1、1,第六章 神经元的变性 与再生,Degeneration and Regeneration of Neurons,2,掌握要点：,1.概念：Waller变性、逆向变性、 支持侧支、跨突触效应、正向跨神经元变性 、逆向跨神经元变性 、正向跨神经元萎缩 、逆向跨神经元萎缩 2.神经元对轴突再生的调节 3.影响中枢神经系统和周围神经系统神经纤维再生的因素,3,第一节 神经元的变性 Degeneration of neuron,1850年，Waller发现神经元的变性和再生现象。 可再生：周围神经组织的神经纤维 不可再生：周围神经组织的神经元 中枢神经内的神经元胞体和纤维,4,一、变性(degene
2、ration) 的概念：变性是神经元的死亡性变化。这是一种退行性改变。变性的形式：凋亡(apoptosis)：生理性死亡坏死 (necrosis)：病理性死亡,5,细胞凋亡和细胞坏死的区别,区别点 细胞凋亡 细胞坏死 起因 生理或病理性 病理性变化或剧烈损伤 范围 单个散在细胞 大片组织或成群细胞 细胞膜 保持完整，一直到形成凋亡小体 破损 染色质 凝聚在核膜下呈半月状 呈絮状 细胞器 无明显变化 肿胀、内质网崩解 细胞体积 固缩变小 肿胀变大 凋亡小体 有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬 无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬 基因组DNA 有控降解，电泳图谱呈梯状 随机降解，电泳图谱呈涂抹状 蛋白
3、质合成 有 无 调节过程 受基因调控 被动进行 炎症反应 无，不释放细胞内容物 有，释放内容物,6,An overview of neuronal degeneration,7,Images of cortical neurons. neurofibrillary tangles (top), normal neurons (bottom),8,二、损伤的分类,(一)神经元的损伤 神经元的胞体受到严重伤害时，会迅速导致整个神经元死亡。,9,(二)轴突的损伤：,导致神经元胞体发生退化和变性(损伤部位) 轴突的损伤轴突中断 导致神经元的靶组织去神经支配,神经元胞体对损伤的反应：(1) 胞体的形态学
4、变化：尼氏体溶解或消失，胞体肿胀，胞核移位到细胞的边缘。线粒体肿胀，高尔基体崩解分散，大量游离核糖体散在分布在胞体周边。 (2) 胞体的生物化学改变：RNA、蛋白质和酶的含量增加。,10,Axon (Nissl) Reaction - chromatolysis,12,中央Nissl小体溶解，神经细胞肿胀，胞核偏位，大量游离核糖体见于细胞周边部,13, Waller变性(antegrade Degeneration),周围神经纤维的轴突损伤后，由损伤部位向终末方向进行的顺行性变性叫Waller变性。,14,Waller变性模式图 （采自Escourolle）,损伤轴突的形态学变化：线粒体在轴突
5、断端和郎飞结处堆积； 轴突肿胀，线粒体、神经丝和微管等细胞器均发生分解； 轴突外形呈串珠状改变； 轴突断裂成碎片，被吞噬清除。,15,16,Ovoid formation in Wallerian Deneration,髓鞘的损伤：郎飞结两端的髓鞘发生收缩，郎飞结间隙增宽； 髓鞘不规则梭形肿胀，在缩窄处断裂，解体为卵圆形或球形的颗粒； 髓磷脂被分解为脂滴，被吞噬细胞清除。,17,18,19,Myelin ovoids,Macrophage contains myelin debris, adjacent to normal axons with thick & thin myelin,20,逆
6、向变性(Retrograde Degeneration),外周神经纤维的轴突损伤可导致与之连接的神经元胞体萎缩，损伤严重将导致神经元的死亡。该现象叫逆向变性。对神经元损伤的程度取决于轴突损伤的位置、损伤的性质等。,21,支持侧支（Sustaining Collateral）如果神经元除被切除的轴突外，尚有完好的未受损伤的轴突侧支投射(collateral projection)，即使当受损轴突的细胞质大部分都丧失了，神经元也并不出现严重的逆行性变性。这种由于存在侧支投射，在轴突损伤后使神经元存活的现象叫做支持侧支。,22,23,三、神经元变性引起其它神经元 (靶组织)的变化,(一) 跨神经元变
7、性 (Transneuronal degeneration) 跨突触效应(trans-synaptic effect) 失去正常传入神经(input) 或靶组织 (target)的神经元发生萎缩或死亡的现象。,24,正向跨神经元变性 (Orthograde transneuronal degeneration),失去传入神经支配而引起神经细胞死亡的现象称为正向跨神经元变性。,25,2. 逆向跨神经元变性 (Retrograde transneuronal degeneration),由于丧失神经元支配的靶组织而使该神经元发生逆向变性或死亡。,26,27,(二)跨神经元萎缩 (Transneur
