腦紅蛋白的神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)機(jī)制研究概況

腦紅蛋白的神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)機(jī)制研究概況腦紅蛋白的神經(jīng)細(xì)胞保衛(wèi)機(jī)制研究大概情況【本文關(guān)鍵詞語(yǔ)】腦紅蛋白;缺血缺氧;神經(jīng)保衛(wèi)〔聲明：本站文章僅給需要的醫(yī)務(wù)工作者提供溝通學(xué)習(xí)參考。翰林醫(yī)學(xué)論文網(wǎng)免費(fèi)提供。部分資源由工作人員網(wǎng)上搜索整理而成，假如您發(fā)現(xiàn)有哪部分資料損害了您的版權(quán)，請(qǐng)速與我們后臺(tái)工作人員聯(lián)絡(luò)，我們將即時(shí)刪除?？头q：88970242.后臺(tái)工作qq：928333977〕氧是機(jī)體新陳代謝和維持生存的需要因素，人們很早就知道血紅蛋白(hb)和肌紅蛋白(mb)是機(jī)體氧的轉(zhuǎn)運(yùn)與儲(chǔ)存、線粒體耗氧產(chǎn)能及去除多余氧等經(jīng)過中的關(guān)鍵物質(zhì)。而對(duì)高耗氧的腦組織，人們一直都沒有能發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)氧利用的關(guān)鍵分子。腦紅蛋白(ngb)是德國(guó)科學(xué)家burmestert等[1]在2000年初次發(fā)現(xiàn)的存在于人和小鼠腦組織內(nèi)，功能上類似于肌紅蛋白的攜氧球蛋白。含量雖低，僅占腦組織蛋白的0.01%左右[1]，但與腦的氧供給親密相關(guān)，在分子水平上調(diào)節(jié)腦組織氧的供給狀況，近年來(lái)逐步成了神經(jīng)科學(xué)研究的熱門。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其做了較為深切進(jìn)入的研究，現(xiàn)就腦紅蛋白的分子構(gòu)造、在機(jī)體中的分布及功能和相關(guān)研究進(jìn)展作一扼要介紹。一、腦紅蛋白的構(gòu)造腦紅蛋白重要以單體形式存在，由151個(gè)氨基酸構(gòu)成，相對(duì)分子量為17kd，有少量腦紅蛋白為多聚體，重要為二聚體，極少為四聚體，二聚體以二硫鍵相連。在生理狀況下ngb以復(fù)原狀況即脫氧形式(f8his2+-e7his)存在，其構(gòu)造為6配體，人和小鼠ngb是球蛋白當(dāng)中第一個(gè)具有6個(gè)配體的單體蛋白[2]。ngb與hb、mb均為含鐵卟啉的蛋白，但在基因構(gòu)成和蛋白構(gòu)造等方面與hb、mb有較大差別。ngb基因在高級(jí)脊椎動(dòng)物中是一種高度保守的基因，序列同源性分析表示清楚，大鼠和小鼠ngb基因序列同源性為96%，與人類ngb同源性為88%，但與脊椎動(dòng)物其他球蛋白則有很低的同源性，與mb序列一致性21%，與hb一致性25%。國(guó)內(nèi)張成崗等[3]用rtpcr法首先克隆了ngb基因，人ngb基因約長(zhǎng)8041bp，放射原位標(biāo)記發(fā)現(xiàn)人ngb位于14q24染色體上。ngb具有獨(dú)特的外顯子和內(nèi)含子構(gòu)造，有4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子，其中3個(gè)內(nèi)含子分別位于b122、e110、和g70，與hb、mb比較，e110為其獨(dú)特的內(nèi)含子，該基因的啟動(dòng)子區(qū)域含有幾個(gè)潛在的轉(zhuǎn)錄因子sp1的結(jié)合位點(diǎn)。同時(shí)ngb還具有經(jīng)典螺旋三折疊構(gòu)造特性[4]，基本構(gòu)造是一個(gè)血紅素構(gòu)造和蛋白質(zhì)肽鏈。二、腦紅蛋白的分布腦紅蛋白廣泛存在于動(dòng)物器官組織中。