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神經元標志物與神經退行性疾病

日期:2023-12-04 16:00:50

神經元是高度專門化的神經細胞,它們接收并傳遞電氣或化學信號,以協調所有必要的生命功能。神經元通常由細胞體、樹突、軸突和突觸前終末組成。細胞體包含細胞核、高爾基體、內質網、線粒體等組分。它負責合成幾乎所有神經蛋白質和膜。樹突類似分支,從其他神經元接收信號并將信號傳遞到細胞體。長而管狀的軸突從細胞體延伸出來,將電脈沖從細胞體傳遞到軸突終末,然后將脈沖進一步傳遞給另一個神經元。突觸前終末是位于軸突末端的結構,可以與另一個神經元形成突觸。許多軸突被覆蓋著膜樣的髓鞘,它加速了沿軸突傳遞電信號[1]。在中樞神經系統(CNS)中,少突膠質細胞制造髓鞘,在外周神經系統(PNS)中,雪旺細胞制造髓鞘 [1]。突觸前終末擁有充滿神經遞質的囊泡,當一個動作電位達到終末時,這些遞質釋放到突觸間隙中,與突觸后細胞建立化學通信。

神經元的結構

圖1. 神經元的結構

*圖片來源于維基百科

有三種類型的神經元,每種類型有不同的功能。感覺神經元接收神經沖動,并將它們從感覺器官傳遞到脊髓或大腦;運動神經元將來自大腦和脊髓的沖動傳遞到身體的肌肉、器官和腺體;中間神經元僅存在于中樞神經系統中,將一個神經元連接到另一個神經元,從而有助于在兩個神經元之間傳遞信號。

神經元很脆弱,可能會被切割、壓力或拉伸損壞。神經元的損傷可能會阻止傳送到大腦和從大腦傳出的信號,導致受損區域的肌肉無法正常工作或失去感覺。神經元功能障礙是許多神經系統疾病的重要因素,因此對這些不同類型神經元及其功能的識別、表征和分析對神經科學和神經病理學研究至關重要。因此,在不同神經元上識別特異性的神經元標志物具有重要意義。

接下來,我們主要從四個方面介紹神經元標志物,包括定義、意義、分類以及它們與神經退行性疾病的關系。


1. 什么是神經元標志物?

神經元標志物是在神經元中特異性表達的蛋白質。它們通過使用不同的技術,實現對不同神經元類型的檢測和鑒定。例如,某些類型的中間神經元表達鈣調素,而錐體神經元或其他類型的中間神經元可能不表達鈣調素。不同的受體、轉錄因子、酶和細胞骨架蛋白可以特異性地識別不同的神經元細胞,這對于科學研究具有重要意義。總之,這些特征可以用來描述和分類中樞神經系統(CNS)中的任何神經元,并且可以提供關于特定細胞的功能和連接性的具體信息。


2. 神經元標志物的意義

神經元是構成神經系統結構和功能的基本單元。結合細胞的形態特征,使用神經元的特定標志物,研究人員可以識別特定基因的表達特點,并深入了解某些疾病中神經元的類型、功能和異常表現。神經元標志物不僅在基礎研究中使用,如神經元的發育和分化,還在神經退行性疾病、精神病、神經腫瘤等疾病的臨床診斷研究中得到應用。


3. 神經元標志物列表

作為細胞表面的標志,能夠識別和分離許多神經元類型,包括感覺神經元、運動神經元、中間神經元、少突膠質細胞和施萬細胞。在下表中,我們列出了一些常用的標志物,用于區分神經元和其他細胞。

