在神经系统的发育过程中，轴突以非常精确的方式沿特定的路径生长、延伸。在延伸轴突的末端是扁平形的扇形结构，称为生长锥。大量对细胞的观察结果表明，生长锥沿着特定的路径被引导。引导生长锥生长的因子被称为神S经导向分子。在新生和发育中的神经系统中，神经导向分子通过形成浓度梯度进而引导轴突生长。
目前已经证实有4种主要的神经导向分子家族：Slit、Semaphorin、Netrin和Ephrin。这些神经导向分子有的吸引生长锥向其生长，有的排斥生长锥向其生长，从而精确地引导轴突的生长并参与神经元的迁移。
口腔组织结构复杂，在牙体牙周等组织缺损的修复过程中，不仅要促进牙骨质、牙槽骨、牙本质等硬组织的再生，还要能够保证血管、牙周膜、牙髓等软组织的再生。口腔组织结构的复杂性决定了其再生过程及分子机制的复杂性。传统的促进口腔组织再生的方法（例如引导性组织再生术等）适应证较为严格，对存在宽而浅骨袋的患者的治疗效果并不理想。新近研究发现，神经导向分子能通过多种信号通路参与组织再生甚至是口腔组织再生，可以成为现有治疗手段的有效补充。
1.神经导向分子的基本结构及其生物学功能
1.1 基本结构
Slit家族在哺乳动物中由3个成员组成：Slit1、Slit2和Slit3，这3个成员都在神经管的腹侧中线（底板）中表达。Slit1主要分布在中枢神经系统，Slit2和Slit3也在周围神经系统中表达。哺乳动物Slit的结构中含有1个N-末端信号肽，4个富含亮氨酸的重复序列（LRR1~4），9个EGF重复序列，1个层粘连蛋白G结构域和1个富含半胱氨酸的C-末端序列。
Slit需要与相应的Roundabout（Robo）受体结合才能发挥其生物学功能。Semaphorin家族有30多个成员，可分为8个亚类，其中第3~7家族存在于脊椎动物中，主要以分泌型和跨膜型两种形式存在，包括Sema3A~G、Sema4A~G、Sema5A~B、Sema6A~D和Sema7A。Sema家族成员的N-末端都有包含500个氨基酸由7个β螺旋折叠而成的Sema结构域。
几乎所有的Sema家族成员都具有富含半胱氨酸的区域，其被称为PSI区。PSI区紧密连接Sema区，两者形成的特有结构是Sema家族的重要功能区。Sema家族成员主要通过plexin和neuropilin（Nrp）受体发挥作用。Netrin家族的结构类似于层粘连蛋白，具有N-末端层粘连蛋白结构域（包含3个EGF重复序列）、中枢层粘连蛋白结构域和C-末端结构域（NTR）。脊椎动物中Netrin家族包含5个成员，其中Netrin-G1和Netrin-G2是膜结合性蛋白，Netrin-1、Netrins-3和Netrin-4是分泌性蛋白。
人类Netrin-1基因定位于17p13.1，编码604个氨基酸构成的序列；Netrin-3基因定位于16p13.3，编码580个氨基酸构成的序列；Netrin-4基因定位于12q22-q23，编码629个氨基酸构成的序列。Netrin发挥功能与两类受体有关，一类是结直肠癌缺失蛋白家族及其同系物再生蛋白；另一类是UNC5家族（包括UNC5A、UNC5B、UNC5C以及UNC5D），参与介导轴突的吸引与排斥。
Ephrin家族是一类膜结合的配体, 根据结构不同分为2种亚型：Ephrin-A通过糖基磷酯酰肌醇固定于细胞膜；Ephrin-B以跨膜区结合于细胞表面。Eph受体家族是目前发现的受体酪氨酸激酶家族中种类最多的亚群，主要分为2个亚族Eph-A和Eph-B。Eph受体属于跨膜蛋白，其结构主要分为3部分，即细胞外配体结合区、跨膜区和细胞内下游蛋白结合区。其中细胞外配体结合区包括1个免疫球蛋白（immuno-globulin，Ig）G样球形结构域、1个含有20个半胱氨酸残基的半胱胺酸富含区和2个纤维连接蛋白Ⅲ型重复区。细胞内下游蛋白结合区含有1个酪氨酸激酶活性域，主要由酪氨酸残基组成。Ephrin配体含有一个保守的细胞外受体结合域，结合相应的Eph受体。
1.2 生物学功能
在4类主要的神经导向分子中，除了Slit类仅对轴突生长起排斥性导向作用外，其他的3类都对轴突生长起吸引或排斥的双重导向作用。Slit通过其LRR-2结构域与Robo蛋白的Ig-1结构域结合，两者相互作用从而对轴突生长起排斥性导向作用，Slit-Robo还能促进轴突的分支与延伸以及引导神经细胞的迁移。
Semaphorin类对轴突生长起吸引或排斥的导向作用，受环核苷酸调控。研究表明，通过激活环磷酸鸟苷和环磷酸腺苷的信号传导途径可以将Semaphorin对轴突的排斥导向作用转化为吸引作用。Netrin类对轴突生长起吸引或排斥的导向作用，导向作用的性质取决于生长锥上表达的受体种类与信号传导机制。