在哺乳動(dòng)物中，當(dāng)前已經(jīng)在小鼠、大鼠和人中發(fā)現(xiàn)了ngb，burmester等[1]用northern雜交和原位雜交技術(shù)證明腦紅蛋白在小鼠和人腦組織中腦前葉、下丘腦和丘腦等處表達(dá)最強(qiáng)。鄧美玉等[5～6]用原位雜交及免疫組化技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，ngbmrna陽(yáng)性細(xì)胞廣泛存在于大鼠腦內(nèi)各個(gè)區(qū)域，定位于神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。ngb免疫反應(yīng)物質(zhì)在腦中不同區(qū)域表達(dá)水平不同，大腦皮質(zhì)表達(dá)水平較高，海馬區(qū)、丘腦、下丘腦均有散在分布。小腦中陽(yáng)性細(xì)胞較強(qiáng)，重要分布于浦肯野細(xì)胞。在腦干、腦橋中也觀察到陽(yáng)性細(xì)胞分布，但較少。schmidt等[7]還觀察到ngb在小鼠的視網(wǎng)膜中大量表達(dá)，其密度大略是大腦中的100倍，重要分布在視網(wǎng)膜中耗氧最多的視細(xì)胞外網(wǎng)層、內(nèi)網(wǎng)層及節(jié)細(xì)胞層中，提示ngb參與了高耗氧的視覺感受和視覺構(gòu)成經(jīng)過。王航雁等[8]研究發(fā)現(xiàn)，人體不同組織中除腦組織中表達(dá)相對(duì)較高外，在多種組織中都有表達(dá)，胎腎、人肝等組織ngbmrna表達(dá)以至大于大腦皮質(zhì)、全腦和小腦，說明ngb基因并不是神經(jīng)系統(tǒng)特異性的，可能在機(jī)體很多組織、臟器中廣泛區(qū)域發(fā)揮作用，這很可能與多種組織氧利用有親密關(guān)系。除此之外，內(nèi)分泌系統(tǒng)如垂體、胰島的langerhans細(xì)胞、腎上腺中也有表達(dá)。三、腦紅蛋白的生物學(xué)功能腦紅蛋白的生物學(xué)功能當(dāng)前尚不完全清楚，可能與下面幾方面有關(guān)：①在氧代謝方面有類似mb的功能。儲(chǔ)存氧氣和促進(jìn)氧氣向線粒體擴(kuò)散或直接介導(dǎo)氧氣向線粒體的傳遞，促進(jìn)atp的產(chǎn)生，進(jìn)而維持正常神經(jīng)元的功能。ngb能夠可逆性地結(jié)合氧，與氧氣有很高的親和力，半飽和壓力(p50)約為2托(torr),高于哺乳動(dòng)物hb(約為26托)，低于mb(約為1托)，該特性使得即便血氧濃度較低，也特別有利于轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣通過血腦屏障，提升高耗氧的腦組織中氧的利用率。實(shí)驗(yàn)表示清楚ngb在缺血缺氧狀況下表達(dá)增長(zhǎng)，且高度表達(dá)的ngb能夠使培養(yǎng)的神經(jīng)元在缺氧情況下存活率升高和急性缺血狀況下大鼠腦梗死體積縮小[9]，提示ngb在腦缺血缺氧性損傷中對(duì)神經(jīng)元有保衛(wèi)作用。當(dāng)前缺氧誘導(dǎo)ngb表達(dá)上調(diào)的機(jī)制仍未說明，可能與缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子hif1有關(guān)[10]。②氧氣感受功能。結(jié)合配體時(shí)6配位珠蛋白血紅素袋的構(gòu)象變化較大，提示ngb可能作為氧氣感受器，根據(jù)氧氣濃度的變化參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路調(diào)節(jié)[11]。③nadh氧化酶作用。在半缺氧條件下促進(jìn)糖酵解，產(chǎn)生atp供應(yīng)能量，有助于維持神經(jīng)元的正常功能。④作為活性氧和no基團(tuán)的清道夫，參與no的代謝經(jīng)過，進(jìn)而減輕其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。