Synaptic System--深入探索神经丝：结构、功能及在神经科学中的应用

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神经元的细胞骨架由微管、微丝和神经丝（NFs）组成。神经丝属于中间丝（IFs），其名称源于其特征性的直径为 8-10 nm，介于肌动蛋白丝（6 nm）和微管（24 nm）之间。它们的长度高度可变，可达到数微米。神经丝仅存在于神经元中，是哺乳动物轴突中最丰富的结构成分之一，它们决定了轴突的形状和直径。轴突的直径是影响神经传导速度的一个重要参数。

神经丝的结构、组成

成熟异聚体神经丝的主要成分是神经丝 L（NF-L）、神经丝 M（NF-M）和神经丝 H（NF-H），它们都是 IV 型中间丝（图 1）。L、M 和 H 分别代表低（约 70 kDa）、中（约 160 kDa）和高分子量（约 200 kDa）。在 SDS-PAGE 中观察到的表观分子量与理论预测值差异显著，这是由于它们含有大量带电氨基酸以及高度的翻译后修饰（图 2）。

除了 NF-L、NF-M 和 NF-H 之外，神经丝还可以包含 α-internexin，这是一种额外的 IV 型中间丝。然而，peripherin，一种 III 型中间丝，仅存在于周围神经系统的神经丝中（PNS）（图 1）。

图 1：神经丝蛋白的结构域。所有神经元中间丝都由一个 N 端头结构域、一个由卷曲螺旋 1a、1b 和 2a/b 组成的中心卷曲核心以及一个可变的 C 端尾结构域组成。

Nestin，另一种神经元 IF，在 CNS 发育过程中，仅由早期胚胎神经上皮干细胞短暂表达。在分化过程中，该蛋白被下调，并被其他组织特异性中间丝取代。所有神经元中间丝都具有相同的结构域，包括一个氨基末端头结构域、一个由卷曲螺旋 1a、1b 和 2a/b 组成的中心卷曲核心（杆结构域）以及一个可变的羧基末端尾结构域（图 1）。

图 2：在小鼠脑匀浆中检测神经丝 L、M 和 H（碱性磷酸酶染色）。观察到的有效分子量与理论值差异显著：

NF-L：61.5 kDa

NF-M：95.9 kDa

NF-H：117 kDa

在神经丝组装的第一步中，NF-L 或 α-internexin 通过其保守的杆结构域的平行结合，与任何其他神经元 IF 二聚化，形成卷曲螺旋二聚体。两个二聚体以交错的反平行方式组装，形成四聚体。这种四聚体通常被称为神经丝的基本亚单位或构建块。它们结合形成单位长度丝（ULFs），然后通过轴向聚集形成未成熟丝（图 3）。在最后的成熟步骤中，通过径向压缩形成最终的“瓶刷”丝，其表面装饰有灵活的 C 末端尾（图 3）。

图 3：神经丝组装始于 NF-L 或 α-internexin 与任何其他神经元 IF 蛋白的平行二聚化，形成卷曲螺旋二聚体。两个卷曲螺旋二聚体以半交错的方式组装，形成反平行四聚体。四聚体的侧向聚集导致形成单位长度丝（ULF）。ULFs 的轴向聚集导致形成直径约为 16 nm 的未成熟丝。在随后的径向压缩步骤中，分子丝紧密堆积，构成最终的 10 nm“瓶刷”丝，其表面装饰有神经丝的灵活 C 末端尾。

神经丝的翻译后修饰（PTMs）和功能

根据其数量和堆积密度，组装后的神经丝是决定轴突直径的主要结构成分，而轴突直径是影响轴突冲动传导的一个重要因素。

在发育早期，轴突是比较狭窄的结构，其中包含相对较少的神经丝。在发育后期，特化的轴突髓鞘化，并且同时积累更多的神经丝，导致径向生长高达 5 倍。一个大的髓鞘化轴突在一个横截面上可能包含数千条神经丝。

神经丝作为标记蛋白

神经丝仅存在于神经元中，是成熟神经系统最早可识别的特征之一。由于神经丝在轴突中大量积累，它们是这种细胞区域在多种应用中的有价值的一般标记蛋白，如免疫细胞化学（ICC）（图 4a）、免疫组织化学（IHC 和 IHC-P）（图 4b、c 和 d）以及西方印迹（WB）（图 2）。Peripherin 可用于特异性地区分来自 PNS 和 CNS 的神经元（图 4 c 和 d）。神经丝也可以作为血液和脑脊液（CSF）中的有价值生物标志物，因为它们的水平在神经退行性或创伤性疾病引起的神经轴突损伤后会增加。这种神经轴突损伤也可以在组织学水平上观察到。在中风模型中，诱导缺血后神经丝的完整性降低。在完整神经元中被掩盖的抗体表位变得可及，导致在受缺血影响的大脑区域的免疫反应性增强。

Synaptic Systems 提供了针对不同 NF 物种的广泛物种面板的多克隆和单克隆抗体，涵盖了上述提到的大部分应用。

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