HA/CD44在神經(jīng)膠質(zhì)細胞和視交叉神經(jīng)中的表達及意義

劉明山，莫 亞，古 佩，何沐霖

作者單位:1(610072)中國四川省成都市，成都中醫(yī)藥大學眼科學院;2(610075)中國四川省成都市，成都中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院眼科

0 引言

透明質(zhì)酸(hyaluronic acid，HA)廣泛存在于細胞外間質(zhì)，CD44是一類跨膜糖蛋白，是細胞表面最重要的透明質(zhì)酸受體。透明質(zhì)酸與透明質(zhì)酸受體RHAMM和CD44以及其他透明質(zhì)酸結(jié)合蛋白包括hyaladherins和蛋白多糖相互作用，調(diào)節(jié)細胞的多種生物行為，包括細胞粘附、遷移、增殖和分化以及創(chuàng)傷愈合等［1］。HA在神經(jīng)系統(tǒng)中的生物活性主要由跨膜受體介導，包括TLR2，TLR4，CD44和RHAMM［2］。在這些受體中，CD44在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)中被廣泛表達。視網(wǎng)膜是腦的衍生物，屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，神經(jīng)膠質(zhì)細胞是廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)除了神經(jīng)元以外的所有細胞。視網(wǎng)膜來源于神經(jīng)外胚層，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cells，RGCs)位于視網(wǎng)膜最內(nèi)層－神經(jīng)節(jié)細胞層，是視網(wǎng)膜內(nèi)唯一向腦內(nèi)投射的一類神經(jīng)元，RGCs軸突在離開眼球之后大部分進入間腦腹側(cè)，形成視交叉。研究證實HA/CD44在Müller細胞在內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)細胞和視交叉神經(jīng)中均有表達，本文就有關(guān)HA及其受體CD44在包括Müller細胞在內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)細胞和視交叉神經(jīng)中的表達及意義的研究進展作一概述。

1 CD44與HA結(jié)合及其分子基礎(chǔ)

CD44是最主要的一種細胞表面透明質(zhì)酸受體［3］，CD44與HA非共價結(jié)合，結(jié)合部位可以延伸至數(shù)個重復二糖單位。CD44與HA結(jié)合有三種方式:(1)CD44分子的細胞外部分攜帶的N－糖基化部位與HA結(jié)合;(2)修飾后的N－糖基化部位與HA結(jié)合;(3)在體外，CD44蛋白胞漿部分的末端與HA結(jié)合。

CD44與HA結(jié)合的特性由CD44異構(gòu)體的特性及表達CD44的細胞性質(zhì)決定。CD44可處于三種不同激活狀態(tài)［4］:(1)滅活態(tài)，CD44不能結(jié)合 HA;(2)可誘導激活態(tài)，在特異的抗CD44單抗或者激活劑的誘導下，CD44被激活，能夠與HA結(jié)合，如大多數(shù)靜止的T細胞;(3)組成性激活態(tài)，不需要任何激活劑，CD44就處于激活態(tài)，可以與HA結(jié)合。CD44所處的激活狀態(tài)可能由其自身基因轉(zhuǎn)錄后修飾所決定，特別是糖基化修飾。每一個CD44異構(gòu)體在靠近其N末端處均含有一個連接組件(link module)，連接組件約由100個氨基酸殘基組成［5－6］。

CD44與HA的結(jié)合發(fā)生在細胞表面，CD44對應(yīng)于其HA分子上的單個CD44－HA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的親和力非常低，但是在細胞表面存在著眾多緊密排列的CD44受體分子，與HA的高度重復的二糖單元結(jié)構(gòu)結(jié)合。因此HA分子與CD44在細胞表面結(jié)合時，包含了眾多低親和力的受體－配體的相互作用［7］。這也是細胞表面粘附受體－配體相互作用的一大共性，但對于CD44來說更重要，因為其配體HA具有高度的重復特性。

