蛋白激酶C與周圍神經(jīng)再生

關(guān)鍵詞： 蛋白激酶C 周圍神經(jīng) 再生 

  　隨著細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的飛速發(fā)展,周圍神經(jīng)(Peripheral nerve,PN)再生的研究重點(diǎn)已從80年代采用顯微外科技術(shù)加強(qiáng)神經(jīng)修復(fù)時(shí)的精細(xì)操作逐漸轉(zhuǎn)移到探討調(diào)節(jié)神經(jīng)再生的局部或整體的生物學(xué)因素。其中,神經(jīng)再生的細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)機(jī)制引起了人們極大的關(guān)注。細(xì)胞內(nèi)生物信息傳遞系統(tǒng)是介于各種細(xì)胞外影響因素與細(xì)胞產(chǎn)生再生效應(yīng)之間的橋梁,涉及多個(gè)重要的環(huán)節(jié),蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)就是其中之一，它通過(guò)影響多種蛋白質(zhì)底物磷酸化,參與一系列與生命現(xiàn)象有關(guān)的過(guò)程，如參與細(xì)胞信號(hào)傳遞，控制細(xì)胞增殖與分化，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，改變細(xì)胞形態(tài)，參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放等［1］。近年來(lái),不少學(xué)者對(duì)PKC在PN再生過(guò)程中的作用進(jìn)行了有意義的探討。

　　1　PKC在周圍神經(jīng)中的正常分布

　　PKC是Nishizuka等于1977年首次發(fā)現(xiàn)的,經(jīng)過(guò)近20年的研究,迄今為止至少已鑒定出12種亞型，根據(jù)其結(jié)構(gòu)及輔助因子的不同,通常將PKC分成3大類,即典型的PKCs(α,βⅠ,βⅡ,γ),新PKCs(δ,ε,η,θ,μ)和非典型PKCs(ζ,λ,ι)［1，2］。PKC的這些亞型除了在結(jié)構(gòu)上有差異外,在細(xì)胞和亞細(xì)胞分布上、底物特異性、對(duì)激活信號(hào)的敏感性以及對(duì)下調(diào)的易感性等方面都有所不同，因此,它們有各自特殊的功能。Miki［3］采用免疫組化的方法比較了大鼠脊髓頸段運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元自胚胎第13天至生后7周α、β、γ3種Ca2+-依賴型PKCs分布的動(dòng)態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)：在胚胎第13天,剛從神經(jīng)上皮分化出來(lái)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元細(xì)胞核周圍、樹(shù)突和軸突內(nèi)均有α-、β-、γ-PKC3種亞型分布,且酶活性反應(yīng)程度相似；以后,核周的PKC逐漸減少,胞漿、樹(shù)突、軸突中3種PKC亞型的表達(dá)各自發(fā)生不同的變化；在生后第28～35天,軸突中主要為β-PKC,在核周胞質(zhì)及細(xì)胞突起中γ-PKC分布很少。這個(gè)階段PKC的分布與成年時(shí)期幾乎相同。PKC這3種亞型在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生長(zhǎng)期和成熟期的不同分布,表明PKC可能參與神經(jīng)元形態(tài)和功能分化的不同方面,其在核周分布的變化也可能提示PKC參與調(diào)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞核的功能。Okajima等［4］用同樣的方法研究了正常神經(jīng)纖維中α、β、γ-PKC的分布,發(fā)現(xiàn)這3種亞型在正常有髓和無(wú)髓神經(jīng)纖維中都存在，在有髓神經(jīng)纖維中,它們主要分布在軸漿滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,也散在于軸膜下,但在微管、微絲等細(xì)胞骨架區(qū)缺乏；在無(wú)髓神經(jīng)纖維中,PKC彌散分布于整個(gè)軸漿。Kawano等［5］研究發(fā)現(xiàn)：正常神經(jīng)纖維中δ、ε、ζ3種Ca2+-非依賴型PKCs亞型同樣存在，它們呈塊狀分布于軸漿中并不連續(xù)地分布于軸膜下。