細胞類型 標記
感覺神經元 神經元特異性烯醇化酶(NSE)、βIII微管蛋白、酪氨酸羥化酶(TH)、NeuroD2、NeuroD6、Calretinin、微管相關蛋白2 (MAP-2)、神經元核(NeuN)、雙皮質素(DCX)、膽堿乙酰轉移酶(ChAT)、Tau、NeuroD4、CALB1、NEFL、NEFM、NEFH、NeuroD1。
運動神經元 Isl1、Isl2、Olig2、En1、p75神經營養因子受體(p75NTR)、ChAT、Nkx6、Sim1、Chox10、Evx1、Evx2、成纖維細胞生長因子-1/FGF1、HB9、Lim3、REG2、SMI32、Zfh1。
中間神經元 Calbindin、Calretinin (CR)、Cholecystokinin(CCK)、ChAT、Chx10、DLX、EN1、ER81、Evx1、GABA、SPO、Pax2、Isl1、mGluR1、NMDAR2D、Lhx1、Lhx3、Lhx5、Lhx6、生長抑素、血管活性腸多肽(VIP)、小白蛋白(PV)、谷氨酸脫羧酶65 (GAD65)、Nkx2-2 (Nkx2.2)、Mu阿片受體(MOR)、P物質受體(SPR)。
膽堿能神經元 ACHE, CHAT, SLC18A3
多巴胺能神經元 DAT1 / SLC6A3, PITX3, TH, SLC18A2
GABA能神經元 GAD1 / GAD67, GAD2, GABBR1, GABBR2
Glutamatergic神經元 GLS, GRIN1, GRIN2B, SLC17A6, SLC17A7
羥色胺能神經元 SLC6A4, TPH1

4. 神經元標志物與神經退行性疾病

作為信息傳遞者,神經元通過化學信號和電脈沖在大腦的不同區域之間以及大腦與其他神經系統之間傳遞信息。當神經元受損時,神經元傳遞的信息被阻斷,導致一些神經退行性疾病。神經元標志物是在正常情況下檢查神經細胞功能以及在疾病和修復過程中的有價值的工具 [2]

肌萎縮性側索硬化(ALS)是一種致命的神經退行性疾病,導致運動神經元功能逐漸喪失,與超氧化物歧化酶1(SOD1)、TAR DNA結合蛋白43(TDP-43)和RNA結合蛋白FUS的基因突變有關 [3-5]。原發性運動皮層上運動神經元和腦干以及脊髓中的下運動神經元的損傷導致肌肉癱瘓和其他ALS癥狀 [3]。作為阿爾茨海默病(AD)發病和發展的潛在因素,神經炎癥越來越受到關注。廣泛的研究表明,β淀粉樣蛋白(Aβ)斑塊和富含超磷酸化tau的纏結與AD的發病機制有關 [6]。此外,星形膠質細胞和小膠質細胞的活化,作為腦部的免疫細胞,在神經纖維纏結體(NFTs)的形成和進展中也發揮作用,導致神經元功能喪失和減少[7][8]。Lewy小體是帕金森病(PD)的病理特征,其特點是α-突觸核蛋白聚集體的存在,導致多巴胺能神經元的喪失 [9]



參考文獻:

[1] Susuki, K. Myelin: A Specialized Membrane for Cell Communication. Nature Education 2010, 3(9):59.

[2] Redwine JM and Evans CF. Markers of central nervous system glia and neurons in vivo during normal and pathological conditions [J]. Curr Top Microbiol Immunol 2002, 265: 119-40.

[3] Soldatov VO, Kukharsky MS, et al. Retinal Damage in Amyotrophic Lateral Sclerosis: Underlying Mechanisms [J]. Eye Brain. 2021;13:131- 146.

[4] van Rheenen W, Shatunov A, et al. Genome-wide association analyses identify new risk variants and the genetic architecture of amyotrophic lateral sclerosis [J]. Nat Genet. 2016;48(9):1043–1048.

[5] Pochet R. Genetics and ALS: cause for Optimism [J]. Cerebrum. 2017;2017.

[6] Ittner LM, Gotz J. Amyloid-beta and tau--a toxic pas de deux in Alzheimer's disease [J]. Nat Rev Neurosci. 2011;12(2):65–72.

[7] Heppner FL, Ransohoff RM, et al. Immune attack: the role of inflammation in Alzheimer disease [J]. Nat Rev Neurosci. 2015;16(6):358–72.

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[9] Xi-Xi Wang1, Ya Feng, et al. Prodromal Markers of Parkinson's Disease in Patients With Essential Tremor [J]. Front. Neurol., 25 August 2020.


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