2 HA/CD44在包括Müller細胞在內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)細胞中的表達及意義

2.1 HA/CD44在神經(jīng)膠質(zhì)細胞中的表達及意義 神經(jīng)膠質(zhì)細胞是廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)除了神經(jīng)元以外的所有細胞，周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的施旺細胞和衛(wèi)星細胞，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞都是神經(jīng)膠質(zhì)細胞中常見的重要種類。有研究最初報道了CD44的表達主要發(fā)生在人腦的白質(zhì)(白質(zhì)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的三個組成元素之一)中。之后的研究表明CD44蛋白的來源是神經(jīng)膠質(zhì)細胞，特別是星形膠質(zhì)細胞［8－12］。Gorlewicz 等［13］也證明 CD44 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中主要通過神經(jīng)膠質(zhì)細胞表達。有學者使用來自人胎兒和成人腦的原代細胞培養(yǎng)物的體外研究證明了CD44在星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞中的表達［14－15］。隨后其對發(fā)育中大腦的分析已經(jīng)將CD44定義為星形膠質(zhì)細胞的限制性前體細胞(astrocyte－restricted precursor，ARP)的標記物，ARP被專門用于在嚙齒動物和人體組織的體外和體內(nèi)產(chǎn)生星形膠質(zhì)細胞［16］。其他的研究表明，在小鼠小腦中，CD44表達不僅可以在星形膠質(zhì)前體細胞(可分化為星形膠質(zhì)細胞)中發(fā)現(xiàn)，也可以在出生后早期的神經(jīng)干細胞(具有分化為神經(jīng)神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞的潛能)和少突膠質(zhì)前體細胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs，可分化為少突膠質(zhì)細胞)中發(fā)現(xiàn)［17］。盡管已經(jīng)描述了星形膠質(zhì)細胞中CD44的表達，但是對這些細胞中HA及其受體相互作用的功能知之甚少。Konopka等［18］證實，HA通過與CD44結(jié)合可抑制星形膠質(zhì)細胞的增殖和星形膠質(zhì)細胞突起的形成。已經(jīng)證明HA/CD44與Rac1依賴性PKNγ(protein kinase N－γ)激酶活化相互作用，促進皮層肌動蛋白的磷酸化及皮層肌動蛋白介導的細胞骨架功能，導致星形膠質(zhì)細胞遷移［19］。同樣，在神經(jīng)前體細胞(是神經(jīng)干細胞的一種，為各類神經(jīng)細胞的前體細胞)中，CD44蛋白的過表達增強了這些細胞的體外和體內(nèi)跨內(nèi)皮遷移［20］。此外，OPCs中的CD44過表達抑制其向少突膠質(zhì)細胞的分化，促進其向星形膠質(zhì)細胞的分化［21］。

2.2 HA/CD44在Müller細胞中的表達及意義 Müller細胞(Müller glia)又稱放射狀膠質(zhì)細胞，是脊椎動物視網(wǎng)膜中特有的星形膠質(zhì)細胞，在脊椎動物視網(wǎng)膜中，占細胞總數(shù)90% 以上，其細胞核位于內(nèi)核層，呈雙極性，向內(nèi)、外側(cè)發(fā)出放射狀突起，分布于視網(wǎng)膜全層，具有結(jié)構(gòu)支持、維持滲透壓穩(wěn)定、參與神經(jīng)元營養(yǎng)運輸和代謝、調(diào)節(jié)血－視網(wǎng)膜屏障等重要作用［22］。在病理情況下，Müller細胞一方面介導視網(wǎng)膜神經(jīng)元損傷的信號傳遞，另一方面保護視網(wǎng)膜神經(jīng)元，在某些動物甚至去分化，具有干細胞性質(zhì)，部分替代損傷的視網(wǎng)膜神經(jīng)元［23－24］。以往的研究已經(jīng)證實了Müller細胞中有HA及CD44的表達，Azuma等［25］研究發(fā)現(xiàn)，Müller細胞是妊娠12wk到新生兒期暫時產(chǎn)生HA的部位之一。Müller細胞在建立視網(wǎng)膜極性結(jié)構(gòu)和視網(wǎng)膜正確分層中發(fā)揮著決定性的作用［26］，并且Müller細胞能誘導視網(wǎng)膜前體細胞向視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞分化［27］。在活體視網(wǎng)膜上，Müller細胞是唯一表達 CD44的細胞［28］。陸融等［29］推測透明質(zhì)酸可能是通過作用于Müller細胞表面受體CD44激活相應(yīng)的細胞內(nèi)信息通路，加強Müller細胞降解透明質(zhì)酸的功能。Shinoe等［30］研究發(fā)現(xiàn)，CD44的異位表達擾亂了神經(jīng)元的形成過程，CD44的強制表達擾亂了Müller神經(jīng)膠質(zhì)細胞的形成過程，這表明CD44的適當表達對Müller神經(jīng)膠質(zhì)的形態(tài)成熟至關(guān)重要。即便如此，CD44在視網(wǎng)膜中的神經(jīng)膠質(zhì)細胞系的瞬時表達的作用仍不清楚，這還需要進一步的研究來證實。但近年來有關(guān)CD44與視網(wǎng)膜的關(guān)系已經(jīng)引起重視，認為CD44與增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變(proliferative vitroretinopathy，PVR)、視網(wǎng)膜的變性疾病(pigmentary degenerafion of the retina，PRD)、脈 絡(luò) 膜 新 生 血 管 (choroidal neovascularization，CNV)、視網(wǎng)膜母細胞瘤(retinoblastoma，RB)等有關(guān)。