8、onal atrophy ),1. 正向跨神经元萎缩 (Orthograde transneuronal atrophy) 由于丧失了传入神经纤维而使神经元发生萎缩。在幼年动物发育早期，去神经支配往往导致神经元的死亡。,28,2. 逆向跨神经元萎缩 (Retrograde transneuronal atrophy),神经元由于丧失了它的靶组织而出现的萎缩现象。染色质溶解(chromatolysis)或逆向细胞反应(retrograde cell response)：在损伤的早期，神经元表现为尼氏体分散，细胞核呈离心圆状，神经元胞体增大。,29,Chromatolytic frog moton
9、euron,B-normal C-F 6-45 days postaxotomy,C-note nucleus & nucleolus D-Nissl dispersed E- central clearing of NisslPeripheral Nissl remainsat arrow F- nuclear cap (arrow) G- Nissl becoming confluent,30,31,第二节 神经元的再生 Regeneration of neurons,一、再生(regeneration)的概念主要是指神经突起，特别是轴突的再生。包括受损伤的神经元轴突生长，并与变性前的靶组
10、织重新建立连接形成突触结构，恢复生理功能。,32,损伤（不严重未导致胞体完全变性）10h 再生性变化（近侧端形成生长锥）24h 多条新芽沿着残留的神经管膜生长 Schwann细胞在管内增殖，形成Bngner带新芽生长，直至与原靶组织恢复突触性联系,二、再生的过程,33,神经纤维再生模示图,34,切断的神经纤维能产生数十条新芽，这些新芽进入不同的远侧端神经内。,35,三、再生物质的胞体合成与轴浆转运,(一)即早反应基因与胞体蛋白质合成即早反应基因(IEGs, immediate early-genes) ，又叫第三信使，存在于神经元胞核内的c-fos、c-jun等，它们可在受到各种刺激和损伤后3
11、0-60min内被激活；它们所表达的Fos 和Jun能结合靶蛋白基因中启动子的相应位点，触发靶蛋白的基因表达，导致新的蛋白质合成和结构功能的长时程变化。,36,即早反应基因c-fos、c-jun,37,(二) 再生过程中的轴浆转运,轴突受损： 损伤近心端：髓鞘回缩，轴浆中转运的细 胞器积累 远端：Waller变性，轴突终末溃变中断的轴浆转运会随轴突再生而很快重现，说明再生的轴突已具有轴浆转运的功能 。损伤后胞体增加了轴突再生必需的结构和功能蛋白的合成，并加速其轴浆转运。,38,(三) 再生过程中的细胞骨架蛋白和 细胞骨架,细胞骨架蛋白是适应再生需要的主要结构和功能蛋白。微管、微丝和神经丝在神经
12、再生过程中的表达不尽相同： 管蛋白和肌动蛋白的合成速度神经丝蛋白 其它与发育和再生有关的蛋白表达增加： GAP-43 (growth associated protein); SCG-10 (neurotinin) Lap-18 (stathmin),39,神经元对轴突再生的调节： 轴突损伤 神经元即早基因表达 靶基因转录 轴突再生必须的结构和功能蛋白合成 轴浆转运速度 促进轴突再生,40,四、胶质细胞在神经再生过程中的 双相效应,(一) 小胶质细胞的防御和毒性效应神经系统在疾病发生的数小时内，小胶质细胞首先被活化，成为早期防御反应的关键性保护因素。,41,小胶质细胞的防御效应：1.含有细胞毒
13、性酶消灭微生物、吞噬 崩解细胞的残屑 2.分泌细胞因子恢复内环境稳态、促进 神经再生 3.形成免疫静息性的巨噬细胞网络监视 和调节免疫功能、连接脑-血脑 屏障-免疫系统,42,小胶质细胞的毒性效应：细胞因子 具有细胞毒性，可导致过氧化物 神经元死亡自由基,43,(二) 轴突髓鞘化与胶质瘢痕形成,神经膜细胞和少突胶质细胞 轴突髓鞘化形成新生郎飞节Schwann cell ：多个细胞依次包绕一根轴突 少突胶质细胞：一个细胞包绕多根轴突 再生过程中增殖的神经膜细胞（Schwann cell）串联成Bngner带，使外周再生轴突的生长有路可循。,44,胶质瘢痕形成：损伤后星形胶质细胞最易反应性增生，形
