《神经生物学 - 神经再生b06ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《神经生物学 - 神经再生b06ppt培训课件（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、神经再生 Neural Regeneration,福建医科大学 神经生物学研究中心 人体解剖学与组胚学系 王 玮教授,轴突,膜细胞,轴系膜,胞核,膜细胞,神经纤维髓鞘发生的过程,有髓神经纤维（纵切）：1 神经膜细胞核；2郎飞氏结； 3轴索；*髓鞘,1,2,3,有髓神经纤维,再生过程包括轴突出芽、生长，与靶细胞重建突触联系，实现神经再支配，从而使功能恢复。这一过程包括构筑重建、代谢再现和功能修复三个方面，这是衡量再生是否有效、缺一不可的三项重要指标。,二、生长锥 growth cone在发育或再生时，生长的轴突最前缘的一个特殊结构，称为生长锥，轴突和树突通过生长锥实现其生长的；西班牙神经解剖学家
2、Ramony Cajal在19世纪90年代首先观察到了生长锥，主要在体外培养中被观察到。, 生长锥growth cone的结构 生长锥扇形膨大的部分称为板足lamellipodia。在板足表面伸出许多长儿细的突起，称为丝足filopodia。它们是动态的短暂结构。,培养的神经生长锥（大鼠脊髓） 标尺 1微米神经科学百科全书,afb-成束的肌动蛋白纤维 filo-丝足 mt-微管 引自蔡文琴等主编发育神经生物学,微管microtubule成单根止于丝足filopodia底部，终端弯曲，参与生长锥的运动。沿微管全长有小泡分布。板足lamellipodia和丝足紧邻质膜内侧是由肌动蛋白actin聚合
3、的微丝。微丝向生长锥中心辐射，并在形态上与微管相接。,一个海兔神经元的生长锥（Forscher and Smith 1988）,生长锥的功能 识别神经元是生长锥的功能，而不是神经终端-突触的功能。生长锥以趋化因子的梯度、并黏附在环境中细胞表面和细胞外基质，找到到达靶区的路径。生长锥的运动在生长锥前端，肌动蛋白聚集，成长细丝 为F-actin。在板足中央处， F-actin的聚集 与另一端F-actin的解聚呈动态平衡，使肌动 蛋白逆向流动，从前端流回中央核心。,引导生长锥向特定方向生长的因子，通过下列 三种机制之一作用： 细胞-基质黏附； 直接膜接触的细胞-细胞交流：细胞黏附因子； 可溶性因子
4、的细胞-细胞交流：神经递质，肽类。,引自Irwin B, et al. The Neuron Cell and Molecular Biology. 2001,生长锥运动的调节生长锥表面存在各种导向因子的受体，特异地识别环境中各种因子，并向细胞内传递吸引/排斥的信号，调节生长锥内的细胞骨架的重组来改变神经的生长方向，从而引导神经纤维沿特定路线生长。袁小兵等观察到BDNF，能打开“瞬间受体电位通道” 的细胞膜阳离子通道，促使生长锥内的钙离子浓度增加，从而能引导神经纤维 朝BDNF浓度高的一侧方向生长。,蛋白激酶C PKC在生长锥延伸中发挥重要的作用。 当生长锥形成后， PKC的激活可维持丝足和板
5、足结构；反之，则其足状突起快速回缩。 PKC在生长锥延伸时所必需的蛋白质磷酸化中起着关键性作用。 PKC促使生长锥与Laminin粘连，加 强神经对NGF的应答反应，从而促进生长 锥的延长。,当生长锥到达靶细胞时，首先紧贴在靶细胞上，靶细胞合成抑制蛋白ephrin。ephrin与生长锥膜上的Eph受体结合后，就会激活生长锥中的一种Vav2蛋白。被激活的Vav2诱使细胞吞噬ephrin-Eph复合体，从而破坏了神经细胞与轴突间的联系，使轴突在这一方向停止生长并转向。然后逐渐除去典型的细胞器，而由神经终端特有的结构-突触，特别是突触膜的特化所替代。,三、神经再生的微环境中枢、外周微环境差异，决定神