四、腦紅蛋白與缺血缺氧性疾病當(dāng)前較多研究表示清楚ngb對(duì)腦缺血缺氧有保衛(wèi)作用，這方面研究能夠分為兩大類，一類是在缺血缺氧條件下觀察到在體或離體神經(jīng)細(xì)胞腦紅蛋白的表達(dá)升高，因而揣測(cè)它起到腦保衛(wèi)作用。另一類是在缺血缺氧條件下人為加強(qiáng)或降低腦紅蛋白的表達(dá)，觀察到在體或離體神經(jīng)細(xì)胞損傷減輕或增長(zhǎng)，這類實(shí)驗(yàn)被以為具有較強(qiáng)的說服力。sun等[9]通過向大鼠腦室注入脫氧核苷酸，中動(dòng)脈閉塞后腦梗死面積增長(zhǎng)，再給予表達(dá)ngb的腺病毒載體后與對(duì)照組比較梗死灶體積減少50%，而利用反義寡核苷酸技術(shù)減少其ngb的表達(dá)時(shí)，腦梗死體積較對(duì)照組增長(zhǎng)了60%。另外，用ngbtat治療培養(yǎng)的大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞能夠降低細(xì)胞對(duì)氧的敏感性[12]，說明其可能在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞損傷中起保衛(wèi)作用。過分表達(dá)ngb的轉(zhuǎn)基因小鼠實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)能夠降低腦梗死體積[13]。還有實(shí)驗(yàn)將小鼠大腦中動(dòng)脈結(jié)扎90min后再灌注4～24h,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)ngb的表達(dá)量也增長(zhǎng)。以上實(shí)驗(yàn)表示清楚ngb在缺血缺氧情況下對(duì)腦組織具有保衛(wèi)作用。張成崗[14]等采取rtpcr技術(shù)對(duì)大鼠缺血缺氧損傷時(shí)腦組織中ngbmrna水平的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究,發(fā)現(xiàn)該基因表達(dá)顯著升高，并呈時(shí)相變化，雙側(cè)總動(dòng)脈夾閉1min后腦組織中ngbmrna迅速增至高峰，5min時(shí)仍然堅(jiān)持高水平，15min時(shí)迅速降低，此后又緩慢升高，提示ngb可能在腦缺氧適應(yīng)性調(diào)節(jié)中起到主要作用。以往ngb的研究重要集中在模型和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，在臨床應(yīng)用研究方面當(dāng)前還處于探尋求索階段。近期國(guó)內(nèi)王航雁等[15～16]用elisa方法檢測(cè)新生兒血清ngb，觀察新生兒和早產(chǎn)兒動(dòng)脈血清中ngb表達(dá)的變化，并討論其臨床意義，發(fā)現(xiàn)ngb表達(dá)無(wú)性別差別，并初步確定了足月健康新生兒血清ngb的參考范圍。研究還發(fā)現(xiàn)宮內(nèi)窘迫新生兒血清ngb表達(dá)水平顯著高于健康對(duì)照組，以為新生兒臍動(dòng)脈血清ngb水平作為hie的早期檢測(cè)指標(biāo)具有臨床應(yīng)用價(jià)值，該實(shí)驗(yàn)為ngb在臨床應(yīng)用方面的研究提供了新的思路。ngb在成人神經(jīng)系統(tǒng)性疾病的臨床應(yīng)用研究尚未見報(bào)道。五、腦紅蛋白與創(chuàng)傷性腦損傷當(dāng)前多個(gè)研究顯示在腦缺血缺氧時(shí)ngb的表達(dá)升高，表示清楚了ngb對(duì)缺血缺氧性腦損傷有保衛(wèi)作用，能否對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷也有保衛(wèi)作用呢?近年來(lái)也有學(xué)者在這方面做了一些研究。