脑红蛋白在眼科中的研究现状_眼科现状

　　[摘要]脑红蛋白是最近发现于哺乳动物大脑中的一类携氧球蛋白,在视网膜组织中脑红蛋白有比其他部位更高程度的表达,虽然视网膜的耗氧量大于脑,但视网膜对缺血缺氧的忍受时间却远远大于同样情况下大脑所能忍受的时间。同其他中枢神经元一样,脑红蛋白在视网膜上的表达升高也与缺氧有关,提示NGB在视网膜氧的摄取和利用过程中起着重要作用。
　　[关键词] 脑红蛋白;中枢神经元;视网膜;氧利用
　　[中图分类号]R774[文献标识码] A[文章编号]
　　
　　脑红蛋白( neuroglobin, NGB)是新近发现的体内第三类重要的携氧球蛋白[1],主要在脑组织中表达,在神经系统氧的摄取、运输和利用等生理过程中起着极其重要的作用。而体内各处NGB表达量的增加均与组织的缺血缺氧密切相关[2],视网膜作为中枢神经系统的一部分,眼科临床实践中又存在着与视网膜相关的大量缺血缺氧性疾病,因此进一步研究NGB在眼内的表达与作用具有积极意义。
　　1. 脑红蛋白基本特点
　　NGB是一种小的球蛋白,其分子结构与血红蛋白和肌红蛋白具有同源性[3]。表达序列标签数据库同源性分析显示人和小鼠EST序列所编码的蛋白均由151个氨基酸组成[1],分子量为17KD,这种蛋白与Mb氨基酸序列的同源性小于21%,与Hb的同源性小于25%,说明这种蛋白是一种属于球蛋白家族但与Hb、Mb不同的蛋白质。由于具有携带氧的分子结构基础,其可通过铁卟啉环可逆的结合O2,,对氧的亲和力与肌红蛋白对氧的亲和力相当,人重组NGB的P50在37℃时约为1托,其有着很高的自然氧化率,在37℃空气中短短几分钟就可被氧化[4]。由于这种蛋白主要位于中枢神经系统内因而命名为脑红蛋白。
　　2. 脑红蛋白与中枢神经元
　　目前的研究表明NGB在中枢神经中表达明显高于其他组织,主要集中在大脑前叶、丘脑下核团和丘脑,但是这种高表达的NGB对中枢神经系统的缺血缺氧损伤是否具有保护作用还有争议[5-7]。
　　认为NGB有神经保护作用的研究发现脑区中NGB 含量不同,与不同脑区对缺氧损伤的敏感性是一致的[1],例如缺血导致大脑皮层达到最大损伤一半的时间是19. 1分钟,在海马为12. 7分钟,而海马中脑红蛋白含量不到皮层的1 /4。正常情况下NGB很少表达,一般看作是不起作用的,然而在缺氧时NGB表达增多,增加细胞抗缺氧能力。Sun [2]研究发现缺氧造成的NGB表达增高可以降低缺氧时细胞的死亡,而低表达的NGB则加速了缺氧细胞的死亡。随后的研究发现通过外源性NGB注入提高NGB在神经元内的含量可减少因暂时性脑中央动脉阻塞所致的脑梗塞面积,而降低NGB的表达会增加细胞和组织的缺氧损伤程度[5]。但也有研究并未发现NGB对缺氧状态下的神经细胞产生保护作用。在研究中利用TAT-NGB蛋白将NGB传递到神经细胞内[6],发现这种蛋白治疗过的细胞在氧葡萄糖剥夺环境下对细胞的生存没有任何影响。他们解释说可能通过TAT/CPP递送到细胞内的NGB就没有对缺血性损伤起保护作用。另一个采用脑中央动脉阻塞模型完成的实验没有发现在阻塞区域NGB表达水平增高的迹象[7],同时也没有发现NGB在自然存在或缺血缺氧状态下对神经元的保护作用。
　　3. 脑红蛋白与眼科
　　视网膜的耗氧量要远远大于大脑,但其对缺血缺氧的忍受时间却是同样情况下大脑所能忍受时间的10倍以上[8]。Schmidt[9]首次报道了小鼠视网膜神经元中有大量NGB的表达,其浓度约为脑内浓度的50 -100 倍, NGB在大脑中的浓度约为1μmol/L,而其在视网膜中的浓度可达到100μmol/L,占整个视网膜总蛋白量的2% ～4%。在视网膜组织中氧的消耗主要集中在光感受器内节、外丛状层和内丛状层。李耀宇[10]等在对大鼠眼球Ngb的表达定位发现其主要存在于视网膜中,在虹膜、睫状体等亦有少量表达。其中,在视网膜中的NGB表达主要存在于高耗氧量的组织,且与该组织中线粒体的亚细胞定位基本一致。徐琼[11]等人进一步对正常大鼠视网膜中Ngb的亚细胞定位发现,Ngb在视网膜中除外核层和视锥视杆层的外节段以外,在其它各层均有分布。主要分布于RGCs层的细胞胞质内,线粒体周围多见,内质网和高尔基复合体的管腔外侧也可见少量Ngb阳性着色。这些部位的视网膜主要由相邻二层神经元之间大量的突触联系所构成,神经元通过相互间的突触来传递信息,耗氧量大。而目前的研究发现视网膜中的NGB主要分布在这些部位,可能与视网膜的氧利用密切相关。