　　2　PKC與周圍神經(jīng)再生的關(guān)系

　　由于PKC在細(xì)胞中重要的生物學(xué)作用,并且在PN中分布廣泛,因此,近些年來(lái),PKC與PN再生的關(guān)系已引起人們的注意。有研究表明［4，5］,在大鼠坐骨神經(jīng)損傷后的再生過(guò)程中,Ca2+-依賴型PKCs（α、β、γ）和Ca2+-非依賴型PKCs（δ、ε、ζ）亞型廣泛分布于新生軸芽?jī)?nèi),且活性明顯增強(qiáng)，而當(dāng)神經(jīng)再生完成后其表達(dá)下調(diào)。由此可見(jiàn)PKC在PN再生中可能有非常重要的作用，它可能通過(guò)下列機(jī)制參與PN再生：

　　2.1　PKC影響生長(zhǎng)錐的延伸

　　生長(zhǎng)錐是能引起新的胞漿突起并隨之形成軸突的結(jié)構(gòu),它能對(duì)外來(lái)信號(hào)進(jìn)行整合并作出適當(dāng)反應(yīng)。軸突的生長(zhǎng)方向依賴于生長(zhǎng)錐與周圍環(huán)境如：細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix,ECM)和細(xì)胞粘連分子(Cell adhesion molecular,CAMs)等的相互作用［6～8］,而PKC可能在生長(zhǎng)錐的積極延伸中發(fā)揮重要的作用。首先,當(dāng)軸突和生長(zhǎng)錐形成后,PKC的激活可維持生長(zhǎng)錐的絲狀足和板狀足結(jié)構(gòu)，反之,則其足狀突起快速回縮［9］。其次,PKC在生長(zhǎng)錐延伸時(shí)所必需的蛋白質(zhì)磷酸化中起著關(guān)鍵性作用［10］。再次,PKC促使神經(jīng)與層粘連蛋白(Laminin)粘連,加強(qiáng)神經(jīng)對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)的應(yīng)答反應(yīng),從而促進(jìn)生長(zhǎng)錐的延長(zhǎng)［4］。最后,Laminin觸發(fā)的生長(zhǎng)錐的反應(yīng)可能依賴于PKC激活的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)機(jī)制［9］。

　　2.2　PKC參與GAP-43的磷酸化

　　GAP-43(Growth associated protein-43)是神經(jīng)特異性的鈣調(diào)素連接蛋白,它是PKC特異性的底物之一,其磷酸化主要由βⅡ-PKC調(diào)控,磷酸化發(fā)生在其第41位絲氨酸殘基上［8，11］。磷酸化和非磷酸化的GAP-43具有不同的功能:前者直接參與軸突的生長(zhǎng)和突觸的形成,并存在于生長(zhǎng)錐內(nèi)恒定的區(qū)域，而后者與鈣調(diào)素結(jié)合,并總是存在于退縮的生長(zhǎng)錐中［8，11］。此外,2種形式的GAP-43對(duì)F-actin聚集的影響也不完全相同:磷酸化的GAP-43與F-actin具有高親合性,直接調(diào)節(jié)F-actin的聚集而改變生長(zhǎng)錐的方向；而非磷酸化的GAP-43則無(wú)此作用［11］。由此可見(jiàn),GAP-43參與調(diào)節(jié)神經(jīng)再生主要取決于PKC的功能,只有被PKC磷酸化了的GAP-43,才能發(fā)揮其促進(jìn)神經(jīng)再生的作用。

　　2.3　PKC調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞骨架成份的磷酸化

　　周圍神經(jīng)再生的特點(diǎn)之一是軸突自身缺乏合成蛋白的能力,其再生所需的結(jié)構(gòu)和功能物質(zhì)由胞體合成后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)軸突末梢,而擔(dān)任此重要功能的物質(zhì)之一是微管，同時(shí)軸突的形成和徑向生長(zhǎng)也與微管密切相關(guān)［12］。處于不同狀態(tài)的微管具有不同的功能。Diaz-Nido等［13］認(rèn)為微管的聚集和穩(wěn)定性的增加是軸突成熟和維持形狀所必須的,微管的暫時(shí)解聚可使軸突改變形狀。Rosner等［10］也提出,定向的軸突延伸可能基于微管的穩(wěn)定和聚集成束。微管的解聚和聚集與軸突的穩(wěn)定性和可塑性之間的平衡由微管相關(guān)糖蛋白(MAP)的磷酸化狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié),這類蛋白包括MAP-1A(350×103u),MAP-1B(320×103u),MAP-2(270×103u)和一組被稱著γ-因子的蛋白質(zhì),它們的磷酸化狀態(tài)由不同的蛋白激酶調(diào)控。其中,MAP-2的磷酸化與PKC密切相關(guān)。磷酸化的MAP-2主要存在于未聚集的微管中,參與微管的解聚,有利于突起改變形狀和可塑性反應(yīng)［12］。細(xì)胞骨架的另一主要成份肌動(dòng)蛋白控制著生長(zhǎng)錐對(duì)細(xì)胞外信號(hào)的反應(yīng),肌動(dòng)蛋白絲的聚集是調(diào)節(jié)生長(zhǎng)錐形狀和運(yùn)動(dòng)的重要方式,由磷酸化的GAP-43調(diào)控［8，11］,所以,PKC也可以通過(guò)間接作用方式調(diào)節(jié)著細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)與功能。