國(guó)內(nèi)周定標(biāo)等[17]通過體外培養(yǎng)原代神經(jīng)元損傷模型的建立，采取免疫組化和圖像分析技術(shù)觀測(cè)損傷前、后不同時(shí)間點(diǎn)神經(jīng)元ngb免疫組化反應(yīng)物和陽(yáng)性信號(hào)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，12h后ngb陽(yáng)性信號(hào)開始增長(zhǎng)，16h到達(dá)高峰，隨后逐步下降，128h后恢復(fù)正常水平，表示清楚機(jī)械損傷能夠誘導(dǎo)神經(jīng)元ngb在一定時(shí)間段內(nèi)表達(dá)上調(diào)，ngb可能參與了機(jī)械損傷后神經(jīng)元的修復(fù)經(jīng)過。研究還表示清楚，大鼠彌漫性顱腦損傷后ngbmrna的表達(dá)呈雙峰型，提示其可能參與神經(jīng)元損傷后應(yīng)激及繼發(fā)性腦缺血缺氧性腦損傷的應(yīng)答機(jī)制[18]。同樣，大鼠腦外傷后在傷灶四周皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)也觀察到ngb表達(dá)明顯升高[19]。以上研究表示清楚，ngb可能參與了腦外傷后神經(jīng)元的保衛(wèi)作用。眾所周知，繼發(fā)性腦損傷的本質(zhì)是腦組織的缺血缺氧，尸檢發(fā)現(xiàn)，腦外傷死亡的病人90%都存在腦缺血，改善腦外傷病人預(yù)后的關(guān)鍵在于抑制原發(fā)性腦損傷后的繼發(fā)性腦缺血缺氧損傷，腦紅蛋白的發(fā)現(xiàn)，為繼發(fā)性腦損傷的研究與防治提供了新的思路。六、腦紅蛋白與其他疾病作為一種新發(fā)現(xiàn)的攜氧球蛋白，由于腦紅蛋白的特殊分子構(gòu)造和其對(duì)氧有很高的親和力，以及ngb的神經(jīng)元定位和可能的內(nèi)源性神經(jīng)保衛(wèi)因子的功能，為神經(jīng)系統(tǒng)氧的利用及神經(jīng)元保衛(wèi)等方面的研究提供了一條新的途徑，當(dāng)前成為神經(jīng)、神經(jīng)外科以及機(jī)體組織氧利用方面研究的熱門，并獲得了一定的結(jié)果。對(duì)其他疾病也具有保衛(wèi)的作用，有研究以為，腦紅蛋白在視網(wǎng)膜、生殖系統(tǒng)中的高濃度表達(dá)，為視神經(jīng)缺氧性病變?nèi)绺咴鄣撞　⒛行圆挥闹委煼矫嬷赋隽诵碌姆较?，具有主要的臨床意義[20]。近來(lái)研究還發(fā)現(xiàn)腦紅蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)退行性變中具有保衛(wèi)作用，與某些老年神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展有著某種聯(lián)絡(luò)[21]，這些發(fā)現(xiàn)為帕金森氏綜合征、阿爾茨海默病等的治療帶來(lái)了新的希望。fordel等[22]研究發(fā)現(xiàn)ngb還能夠保衛(wèi)細(xì)胞免受非缺氧性損傷，提示它可能還有更為廣泛的內(nèi)源性作用。固然ngb已成為當(dāng)前神經(jīng)科學(xué)研究的熱門，并在基因序列、定位、蛋白構(gòu)造等方面進(jìn)行了較為深切進(jìn)入的研究，但當(dāng)下仍然存在幾個(gè)問題：①ngb的生理功能當(dāng)前還存在爭(zhēng)議;②ngb到底是通過何種方式、怎樣對(duì)神經(jīng)元施行保衛(wèi);③ngb受缺氧誘導(dǎo)所牽涉的信號(hào)傳導(dǎo)途徑仍然不明了;④ngb的相關(guān)臨床應(yīng)用研究少見有報(bào)道。綜上所述，ngb是一種新的內(nèi)源性神經(jīng)保衛(wèi)因子，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病及組織氧利用等方面的研究具有主要的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于ngb保衛(wèi)神經(jīng)細(xì)胞機(jī)制的研究及在臨床上怎樣加以利用是將來(lái)ngb研究方向?！