转录因子和 AP反应元件蛋白（REB）转录因子位点。反式调控元件包括 5 个神经元限制的沉默元件（Neurn-restritive
7、 sliener eleents）和 Pax 产物的位点。As 合成后糖基化（Glysylatin）修饰。在小鸡，NA 的每一条多肽都有 4 组 AL，最初附加的糖链高甘露糖链，在 30 in 内转成复合型。NA 的 Ig 区 PSA 可分子之间的速率， ，NA 的 PSA 合成倍受。 PSA 受物理性电活动的，但上受合成的调控，是受发育的进程调控。迄今为止，已有两种涎酸基转移酶(Sialyl transferases)被克隆，即 Pst 和 Stx，它们糖基的合成。被支配的靶和电活动可 PSA 的合成，Ah 和 NDA 介导的钙的内流 PK 有利于 PSA 的合成。 2 NAs 在细胞粘附过
8、程中的信号传递 现在，已粘附分子的能在胞内启动信号的传递过程。该信号途经可以与其它受体的信号途径对接。这里简单回顾一下常见受体介导的信号途径，它们包括：1）受体酪氨酸激酶途经（Reeptr tyrsine kinase pathay，RTK）：这条途径开始于 RTK，ras 是该途径的中心，故又称ras 途径。RTK 与生长因子后，受体在膜上，并激酶的激活和特异酪氨酸残基的自动磷酸化。ras 激活后，对转录因子的磷酸化，将信号传到胞核。但该途径并无特异性。其它信号途径可与之相通；2）G- 蛋白途径； 3）其它途径：细胞因子如白介素的受体可激活胞浆性酪氨酸激酶家族的 the janus kina
9、ses(JAK-STAT)，该激酶可启动 ras 信号途径，也可直接激活名为STATs 的胞浆蛋白，从而调控某些基因转录。值得注意的是，上述信号途径不同程度地与细胞骨架有双向作用。如较小的 GTP 蛋白分子 Rh 和 Ra 与肌动蛋白。 现有资料表明，由细胞粘附分子介导的信号传递在细胞生长、分化和有的作用，并有介入了经典的传导途径3 。 NA、L1 可胞内的 pH 和 AP，对胞内 a2+的更引人注目。NAs 所致的突起生长需要 G 蛋白和 L 型、N 型钙通道的, 模拟钙通道的开放则同样能刺激突起的生长4 。使用酪氨酸激酶的抑制剂表明，在突起生长的过程中，非受体的酪氨酸激酶的活性是增高的，且
10、在钙通道激活之前。L1 所到之处所致的 a2+L 型钙通道开放的结果。表明， NA 可激活酪氨酸激酶基因 fyn,而 L1 则激活酪氨酸激酶基因 sr。除此之外，NA 还可花生四烯酸（AA）激活钙通道。可见，NAs 涉及 G 蛋白和酪氨酸激酶途径。Ig 家族的信号传导作用还可在与之有相同结构的酪氨酸激酶和酪氨酸磷酸化酶看出。这两类酶有胞外区，也有 Ig 的结构域,能触发同种、钙非依赖的粘附，还可刺激激酶的活动。如 NA 抗体能 tubulin 的酪氨酸、丝氨酸/苏氨酸的脱磷酸化，表明 NA、L1 涉及酪氨酸激酶和磷酸化酶的调节。 在非神经系统中，细胞基质与细胞粘附所致的基因表达非常常见。但由
11、As 等介入的细胞与细胞粘附所涉及的基因表达报道较少。 生长因子、肿瘤激活因子、激素等都能到 As 的合成。神经生长因子、AP 可刺激 P12 和Shann 细胞表达 L1 和 NA。许多胞内信号系统和胞外信号分子能由神经冲动产生,它们进而调节 As 的表达。如一神经递质能上调培养的 N2A 细胞和小脑颗粒细胞中 L1 的表达。在海兔，神经肽能降低其运动神经元的表面海兔的细胞粘附分子(apA)的表达,而 5-HT 则降低其感觉神经元的 apA 的表达。 最近的离体试验表明，神经冲动也可 As 的表达。在胚胎背根神经节（DRG）中,自发电活动的发展与外周靶的神经支配相偶合,动作电位的作用能使突触
12、长芽，并大鼠的背根神经节。给培养 DRG 神经元施予低频电刺激可下调 L1 的表达, 但不12下一页 【 NA,当用高频刺激时，对 L1 无。低频刺激可的轴突解聚（Defasiulatin）和粘附的降 低。神经冲动活动也对突触的和稳定作用,在小鸡肌纤维孵育之前,NA 和 N-粘着素极低,而在除神经支配后迅速。神经冲动亦能调节 PSA-NA 转移到皮层神经元表面的过程。 3 As 在神经系统可塑性中的作用及其机制 不同的 As 于海马的前后突触的膜上。采用多种技术手段，现在已积累了 As 神经系统可塑性的资料59 。 ，在经常神经和可塑性的脑区有发育阶段特性的突起生长和细胞的迁移，并有 As 的
13、表达；，在突触可塑性和学习中，有 As 表达的和转录后修饰；，抗体和抑制 NA表达可损害突触传递长时程(LTP)和学习。 。 L1 和 NA 的涉及 LTP，关系依赖于 L1 上的寡甘露糖链，它能 NA 的个 Ig 区，若关系被破坏，LTP 则被强烈抑制。提示区似乎关键，而区则不然。海马脑片注入 NA 抗体阻断高频刺激所致的 LTP，而不的突触传递。当 LTP10 in 后，L1 和 NA 抗体对其无，表明 NA 涉及 LTP 的起始阶段。曾报道过 L1 的抗体和重组片断对 LTP 的, 在用星形胶质细胞异位表达 L1 的转基因鼠上,LTP 受损,而突触传递和 PTP、双脉冲易化不受，说明 L
14、1 介导的突触形态是 LTP 维持所必需的。 神经细胞粘附分子可塑性有两个机制：其一为 A 介导的细胞骨架动力的，涉及活动依赖的突触重建。N-粘着蛋白的胞浆区直接与细胞骨架作用，而 NA、L1 的胞浆区直接与ankyrins（位于特异胞膜胞浆表面的 spetrin 蛋白家族的一员）相连。其二为胞内信号系统。胞内信号有如下的特点：胞内信号的可反馈到突触后膜，A 调控细胞与细胞的粘附，以迅速地突触的结构和。胞内蛋白水解酶 alpain 水解 NA 的胞内区能较快地解除和重新组织突触的结构。 在 Aplysia 的缩鳃反射时，有新的突触，且与长期记忆平行。过程中既有新的蛋白合成，也有蛋白的，如海兔