6、经纤维再生的难易,外周神经纤维切断后第4天，Schwann cell增生、肥大，在神经内膜管内成群排列，形成Bungner细胞索，有利于再生轴突的穿过。神经轴突恢复原来的功能一般约36 个月。,Schwann cells胞质中有电子密度较高的不规则小体19 800 黄克维等主编临床神经病学,基膜basal lamina，basement membrane基膜是细胞外基质的特异区，厚约50nm。通常形成基膜的组织和细胞有：肌细胞和脂肪细胞的表面；上皮组织基底面的下方；血管内皮细胞的外表面；在Schwann cells的表面。 基膜主要成份有laminin、fibronectin、型胶原、钙结合糖
7、蛋白thrombospondin、硫酸肝素糖蛋白等。,laminin和fibronectin属于糖蛋白类，为再生的轴突提供一个脚手架，使轴突的生长能找到基质粘附信号而定向延伸。 Schwann cell可分泌laminin、fibronectin等细胞外基质。 而少突胶质细胞不分泌。 在中枢神经系统中，除室管膜、脑膜、视网膜内界膜和血管外均无基膜存在。也是中枢神经系统轴突难以再生的原因之一。 星形胶质细胞仅在胚胎期分泌LN和FN，因此幼年动物的中枢轴突再生潜力较大。,整联蛋白integrinintegrin是细胞外基质受体蛋白，是一种跨膜的异质二聚体。细胞外球形结构域是一个脂质双分子层，与细胞
8、外基质蛋白结合；细胞内的尾部同肌动蛋相连。,再生物质的胞体合成与轴浆转运即早反应基因immediate early-genes，IEG原癌基因c-jun和c-fos在细胞受到损伤或其 他因素刺激后迅速表达，故又称为IEG。切断鼠坐骨神经2小时后，在背根神经节感 觉神经元和脊髓运动神经元均测到c-jun表 达，并触发靶蛋白基因的表达，导致新蛋白 的合成。,神经营养因子-3（ NT-3）能够上调体外缺氧培养大鼠大脑皮质神经元c-jun的表达，发挥神经损伤修复作用。,A.常规培养神经元 B.缺氧培养神经元30ng/ml NT-3，c-jun阳性神经元 c-jun阳性神经元数目明显增加林清，王玮,再生
9、过程的细胞骨架 microtubule（20nm）由、-管蛋 白以1：1比例聚合而成。microfilament（5nm）由、-肌动 蛋白以1：1 比例聚合而 成。,neurofilament（10nm）是一类形态上相似，而化学组成有明显差别的蛋白纤维，是中间丝的一种；在胞质内形成网架系统，向外与细胞和细胞外基质联系，往内与核表面和核基质联系，在胞质与微管、微丝及其它细胞器联系。,在大鼠坐骨神经夹伤24小时以内，-管蛋白转录的加强早于-管蛋白，而-肌动蛋白早于-肌动蛋白。再生过程中，神经元胞体对突起的调控表现在细胞骨架蛋白的胞体合成，和胞质转运的增加。, 再生过程中的轴浆运动 轴突再生与轴浆转
10、运重现两者互为因果。轴浆运输需要代谢供能和轴突中Ca2+的参 与。细胞骨架尤其是微管为膜被细胞器的运 输提供了一个引导系统，Ca2+可以触发细胞 器沿着微管运动。,损伤引起神经系统既早基因表达，激发靶基因转录，增加再生物质合成，促进这些物质优先转运，利于轴突再生。新近论点是胞体可以利用胞质中原有的蛋白库，使新合成的蛋白以挤牙膏的方式向远端推进。实际上，再生过程中某些再生必需蛋白的转运速度要比正常快510倍。, 胶质细胞在神经再生过程中的双相效应 轴突髓鞘化在正常情况下，多个Schwann cell依次包绕一根轴突，而再生过程中增殖的神经膜细胞又串联成Bungner带，所以外周再生轴突的生长有路
11、可循。,一个少突胶质细胞正常时要包绕多根轴突，一旦少突胶质细胞退变，则再生的周突无轨迹可循，这是中枢有髓纤维难以有效再生的又一原因。,少突胶质细胞,胶质疤痕形成损伤后星形胶质细胞astrocyte最易反应性增生。过度增生的星形胶质细胞形成胶质疤痕astrogliosis，glial scar，这就进一步使得中枢再生周突难以顺利延伸。,为了减轻胶质疤痕外科手术去除；用微孔薄膜至于损伤处，是胶质细胞 无法入侵，只让轴突穿过微孔；使用致热源和酶（如硫酸软骨素酶） 处理损伤部位，抑制胶质疤痕。,胶质细胞的双向作用星形胶质细胞astrocyte和Schwann cell能表达有助于神经再生的神经因子，如