疽韵聻閰⒖嘉墨I(xiàn)】[1]burmestert,weichb,reinhardts,etal.avertebrateglobinexpressedinthebrain[j].nature,2000,407:520-523.[2]trenjt3rd,wattsrahargroveneuroglobin,ahexacoordinatehemoglobinthatrevevsibybindsoxygen[j].biolchen,2001,276:30106-30110.[3]zhangc,wangc,dengm,etal.full-lengthcdnacloningofhumanneuroglobinandtissueexpressionofratneuroglobin[j].biochembiophysrescommun.2002,290:1411-1419.[4]pescea,dewildes,nardinim,etbrainneuroglobinstructurerevealsadistinctmodeofcontrollingoxygenaffinity[j].structur,2003,11(9):1087-1095.[5]鄧美玉，張成崗，王航雁，等.腦紅蛋白mrna在大鼠腦內(nèi)的定位[j].解剖學(xué)報(bào)，2003，34(1)：85-89.[6]鄧美玉，張成崗，李林，等.用免疫組化方法檢測(cè)腦紅蛋白在大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分布[j].中國(guó)組織化學(xué)與細(xì)胞化學(xué)雜志，2003，11(3)：271-274.[7]schmidtm,giessla,laufst,etdoestheeyebreathe?evidencefortheneuroglobin-mediatedoxygensupplyinthemanmalinretina[j].jbiolchem,2003,278(3)：1932-1935.[8]王航雁，鄧美玉，王靜，等.腦紅蛋白基因在人體不同組織中的表達(dá)[j].實(shí)用兒科臨床雜志，2004，19(4)：278-280.[9]suny,jink,peela,etlobinprotectsthebrainfromexperimentalstrokeinvivo[j].procnatlacadsciusa,2003,100(6)：3497-3500.[10]suny,jink,naoxo,etlobinisup-reglulatedbyandprotectsneuronsfromhypoxic-ischemicinjury[j].procnatlacadsciusa,2001,98(26)：15306-15311.[11]kriegljm,bhattacharyyaaj,nienhausk,etbindingandproteindynamicsinneuroglobin[j].procnatlacadsciusa,2002,99(12)：7992-7997.[12]zhougy,zhousn,loizy,etocationandneuroprotectivepropertiesoftransactivator-of-transcriptionprotein-transductiondomain-neuroglobinfusionproteininprimaryculturedcorticalneurons[j].biotehonlapplbiochen,2008,49(pt1)：25-33.[13]khanaa,wangy,sunny,etlobin-overexpressingtransgenicmiceareresistanttocerebralandmyocardialischemia[j].procnatlacadsicusa,2006,103(47)：17944-17948.[14]鄧美玉，張成崗，王春麗，等.大鼠缺氧缺血性腦損傷腦組織中腦紅蛋白基因表達(dá)的變化[j].雜志，2002，31：261-262.[15]王航雁，王靜，王萍，等.腦紅蛋白在新生兒血清的表達(dá)及臨床意義[j].雜志，2007，10(2)：121-122.[16]王靜，王航雁，王萍，等.宮內(nèi)窘迫新生兒血清腦紅蛋白的變化