3 HA/CD44在視交叉神經(jīng)中的表達及意義

視覺信息在眼與大腦之間傳遞的途徑由視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cells，RGCs)發(fā)出的軸突組成，這些連接的建立是在發(fā)育期完成的。RGCs軸突在離開眼球之后進入正在發(fā)育的視柄中并向大腦生長，即大部分進入間腦腹側(cè)面。在這里來自兩眼的軸突互相交叉形成特殊的X型，形成視交叉。RGCs的軸突集中于視乳頭，穿出鞏膜成為視神經(jīng)(視神經(jīng)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一部分)。Ma等［31］發(fā)現(xiàn)CD44存在于鼠胚胎時期的視交叉神經(jīng)中。Lin等［32］發(fā)現(xiàn)，當視網(wǎng)膜軸突到達小鼠腹側(cè)間腦時，HA大量定位于視交叉神經(jīng)元，并且在視交叉中線與其受體CD44共定位。已經(jīng)證明這些神經(jīng)元通過在視交叉中線處對視神經(jīng)軸突提供導向因子來影響軸突生長［33］。CD44已被證明是這些因子中的一種，并且對小鼠視網(wǎng)膜節(jié)細胞軸突的延伸具有抑制作用。在小鼠視神經(jīng)通路的腦切片培養(yǎng)中，使用阻斷抗體擾亂CD44功能可以顯著減少視交叉中線處先產(chǎn)生的交叉軸突和非交叉路徑的形成［34］，這證明了視交叉軸突路徑的重要作用。目前尚不清楚這些過程是否涉及HA與CD44的結(jié)合?；贖A是CD44及其生物活性的主要配體這一事實［35］，并且HA與CD44在視交叉中線處共定位，這就有理由認為HA很可能涉及CD44在小鼠視交叉中線介導的軸突導向，說明其與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜軸突神經(jīng)的發(fā)育有一定關(guān)系，也有可能參與視網(wǎng)膜神經(jīng)層的發(fā)育過程。體外研究表明CD44對胚胎視網(wǎng)膜軸突生長具有抑制作用［36］，而使用特異性抗CD44阻斷抗體的實驗表明，在小鼠視交叉中，交叉神經(jīng)元中的功能性CD44分子對于軸突發(fā)散和軸突分化是必不可少的［34］。此外，CD44可能參與在層粘連蛋白底物上生長的視網(wǎng)膜節(jié)細胞的軸突的延伸［36］。盡管目前CD44在人視網(wǎng)膜發(fā)育過程中的具體作用和機制尚不清楚，但是多數(shù)專家認為CD44參與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜的分化和視網(wǎng)膜組織形態(tài)發(fā)展的過程。

總體而言，CD44作為HA的受體，和HA在許多生理和病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，如神經(jīng)元發(fā)育，突觸可塑性以及對損傷、神經(jīng)變性和腦腫瘤侵襲反應(yīng)［37－38］。盡管有證據(jù)表明CD44可能參與神經(jīng)元發(fā)育過程中的軸突導向，但透明質(zhì)酸受體，特別是CD44在神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元功能仍有待闡明，Matzke等［39］已經(jīng)證明，CD44敲除小鼠中的谷氨酸能突觸激發(fā)迅速減少，而在腦干內(nèi)的甘氨酸能和GABA能突觸抑制或前包欽格復合神經(jīng)元的整體突觸活動中未檢測到變化。Roszkowska等［40］認為CD44似乎是一種調(diào)節(jié)樹突棘功能和結(jié)構(gòu)可塑性新型分子的參與者。上述觀察結(jié)果似乎可以表明CD44在突觸傳遞中的潛在作用，但這需要更多深入的研究。

4 展望

綜上所述，HA與CD44可能在包括Müller細胞在內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)細胞和視交叉神經(jīng)中發(fā)揮著重要作用。近年來關(guān)于粘附因子CD44在眼科的研究也逐漸增多，如眼瞼鱗狀細胞癌、乳頭狀瘤、葡萄膜惡性黑色瘤、結(jié)膜惡性黑色素瘤、青光眼、白內(nèi)障、翼狀胬肉等。然而CD44在經(jīng)膠質(zhì)細胞和視交叉神經(jīng)中發(fā)揮作用的具體機制尚未明確。因此，對CD44的進一步研究和探討，可以為神經(jīng)膠質(zhì)細胞和視交叉神經(jīng)的發(fā)育和相關(guān)疾病的病因研究、發(fā)病機制和治療提供—個新的方向。