12、NGF（nerve growth factor）、BDNF（brain-derived neurotrophic factor）和GDNF（glial-derivedneurotrophic factor）等。,星形胶质细胞和少突胶质细胞又可分泌抑制神经生长的抑制性因子，如GIF（growth inhibitory factor ）、NI-35（neurite inhibitory-35）和NI-250。这些作用相反的因子表达不仅说明神经因子作用的整合性，还从微环境角度再次证明中枢神经再生的不易。,少突胶质细胞与神经再生Nogo-A是抑制轴突再生的主要因子， 在少突胶质细胞的内质网、高尔基体和
13、 胞核的核小体中都存在。 而鱼类中枢神经系统缺少Nogo-A，所 以其受损的神经纤维可再生。,少突胶质细胞（大脑皮质） 高尔基法,胞体,突起,MAG myelin-associated glycoproteinMAG是髓鞘形成时首先表达的蛋白之一，定位于中枢和周围神经髓鞘的轴突周围区。在体外，MAG抑制发育中的前脑和成年DRG神经元的轴突生长。在CNS中，MAG浓度为PNS中的10倍，MAG限制了轴突的再生；在PNS中低浓度MAG引导轴突顺着发生华勒氏变性路径生长。,Omgp oligodendrocyte-myelin glycoproteinOmgp在发育的和成熟CNS神经元和少突胶质细胞
14、中都有表达，主要定位于胞膜。Omgp能诱使生长锥溃变及抑制神经突起生长。体外培养条件下Omgp对多种神经细胞均有生长抑制作用，如大鼠海马神经元、小脑颗粒细胞、视神经节细胞以及NG108和PC12细胞系等。,抑制信号的主要传导途径Rho-A途径目前已发现，Nogo-A、MAG和Omgp可通过一个共同的NgR-p75-LINGO-1受体复合物，将抑制信号导入神经元胞内，进一步传递给Rho-A，引起一系列的反应，最终导致生长锥的溃变。,神经元与神经纤维的再生在神经元的突起受到伤害或轴突断离时，如损伤部位距胞体较远，则胞体可出现逆行性改变，胞体肿胀、核偏位、尼氏体溶解，重者核消失。如轻度伤害，3周后胞
15、体开始恢复。而被损伤的神经纤维远端的轴突及髓鞘在1224小时可逐渐出现解体和脂滴，称此过程为演变反应。,神经纤维损伤后造成神经细胞死亡的主要原因是，丧失生存所必需的、一般产生于靶目标的神经生长因子所引发的细胞功能低下、以至凋亡。损伤后给余所需的神经生长因子可以使视网膜节细胞暂时生存。同时如果给予受损的视网膜节细胞cAMP提高其细胞功能，视网膜节细胞显著提高了它对某些神经生长因子的反应，极大增强了它的纤维再生的能力，有助于神经纤维的再生14。,四、神经纤维损伤的修复移植神经干细胞体外培养神经干细胞，定向分化为所需的神经元，移植到体内。,克隆细胞呈Nestin抗原阳性（Rh免疫荧光），贴壁2h。
16、100福建医科大学分子医学研究中心 郑志弘 林玲， 2003,Neuronal stem cell spheres,嗅鞘细胞移植 嗅鞘细胞是一种特殊类型的胶质细胞，具有雪旺氏细胞和星型胶质细胞的双重性质，随嗅神经进入中枢神经系统。嗅鞘细胞的这一特点使得其成功用于脊髓损伤修复。嗅鞘细胞移植促进轴突再生，并通过损伤区。,1,2,3,4,1.嗅神经纤维层；2.嗅小球层；3.帽状细胞层；4.颗粒细胞层鼠嗅球HE染色 林清 王玮 2005,组织工程修复神经 理想的生物材料支架应符合以下标准: 有易于设计和修饰的基本单元；材料的生物降解速度可调控；没有细胞毒性；能特异促进或抑制细胞-材料相互作用 的特性；最小引发免疫反应和炎症；材料生产、纯化和处理容易、可升级；与水溶液和生理条件化学相容。,