14、成胶质瘢痕，使已迷路的中枢再生轴突难以顺利延伸。,45,(三) 分泌促进和抑制性神经因子,星形胶质细胞和神经膜细胞能表达有助于神经再生的促进性神经因子： NGF、BDNF和GDNF等星形胶质细胞和少突胶质细胞分泌抑制神经生长的抑制性神经因子： GIF、NI-35和NI-250,46,抑制中枢神经系统神经纤维再生的因素,周围神经纤维 中枢神经纤维 髓鞘 Schwann氏细胞 少突胶质细胞多包一 一包多形成Bngner带 不形成Bngner带分泌促进性NF: 分泌抑制性NF：NGF, BDNF, GDNF GIF NI-35,250 基膜 有 无 胶质瘢痕 无 有,47,第三节 细胞黏附分子和细胞
15、外基质,一、细胞黏附分子(cell adhesion molecule, CAM)是指位于细胞表面能黏附同种或异种细胞的分子，随化学结构或构形的不同，使细胞有不同的黏附特性并有明显的组织特异性。,48,细胞黏附分子的种类：钙依赖型黏连素(cadherin) 整合素(integrin) 免疫球蛋白超家族 选凝素(selectin),49,细胞黏附分子的作用：1.诱导细胞运动，调控神经系统发育期的 细胞迁移、聚集、 轴突髓鞘化和靶细胞 识别，突触形成。 2.成年期细胞构筑和形态的维持。 3.参与损伤后的炎症反应、免疫应答。,50,二、细胞外基质与基膜,细胞外基质(ECM)泛指细胞分泌的以基膜或不定
16、形式存在于细胞外空间的分子。 细胞外基质的种类： 胶原蛋白(collagens) 糖蛋白(glycoproteins)：层粘蛋白(laminin, LN)纤粘蛋白(fibronectin, FN) 氨基多糖(glycosaminoglycans) 蛋白多糖(proteoglycans),51,基膜分为电子密集的基板层和透明层，它由多种蛋白聚合而成，不易被吸收。 外周神经受损时基膜的作用：为再生的轴突和神经膜细胞提供一个脚手架，使轴突的生长锥能找到最适的基质黏附信号而定向延伸。 中枢神经系统中的基膜分布： 室管膜、脑膜、视网膜内界膜和血管外周,52,53,细胞外基质中与神经再生最有关的是: 神经
17、膜细胞分泌的层粘蛋白和纤粘蛋白 胶原中的、和型胶原蛋白层粘蛋白：神经突起促进因子 神经突起生长 神经元存活 神经膜细胞增生成年脑内缺乏层粘蛋白,54,第四节 生长锥与轴突生长导向,一、生长锥的结构和功能生长锥的底部为锥体，其前端为扩展开的扇形幔，幔前端为板状和丝状伪足。由胞浆转运来的微管在幔部散成单根，通常终止在丝状伪足的底部，终端弯曲，它参与生长锥的运动，沿微管全长由小泡分布。板状和丝状伪足中紧邻质膜的内侧是由肌动蛋白聚合的微丝，微丝向幔部及生长锥中心区辐射，并在形态上与微管相接。,55,growth cone,56,二、生长锥的前伸运动,生长锥的移位分为三步： 伸足：丝状伪足的质膜贴附前方
18、的细胞外 基质并决定伸展的方向，伪足中的微丝则 决定伸展的长度和数目； 充盈：丝状伪足牵动生长锥幔部前移，微 管、小泡等随之推进使幔部充盈成为新的 生长锥体； 固结：扩张的生长锥体固结成新的神经突 起，其中有微管、小泡和少量的神经丝。,57,58,三、轴突生长导向,生长锥一旦贴附细胞外基质就沟通了细胞内外信息传递。因此神经元不仅借生长锥产生运动，生长锥还是神经元的细胞外信息传感器。,59,轴突生长的引导,1.触向性(stereotropism)指轴突倾向于沿着一定的表面生长，是一种机械性影响轴突生长的因素。如沿着培养皿中的划痕生长。 2.基质的黏性轴突与某些物质的粘连比另外一些强，如多聚赖氨酸
19、、层粘连蛋白等。 3.化学向性(chemotropism)轴突的生长是根据化学的线索进行的，如其靶组织产生的神经生长因子。,体外培养的视网膜组织块不同的生长情况 A.在未用纤连蛋白处理的塑料培养皿上培养36h，没有生长突起生长； B.用纤连蛋白处理的塑料培养皿后的生长情况； C.在4型胶原背景上涂上平行条状层粘连蛋白时，培养的感觉神经元的轴突沿层粘连蛋白呈平行条状生长.,神经生长因子的诱向影响,60,61,4. 向电性(galvanotropism)在发育的胚胎和再生的附肢中存在电势梯度,轴突的生长可能受电场的影响。通常轴突向电场的阴极生长。 5.生长路线的标记轴突是沿着在其生长路线上存在的化
20、学标记物运动的，如神经营养因子或路标细胞。,62,Netrin spurs the axon growth toward the midline,Slit chase the axon away the midline,生长路线的标记,pull,Push,63,第五节 神经移植,一、周围神经移植段由于中枢神经系统的细胞环境不利于轴突的再生，而周围神经纤维周围的Schwann细胞可以促进轴突的再生。因此，可以采用周围神经移植搭桥的方法，为受损的中枢神经创造一个适于再生的环境。,64,二、用胚胎神经组织替代受损的神经组织,采用分化程度较低的胚胎组织代替受损伤的中枢神经组织。,65,三、利用成熟个体神经组织替代受损伤的 神经组织,有人将自身的肾上腺髓质移植到中枢神经系统的尾状核中，以使之产生中枢所需的DA，但是效果令人失望。,66,Thank You,
