王永生綜述，朱 虹審校

0 引 言

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，神經(jīng)細胞遷移過程是復雜并被精細調控的，神經(jīng)細胞將接受到的胞外信號傳遞至胞內，經(jīng)過一系列信號途徑傳導最終到達胞內細胞骨架，通過細胞骨架蛋白微管、微絲及神經(jīng)細胞黏附分子等共同作用完成整個遷移過程，到達大腦特定部位，構成復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡體系，進而發(fā)揮正常的腦功能。神經(jīng)細胞骨架在神經(jīng)細胞遷移過程中起著非常重要的作用，其出現(xiàn)異常會影響到神經(jīng)細胞最終的正確定位，繼而導致大腦功能異常。本文主要對細胞骨架在神經(jīng)細胞遷移中的作用作一綜述。

1 細胞骨架與神經(jīng)細胞遷移

細胞骨架是由三種蛋白纖維組成的網(wǎng)狀結構系統(tǒng)，包括微管、微絲和中間絲。每種纖維均由不同蛋白質亞基構成，其聚合和解聚過程受胞內外各種因素的調控。

1.1微管微管是由微管蛋白組裝成細長的、具有一定剛性的圓管狀中空結構。其管壁由13根原纖維排列構成，每根原纖維由微管蛋白α亞基和β亞基靠非共價鍵結合以異二聚體的形式相間排列而成[1]。在生理狀態(tài)下，微管的聚合先由微管組織中心開始，微管組織中心決定細胞微管的極性，在細胞遷移過程中維持細胞的兩極性的狀態(tài)，微管的正端指向微管組織中心，負端背向微管組織中心。每一微管蛋白異二聚體上均含有2個三磷酸鳥苷(guanosine triohosphte，GTP)的結合位點，微管蛋白與GTP結合而被激活，引起分子構象變化，從而聚合成微管。

1.2微管相關蛋白在神經(jīng)細胞內，有一類輔助蛋白與微管共存，和微管相結合參與微管的裝配過程，稱為微管相關蛋白(microtubule-associated proteins，MAPs)。微管相關蛋白包括2個主要區(qū)域：一是羧基端的微管結合區(qū)，該結構域可與微管結合，加速微管的成核作用；另一個是氨基端的突出區(qū)，以橫橋的方式與其他骨架纖維相連接，突出區(qū)的長度可決定微管成束時的間距大小。目前，已發(fā)現(xiàn)4種主要的經(jīng)典微管相關蛋白，包括MAP1, MAP2, MAP4以及Tau蛋白[2]。

1.2.1Tau蛋白Tau蛋白是一種高度不對稱的低分子量的含磷糖蛋白[3]，含有四個結構區(qū)，一級結構中蛋白質C端有3～4個含31或32個氨基酸殘基的可結合微管的不完全重復序列區(qū)，此區(qū)域是微管結合區(qū)的核心，其側翼序列能增強Tau蛋白與微管相結合的能力。當其C-末端區(qū)擁有6個以上的二聚體時，Tau蛋白可牢固的結合在微管的外表面，促進微管組裝和軸突運輸。N-末端為向外伸展出的結構域，可與其他細胞骨架分子和細胞膜相接觸，維持軸突的穩(wěn)定性。Tau蛋白的中央?yún)^(qū)富含脯氨酸，為與微管和幾種激酶作用的靶點，對于微管從頭組裝非常重要[4-5]。研究表明，正常Tau蛋白含有2～3個磷酸化位點，而當Tau蛋白過度磷酸化時，減弱了與微管結合以及促進微管組裝的能力[6-8]。

1.2.2MAP1、MAP2、MAP4蛋白MAP1有3種不同的亞型：MAP1A, MAP1B和MAP1C。MAP1常在微管蛋白間形成橫橋，可控制微管的延長，但不能使微管成束。MAP2也有3種不同的亞型：MAP2A, MAP2B和MAP2C。MAP2能在微管間以及微管與中間絲之間形成橫橋。與MAP1不同，MAP2能使微管成束[9]。MAP2分子上含有一些磷酸化部位，當cAMP依賴性蛋白質激酶具有調節(jié)功能的亞基與MAP2延伸出的長臂結合時，可使MAP2磷酸化，抑制微管裝配[10-11]。MAP4蛋白廣泛存在于各種細胞中，具有高度的熱穩(wěn)定性。