　　4.脑红蛋白在眼科的研究前景
　　目前对于视网膜缺血缺氧类损伤疾病,致病机理并不完全清楚,同时也缺乏良好的治疗方法。NGB在视网膜中的研究可能会对这类疾病的治疗提供一种新的思路和方法,但是目前的研究对NGB在细胞内具体发挥作用的机制仍不清楚,对于NGB是否参与视网膜的损伤和修复以及其机理如何还需要更多的分子和组织生物学方面的研究。
　　
　　参考文献
　　[1]T. Burmester, B. Weich, S. Reinhardt et al A vertebrate globin expressed in the brain[J] . Nature, 2000,407,(6803): 520�523.
　　[2] Sun Y, Jin K, Mao XO, et al. Neuroglobin is up-regulated by and protects neurons from hypoxic-ischemic injury[J]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.2001,98(26):15306-15311.
　　[3] D. De Sanctis, S. Dewilde, A. Pesce et al Crystal structure of cytoglobin: the fourth globin type discovered in man displays heme hexa-coordination[J], J. Mol. Biol. 2004,336 (4): 917�927.
　　[4] Kriegl JM, Bhattacharyya AJ, Nienhaus K, et al. Ligand binding and protein dynamics in neuroglobin[J]. Proc NatlAcad Sci USA, 2002, 99 (12) : 7992.
　　[5] Sun Y, Jin K, Peel A, et al Neuroglobin protects the brain from experimental stroke in vivo[J]. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100 (6): 3497�3500.
　　[6] Peroni D, Negro A, Bahr M, et al Intracellular delivery of neuroglobin using HIV-1 TAT protein transduction domain fails to protect against oxygen and glucose deprivation[J]. Neurosci Lett 2007, 421:110-114.
　　[7] Hundahl C, Kelsen J, Kjaer K, et al. Does neuroglobin protect neurons from ischemic insult? A quantitative investigation of neuroglobin expression following transient MCAo in spontaneously hypertensive rats[J]. Brain Res. 2006, 1085(1):19-27.
　　[8] Hayreh SS, Zimmerman MB, Kimura A, Sanon A. Central retinal artery occlusion. retinal survival time[J]. Exp Eye Res. 2004, 78:723�7360
　　[9] Schmidt M, Giessl A, Laufs T, et al. How does the eye breathe?Evidence for neuroglobin
　　-mediated oxygen supply in the mam malian retina[J] . J Biol Chem ,2003 ,278 (3):1932 - 1935.
　　[10]李耀宇,刘惠玲, 童绎,等.脑红蛋白在大鼠眼球中分布的免疫组织化学研究[J].眼科研究, 2006,24(5):461-463.