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轴突生长抑制分子是成年哺乳动物中枢神经系统(CNS)损伤后不能再生的重要因素之一。迄今已发现的来源于髓鞘的轴突生长抑制分子主要有三种:Nogo-A,MAG和Omgp,这三种分子有一个共同的受体,称为Nogo-66受体(NgR)。在脊髓损伤(SCI)后,大量髓鞘破损,髓鞘中的抑制分子被暴露或释放至损伤环境中,当神经元轴突上的NgR接触到环境中的这些抑制分子时,其生长锥就会发生坍塌甚至回缩,导致损伤的轴突不能再生。因此,如果能封闭NgR的功能,就有可能阻断Nogo-A,MAG和Omgp 的抑制效应。本研究旨在研制一种针对NgR的疫苗,通过疫苗免疫,使机体产生抗NgR抗体,从而阻断NgR介导的轴突生长抑制效应,并采用大鼠脊髓损伤模型对该疫苗的效果进行评估,以期为中枢神经损伤的修复提供一种新的辅助治疗手段。
本文第一部分工作是制备抗NgR的多克隆抗体。利用基因工程手段,原核表达并纯化得到NgR分子的一个功能片段LRR,然后将其作为抗原免疫新西兰兔获得了高效价的抗体,Western Blot测定抗体效价>1:50000。利用该方法制备的抗NgR抗体可用于NgR分子的Western Blot及免疫组化检测,亦可用于NgR的体内外功能试验研究,为下面的实验提供了重要工具。
本文第二部分制备了抗NgR的DNA疫苗,并采用重物坠落大鼠脊髓伤模型对该疫苗的效果进行了评估。将人NgR基因片段与人免疫球蛋白IgG Fc段的基因融合构建成真核表达质粒pcDNA3.1-hNgR-Fc,即抗NgR的DNA疫苗。通过将该质粒转染至培养的COS-7细胞,以及直接将质粒注射至大鼠股四头肌,我们证明该重组的DNA疫苗能成功表达融合蛋白hNgR-Fc。然后,采用脂质体为佐剂,将该DNA疫苗通过肌肉注射,接种至成年SD大鼠。经过三次免疫,仅少部分个体能捡出低效价的抗NgR抗体(1:200,ELISA)。但免疫大鼠脊髓损伤后,行为学检测(BBB评分,网格试验和脚印试验)结果表明,抗NgR DNA疫苗免疫组大鼠的功能恢复明显好于生理盐水对照组,且产生抗NgR抗体的个体功能恢复最佳。组织学结果进一步显示,疫苗免疫组脊髓损伤空洞体积比对照组缩小了30.8%;免疫组化结果显示,在损伤后8 w,疫苗免疫组大鼠脊髓组织中有大量的CD8+T细胞的浸润,提示抗NgR DNA疫苗免疫主要诱导了T细胞免疫,且该细胞免疫可能有利于脊髓损伤的修复。由于产生抗体的大鼠功能恢复优于仅产生细胞免疫的个体,因此,促使疫苗诱导更多抗体是提高疫苗质量的关键。为此,本文又进行了NgR蛋白疫苗的研制。
本文第三部分研制了针对NgR的蛋白疫苗,并用大鼠脊髓半横断模型和重物坠落伤模型对该疫苗的效果进行了评估。用重组的人NgR蛋白为抗原免疫大鼠后,所有个体均产生了高效价的抗NgR抗体(>1:8000,ELISA);来自免疫大鼠的抗血清在体外可逆转抑制分子MAG对小脑神经元突起生长的抑制作用;免疫荧光染色显示,在脊髓损伤后,外周产生的抗NgR抗体可以进入脊髓损伤处,并可与其靶抗原NgR分子结合。在大鼠脊髓半横断损伤模型中,利用生物素化的葡聚糖胺(BDA)对大鼠皮质脊髓束(CST)进行顺行标记后,结果显示,经NgR蛋白免疫的大鼠,75%的个体其部分切断的神经纤维可发生再生,并穿越损伤区,长入损伤的下游,部分个体其轴突再生的距离超过了10 mm;而对照组中,所有标记的神经纤维均停止于损伤部位的上游。在重物坠落脊髓损伤模型中,组织学结果显示,经NgR蛋白免疫的大鼠在脊髓损伤后,其损伤区空洞体积显著缩小。而行为学试验BBB评分和网格步行试验的结果则进一步证明,接种NgR疫苗后,两种动物模型瘫痪后肢的功能都有明显的恢复。
结论:以上研究结果表明,NgR蛋白疫苗能够刺激机体产生高效价的抗NgR抗体;在SCI后,该抗体能进入损伤的脊髓组织与其靶抗原NgR分子结合并能有效地封闭NgR所介导的轴突再生抑制效应,从而促进SCI后的轴突再生和功能恢复。NgR疫苗有望成为治疗SCI及其它CNS损伤的一种有效的辅助治疗手段,具有潜在的应用价值。