周圍神經軸突再生

在同學坐下時將椅子移開、站立時直接彎腰搬重物,這些動作看似無關緊要,其實非同小可,很容易傷到脊髓神經。更嚴重的是,脊髓神經受損後無法修復,一旦造成傷害,可能半身不遂。好消息是,中研院基因體研究中心主任洪上程與日本名古屋大學合作,近日發現:人工合成的「硫酸乙醯肝素」八醣體,能讓小鼠受損的脊髓神經軸突再生,或許在未來某一天,可以成功修復人類受損的脊髓神經。

 人類的神經系統與神經元細胞

人類的神經系統分成兩個部分:包含腦和脊髓的中樞神經,以及遍布全身的周圍神經。

 

圖片來源│iStock圖說設計│黃曉君、林洵安

圖片來源│iStock 圖說設計│黃曉君、林洵安

 

但不管哪個部位的神經,基本單位都是神經元細胞。所有的神經元都有三個基本構造:細胞核所在的細胞體 ,負責接收訊息的樹狀突起─樹突 ,還有將神經訊息向外傳送、一條細長管狀突起─軸突。

神經元細胞傳送訊息的方法是:細胞體的神經衝動,先由軸突傳到末端的突觸,再由下一個神經元細胞的樹突接收、軸突傳出,就這樣一個傳一個,宛如接力賽般把訊息傳出去,直到目的部位。

 

第一個神經元細胞將神經衝動傳到軸突末端的突觸,然後釋放神經傳導物質到下一個神經元細胞的樹突突觸,藉此將神經衝動傳給下一個神經元......就這樣把訊息接力傳到目的地。神經元軸突長度相差很大,有的僅分布在細胞周圍;有的很長,像是成人的坐骨神經,長度能超過1.5公尺。圖片來源│iStock圖說設計│黃曉君、林洵安

第一個神經元細胞將神經衝動傳到軸突末端的突觸,然後釋放神經傳導物質到下一個神經元細胞的樹突突觸,藉此將神經衝動傳給下一個神經元……就這樣把訊息接力傳到目的地。神經元軸突長度相差很大,有的僅分布在細胞周圍;有的很長,像是成人的坐骨神經,長度能超過1.5公尺。 圖片來源│iStock 圖說設計│黃曉君、林洵安

 

 

反過來說,如果軸突受損、斷裂,無法再生,就會阻斷神經訊息傳遞,嚴重將導致癱瘓。洪上程、門松健治跨國團隊的研究故事,就從這裡開始……

 軸突再生的關鍵:蛋白質 Cortactin

由洪上程、門松健治組成的跨國研究團隊發布、刊登於國際期刊《自然-化學生物學》(Nature Chemical Biology)的研究論文中,日本團隊從小鼠身上取得的背根神經節作為研究材料,背根神經節屬於上述的周圍神經。

結果發現: 當神經元的軸突受損或斷裂時,軸突末端會形成球狀凸起物,以避免神經元細胞質持續流失,但在此同時,也阻礙了軸突生長,導致軸突受傷後無法修復。

所幸,日本研究團隊又發現:神經元軸突能否再生,關鍵在細胞內一種名為 Cortactin 的蛋白質。當 Cortactin 被磷酸根化,就會促使細胞進行自噬作用,讓軸突末端的球狀凸起物分解。如此一來,斷裂的軸突就可以重新生長、產生連結。

 

當 Cortactin 被磷酸根化,就會促使軸突末端的球狀凸起物分解,讓斷裂的軸突可以重新生長。資料來源│洪上程圖說重製|黃曉君、林洵安

當 Cortactin 被磷酸根化,就會促使軸突末端的球狀凸起物分解,讓斷裂的軸突可以重新生長。 資料來源│洪上程 圖說重製|黃曉君、林洵安

 

可惜的是,在神經元軸突受損的情況下,Cortactin 是沒有被磷酸根化、沒有活性的狀態。

洪上程指出,原因在於細胞內還有硫酸軟骨素(Chondroitin Sulfate,以下簡稱 CS)和磷酸根移除酶(Protein Tyrosine Phosphatase Receptor σ,以下簡稱 PTPRσ)。

CS 分子會在受傷的神經軸突附近聚集,並和神經元細胞表面的 PTPRσ 結合,使它活化。一旦 PTPRσ 被活化,會移除 Cortactin 的磷酸根。沒有磷酸根、沒有活性的 Cortactin 就無法促成細胞進行自噬作用,受損的軸突就無法修復。

 

第一個新發現:CS 分子結合受器 PTPRσ,會移除 Cortactin 的磷酸根,阻礙神經元軸突再生。資料來源|洪上程圖說重製|黃曉君、林洵安

第一個新發現: CS 分子結合受器 PTPRσ,會移除 Cortactin 的磷酸根,阻礙神經元軸突再生。 資料來源|洪上程 圖說重製|黃曉君、林洵安

 

 人工合成八醣體,促成神經元軸突再生

好消息是,洪上程發現,阻礙軸突修復的 CS 分子,跟他實驗室合成的八醣體─硫酸乙醯肝素(Heparan Sulfate, 以下簡稱 HS) 同屬 Glycosaminoglycans 家族,結構都含有多個硫酸根。

洪上程便將自己實驗室合成的十六種 HS 八醣分子,提供給門松健治團隊,讓 HS 分子跟受損的神經元作用,期待 HS 分子可以取代 CS 分子,並與 PTPRσ 結合後,不會移除 Cortactin 的磷酸根。

結果顯示:在成鼠受損神經元,施以大量 HS 分子之後,神經元果然開始重生。

 

 

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http://research.sinica.edu.tw/hung-shang-cheng-glycans-spinal-nerve/

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