　　2.4　PKC促進(jìn)Schwann細(xì)胞增生

　　Schwann細(xì)胞是PN的膠質(zhì)細(xì)胞,能產(chǎn)生和釋放大量營(yíng)養(yǎng)因子,如NGF、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDTF)、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CNTF)、軸突趨化因子、以及CAM,髓鞘相關(guān)糖蛋白(MAG)等,同時(shí)它還有合成、分泌和聚集ECM,如:Laminin和Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原的能力。在離體實(shí)驗(yàn)中,上述蛋白質(zhì)分子均是軸突生長(zhǎng)的促進(jìn)劑,其中Laminin調(diào)節(jié)神經(jīng)突起生長(zhǎng)的作用最為顯著［14］。因此,Schwann細(xì)胞良好的功能狀態(tài)是周圍神經(jīng)成功再生必不可少的影響因素之一。PKC與Schwann細(xì)胞的增生關(guān)系密切［4，15，16］。PN損傷以后,損傷局部Schwann細(xì)胞內(nèi)β-PKC的水平上升,顯示出強(qiáng)烈的免疫陽(yáng)性反應(yīng),并且PKC的激活可促進(jìn)損傷局部Schwann細(xì)胞的增生［4］。Yoshimura等［15］在培養(yǎng)的Schwann細(xì)胞的基質(zhì)中加入神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子(GGF),發(fā)現(xiàn)Schwann細(xì)胞內(nèi)PKC的活性增加167％,細(xì)胞內(nèi)DAG的含量增加158％,同時(shí),Schwann細(xì)胞的分裂增加3倍；特別值得提出的是,GGF誘導(dǎo)的Schwann細(xì)胞增殖可被PKC抑制劑以劑量依賴的方式所抑制。此外,Schwann細(xì)胞另一細(xì)胞分裂素—血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)的受體被認(rèn)為是與磷脂酰膽堿水解相關(guān)連,故PDGF誘導(dǎo)的Schwann細(xì)胞增生可能也是由PKC中介的。Yamada等［16］曾設(shè)計(jì)了一組被稱為Twitcher鼠的動(dòng)物模型，該實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由于缺乏半乳糖神經(jīng)鞘氨醇酶（Galactosylceramidase),導(dǎo)致代謝毒物Psychosine(PKC的抑制劑)在Schwann細(xì)胞內(nèi)堆集,使細(xì)胞代謝紊亂,分裂增生能力很低。為了進(jìn)一步證實(shí)PKC活性降低與Schwann細(xì)胞減少的相關(guān)性,他們?cè)诮�立此�?dòng)物模型的基礎(chǔ)上施加PKC抑制劑Staurosporine,發(fā)現(xiàn):Schwann細(xì)胞的生長(zhǎng)只需一般大鼠所需Staurosporine濃度的1/10便可以被抑制，因而,他們提出:PKC可能參與Schwann細(xì)胞的增生。近年來(lái),還有一些研究表明,PKC不但參與了PN損傷后Schwann細(xì)胞的分裂增殖,而且還能通過(guò)不同的細(xì)胞內(nèi)機(jī)制參與Schwann細(xì)胞產(chǎn)生促軸突生長(zhǎng)分子的生物學(xué)過(guò)程，如Laminin誘導(dǎo)神經(jīng)突起生長(zhǎng)必須有活化的PKC參與；抑制PKC的活性,便抑制了神經(jīng)纖維與纖維連接素、膠原蛋白和Laminin間的相互作用等［6］。