15、A(apA)，但只在感觉神经元的细胞表面，新蛋白的合成则受 AP 的调控10,11 。看来，apA 是使感觉神经元同种亲合粘着而限制生长，训练使 apA 内在化作用（Internalizatin）, 感觉神经元的突触前解粘。在多种动物的长时突触可塑性中，都有依赖 AP、PKA 介导的转录和 REB 介导的基因表达。REB 已被鉴定 REB1（激活子）和 REB2(抑制子)两种类型。最近，又了 3 个的记忆突变型，即 dn, rutabaga 和 anesia,它们都涉及 AP途径。REB 所致的基因表达是突触结构功能成分生长的因素。dn 突变中，REB2 抑制功能性而结构性可塑性，在 Fas减
16、效基因中，REB1 可致突触结构和功能的。在野生型， REB1 的表达并突触功能。提示，REB 和 Fas的作用是平行的。AP 的升高，降低 A，结构生长，与此，REB1 则刺激突触功能的。 反复暴露感觉神经元于血清素,apA 能产生某特异的磷酸化，从而使 apA 内在化和降解（涉及依赖泛素水解酶途径） 。降解有利于突触前轴突的同种亲合的解除、长芽和与突触后细胞新的。那些有胞浆尾巴含降解信号顺序的 apA 能被降解，而细胞表面的 apA 而则不被降解。要此降解过程，AP 与 REB 还需刺激泛素末端水解酶的表达 12 。 现已兴奋性氨基酸 APA 受体与 LTP 的维持,那么 NAs 与这类兴
17、奋性氨基酸受体呢? 神经氨酸酶 NAs 中的唾液酸残基（Siali aid residues，SSR)会到 NA 的特性。神经氨酸酶作用皮层神经元膜(15 、37 )后，使 NAs140 和 180 的外观大小约 5%,而同的氨基酸受体大小无。但使放射标记的APA 与其受体率 20%,对其它氨基酸受体则无。说明, 胞外环境是 SSR 可 APA 受体的特性13 。在海马的空间和非空间学习中, 海马齿状回的 NA 的 PSA 的瞬时和依赖 的修饰是其特点。 从对 NAs 文献复习看出，NAs 神经元胞膜上的结构分子，既了常规的跨膜信号传递，又形态结构的与维持，在突触活动，是可塑性活动中了特殊作用
18、。但 NAs 分子结构，种类多，仍有许多问题有待阐明，如 NAs 与常规的膜受体有何空间关系与功能尚不清楚。 参考文献 1 Edelan G, rssin K L. ell adhesin leules:ipliatins fr a leulear histlgy. Ann Rev bihe,1991,60(7):155 2 Fields R D，Ith K. Neural ell adhesin leules in ativity-dependent develpent and synapti plastiity. Trends neursi,1996,19(11):473 3 Rsales
19、 , Brien V , Krnberg L, et al. Signal transdutin by ell adhesin reeptrs. Bihiia et Biphysia Ata,1995,1242(12):77 4 Dherty P, Ashtn S V, re S E, et al. rphregulatry ativities f NA and N-adherin an be aunted fr by G-prtein-dependent ativatin f l-and N-type neurnal a2+ hannels. ell,1991,67(10):21 5 Jne
20、s L S. Integrins: pssible funtins in the adult NS.TINS,1996,19(1):68 6 Shidit R, Brysh , Rther S，et al. Inhibitin f ery nslidatin after ative avidane nditining by antisense interventin ith ependyin gene expressin. nbs p;J f Neurheistry,1995,65(12):1465 7 Rse S P. ell adhesin leules and the transitin
21、 fr shrt-t lng-ter ery. J Physil Paris,1996,90(3):387 8 uller D, ang , Tni N，et al. PSA-NA is required fr ativity-indued synapti plastiity. Neurn, 1996,17(9):413 9 Luthi A. Hippapal lng ter ptentiatin and neural ell adhesin leules L1 and NA. Nature,1994,372(5):777 10 artin K ， Kandel E R. ell adhesi
22、n leules, REB, and the fratin f ne synapti nnetins. Neurn,1996,17(10):567 11 Hegde A N, Inkuhi K, Kandel E R, et al. Ubiquitin -terinal hydrlase is an iediate-early gene essential fr lng-ter failitatin in aplysia. ell, 1997,89(8):115 12 Krnhauser J ， Greenberg E. A kinase t reeber: dual rles fr AP kinase in lng-ter ery. Neurn,1997,18(4):839 13 Hffan K B, Kessler ,Lynh G. Siali aid residues indiretly dulate the binding prperties f APA-type glutaate reeptrs. Brain Res,1997,753(2):309 上一页12