1.3微絲微絲是一種直徑5～8 nm的細絲狀結構，主要由2條平行的肌動蛋白單鏈按右手螺旋法則盤繞形成，可成束狀或分散存在于真核細胞細胞質中。微絲在神經(jīng)細胞中稱為神經(jīng)絲，存在于神經(jīng)細胞的突觸中，起到支架作用同時還參與神經(jīng)細胞內的物質運輸過程。在細胞的形態(tài)維持以及細胞運動中起著重要的作用。微絲可在兩端通過添加肌動蛋白單體來增長，微絲具有極性，肌動蛋白單體加到微絲兩端的速度是不相同的，添加速度快的一極為正端，添加速度慢的一極為負端，從而表現(xiàn)出顯著的“踏車”現(xiàn)象。微絲的裝配在體外受ATP, Ca2+, Na+和 K+濃度的影響。在具有 ATP或Ca2+或低Na+、K+的溶液中，微絲解聚形成肌動蛋白單體；而在含有Mg2+和高Na+和K+的溶液中，肌動蛋白單體則聚合組裝成微絲。

1.4中間絲中間絲是由神經(jīng)元纖維組成，主要包括神經(jīng)元纖維蛋白和α-內連蛋白，在神經(jīng)元軸突中高濃度存在。中間絲在外與細胞膜和細胞外基質有直接的聯(lián)系，內與核膜、核基質相聯(lián)系，貫穿整個細胞起著廣泛的骨架功能。該骨架具有一定的可塑性，對維持細胞質的整體結構和功能的完整性有重要作用。因此中間絲在細胞內外起著多方面結構的構成與功能聯(lián)系的作用，特別對細胞核的定位和固定有關。中間絲結構非常穩(wěn)定，很少參與神經(jīng)細胞遷移運動。

2 細胞骨架在神經(jīng)細胞遷移中的作用

2.1微管在神經(jīng)細胞遷移中的作用在神經(jīng)細胞遷移過程中，微管維持細胞兩極性的狀態(tài)，為胞內物質提供運輸軌道，幫助促進遷移相關的物質向前轉運并對運輸方向具有指導作用[12-14]。另外，微管還給細胞遷移過程中的細胞核提供運動軌道[15-16]。在神經(jīng)細胞遷移過程中，微管與胞內某些信號分子直接或間接發(fā)生作用，來介導細胞的遷移過程，目前已經(jīng)證實微管參與了hedgehog，JNK，Wnt，ERK蛋白激酶信號轉導通路。

MAPs如Tau蛋白和MAP2蛋白，誘導和促進微管蛋白亞基聚合形成微管，調節(jié)微管裝配過程，并在微管聚合過程中通過和微管二聚體直接可逆的結合來防止新聚合的微管解聚，從而穩(wěn)定微管的聚合過程，幫助微管沿軸突方向延伸[17-18]。實驗證實，大鼠成纖維細胞中注入Tau蛋白后，微管聚合增加[19]。而在轉染表達Tau蛋白的細胞中也發(fā)現(xiàn)微管的聚合能力增強[20]。磷酸化的Tau蛋白和MAP2蛋白通常會導致其在微管聚合過程中無法和微管二聚體相結合而影響微管的聚合[21-22]。Tau蛋白可通過維持微管的穩(wěn)定狀態(tài)，給軸突生長延伸提供有利條件[23]。另外Tau蛋白還可被鈣調素激酶Ⅱ、蛋白激酶A及MAP激酶磷酸化，降低了其與微管蛋白的結合能力從而使微管聚合減弱，進而調控微管的延長。

2.2微絲在神經(jīng)細胞遷移中的作用微絲是由肌動蛋白actin組成的，微絲蛋白F-actin在神經(jīng)細胞遷移中的作用體現(xiàn)在2個方面：①在細胞核運動中產(chǎn)生一個向前的推力；②與細胞外基質相黏附在一起，在細胞尾部運動時差生一個向前的拉力[24]。神經(jīng)細胞遷移過程中，肌動蛋白在神經(jīng)細胞生長錐周邊聚合形成微絲，在細胞尾部位置收縮產(chǎn)生一個向前的拉力來推動神經(jīng)細胞遷移[25]。同時,肌動蛋白纖維還能與各種跨膜蛋白相結合，在維護細胞形態(tài)、運動和分裂中起著至關重要的作用[26,27]。早期體外培養(yǎng)的神經(jīng)細胞研究表明，破壞肌動蛋白微絲F-actin能夠阻礙顆粒神經(jīng)元沿放射狀膠質細胞遷移的過程[28]。

3 結 語

神經(jīng)元遷移過程是大腦發(fā)育的一個關鍵階段，任何干擾神經(jīng)元遷移因子的因素均會導致遷移過程出現(xiàn)異常。目前，有關神經(jīng)細胞遷移過程的研究已經(jīng)取得了重大的進展，然而神經(jīng)細胞骨架在神經(jīng)元遷移過程中的作用尚未安全闡明，仍有很多種類的骨架蛋白在細胞遷移過程中的作用并不明確，如微絲相關蛋白在神經(jīng)細胞遷移過程所起的作用？發(fā)生作用的機制？這些問題均有待進一步解決。

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