　　從以上的研究中可以看出,PKC在PN再生過(guò)程中發(fā)揮了多方面的作用。它通過(guò)不同的途徑直接或間接地參與PN再生；同時(shí),它對(duì)非神經(jīng)細(xì)胞如Schwann細(xì)胞功能的發(fā)揮也產(chǎn)生非常重要的影響。神經(jīng)再生是多種因素共同參與、相互協(xié)調(diào)的結(jié)果,它遵循一定的程序并通過(guò)精細(xì)復(fù)雜的調(diào)控方式完成。因此,弄清PKC以及信息傳遞系統(tǒng)其它重要環(huán)節(jié)在PN再生中的調(diào)節(jié)作用,對(duì)于揭示神經(jīng)再生的分子機(jī)制,進(jìn)而在臨床工作中通過(guò)人工干預(yù)來(lái)有效地促進(jìn)神經(jīng)損傷后的再生與功能的恢復(fù),甚至為實(shí)現(xiàn)中樞神經(jīng)的良好再生,都具有十分重要的理論意義及應(yīng)用前景。

　參考文獻(xiàn)

　�。�1］　Casabona g.Intracellular signal modulation:A pivotal role for protein kinase C［J］. prog Neuro Psychopharmacol Biol Psychiatry,1997，21(3):407-409.

　�。�2］　Newton A C. Protein kinase C: Structure,function,and regulation［J］.J biological Chemistry,1995，270(48):28495-28498.

　�。�3］　Miki A. Expression of alpha-beta and gamma-subspecies of protein kinase C in the motor neurons in the embryonic and postnatal rat spinal cord［J］. neurosci,1996，72(3):805-808.

　�。�4］　Okajima S, Mizoguchi A, Tamai K, et al.Distribution of protein kinase C(alpha,beta,gamma subtypes)in normal nerve fibers and in regeneration growth cones of the rat peripheral nervous system［J］. Neurosci,1995，66(3):645-648.

　�。�5］　Kawano S, Okajima S, Mizoguchi A. Immunocytochemi-cal distribution of Ca2+-independent protein kinase C subtypes(δ,ε,and ζ)in regeneration axonal growth cones of rat peripheral nerve［J］. Neurosci，1997，81(1):263-266.

　�。�6］　Bixby J L,Jhabvala P. Extracellular matrix molecules and cell adhesion molecules induce neurites through different mechanisms［J］. J Cell biol,1990，111(6,pt1):2725-2728.

　�。�7］　Keynes R ,Cook G M. Axon guidance molecules［J］. Cell,1995，83(2):161-169.

　　［8］　Dent E W, Meiri K F. GAP-43 phosphorylation is dynamically regulated in individual growth cones［J］. J Neurobiology,1992，23(8):1037-1039.

　�。�9］　Fan J, Raper J A. Localized collapsing cues can steer growth cones without inducing their full collapse［J］. Neuron,1995，14(2):263-274.

　�。�10］　Rosner H, Fischer H. In growth cones of rat cerebral neurons and human neuroblastoma cells,activation of protein kinase C causes a shift from filopodial to lamellipodial actin dynamics［J］. Neurosci Lett,1996，219(3):175-178.

　�。�11］　He Q, Dent E W, Meiri KF.Modulation of actin Filament behavior by gAP-43(Neuromodulin)is dependent on the phosphorylation status of serine 41,the protein kinase C site［J］. J Neurosci,1997，17(10):3515-3518.

　�。�12］　Bush M S, Tonge D A, Woolf C, et al.Expression of a developmentally regulated phosphorylated isoform of microtubule-associated protein 1B in regenerating axons of the sciatic nerve［J］. Neurosci,1996，73(2):553-558.

　�。�13］　Diaz-Nido J, Serrano L, Hernandez M, et al. Phosphorylation of microtubule protein in rat brain at different developmental stages:Comparison with that found in neuronal cultures［J］. J Neurochem,1990，54(1):211-214.

　�。�14］　Xu X M. Roles of Schwann cells in the repair and regeneration of the central nervous system［J］. Chin J Neuroanatomy,1996，12(4):291-294.

　　［15］　Yoshimura T, Goda S, Kobayashi T, et al. Involvement of protein kinase C in the proliferation of cultured Schwann cells［J］. Brain Res,1993，617(1):55-58.

　�。�16］　Yamada H, Martin P, Suzuki K.Impairment of protein kinase C activity in twitcher Schwann cells in vitro. Brain Res,1996，718(1～2):138-140.