Ephrin类对轴突生长起吸引或排斥的导向作用，导向作用的性质取决于Eph受体酪氨酸激酶介导的信号转导。研究表明，Rho型鸟嘌呤核苷酸交换因子中的Vav2在这一过程中起了关键作用。
2.神经导向分子在组织再生中的作用
再生医学蓬勃发展，通过结合组织工程、细胞生物学、材料科学等领域提供新的疗法来恢复或替代人体内病变组织或器官的功能。许多轴突导向分子及其受体能通过多种信号通路参与血管生成、骨再生、神经再生等多种组织再生，为恢复体内病变组织的功能提供了新的治疗思路。
2.1 血管生成
血管生成对于许多生理过程（如伤口愈合）是必不可少的，并且还在许多病理状况（包括糖尿病性视网膜病、年龄相关性黄斑变性和肿瘤生长）中起关键作用。血管生成受促血管生成信号和抗血管生成信号之间微妙平衡的控制，该过程中的不平衡导致许多恶性、炎性、缺血性、感染性和免疫性疾病。
Slit-Robo信号既起着促血管生成的作用，也起着抗血管生成的作用。Li等发现，Slit2过表达促进人脐静脉内皮细胞中的血管生成，Slit2的促血管生成作用是通过Robo1的上调和血管内皮生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）-细胞外信号相关激酶（extracellular signal-related kinase，ERK）1/2途径的激活而产生的，这表明Slit2-Robo1通过激活VEGFR2-ERK1/2信号传导来促进血管生成；而Slit2-Robo4通过抑制Ras/Raf/MEK/ERK途径阻断血管内皮生长因子（vascular endothelial growthfactor，VEGF）诱导的血管生成。
眼部新生血管疾病是导致失明的主要原因，Slit2配体通过Robo1和Robo2受体促进内皮细胞迁移从而促进眼部血管新生，因此可对患有眼部新生血管疾病的患者进行Slit2阻断，抑制VEGFR2-ERK1/2信号传导，从而抑制眼部血管生成。在调节血管生成中作用最明显的Sema3成员是Sema3E及其受体Plexin-D1。不同于Sema3家族其他成员需要Nrp-1或Nrp-2作为共同受体，Sema-3E可以直接结合Plexin-D1发挥作用。Sema3EPlexin-D1通过负调节Dll4-Notch信号传导促进血管生成。
动物实验发现，缺乏Sema3E或Plexin-D1会诱导Dll4表达和Notch活性增加，从而减少血管内皮尖端细胞形成，导致血管密度降低、分支减少，抑制血管生成。此外，Sema4D/Plexin-B1可以促进内皮细胞的迁移和血管生成，这依赖于Plexin-B1的C-末端PDZ结合基序的完整性和Rho-GTP酶的活化。
研究发现，Sema7A通过激活β1整合素及其下游的局部粘着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）和ERK1/2来促进VEGFA/VEGFR2介导的血管内皮细胞迁移和新血管生成，而新血管形成能够促进动脉粥样硬化，所以抑制Sema7A的表达成为控制动脉粥样硬化新血管形成的潜在治疗方法。
Netrin在血管生成中的作用非常复杂，通过与不同受体相互作用，既可促血管生成，又可抗血管生成。Netrin-1促血管生成是通过FAK/Src/Paxillin信号的激活介导的，依赖于血管内皮细胞中CD151的表达，这表明通过特异性抗体或类似物调节Netrin-CD151信号传导可以为血管生成疾病提供新的治疗方法。Netrin-4通过与Neogenin的结合和UNC5B的募集来抑制血管生成，表明Netrin-4可能是病理性血管生成的潜在治疗靶点。
Ephrin/Eph是哺乳动物中最大的酪氨酸激酶受体家族，涉及广泛的生理和病理性血管生成。其中，Ephrin-B2及其受体Eph-B4在心血管系统的发育中起着至关重要的作用。Ephrin-A5/Eph-A4相互作用，通过p-Akt和p-ERK途径调节血管生成。发生心肌梗死时，缺血和缺氧可诱导Eprin-B2/Eph-B4在血管内皮细胞和周细胞中表达，这将诱导血管生成和淋巴管生成信号传导，最终促进心肌梗死的愈合。Ephrin-B2/Eph-B4途径可通过产生功能性新血管系统和淋巴管生成而成为缺血性心血管疾病的潜在治疗靶标。
2.2 骨再生
骨骼是一种活跃、动态的组织，通过骨吸收和骨形成不断进行骨骼重塑过程。骨骼重塑过程包括3个连续阶段：破骨细胞开始骨吸收；从分解代谢过渡到合成代谢；然后通过成骨细胞形成骨，最后重塑完成。由于骨重建的不平衡会导致代谢性骨病（如骨质疏松症），因此更好地了解调节其各个阶段的分子机制，对于预防和治疗代谢性骨病至关重要。
最近研究发现，Slit3通过激活β-连环蛋白来刺激成骨细胞迁移和增殖，并通过自分泌方式抑制破骨细胞分化来抑制骨吸收，表明Slit3通过同步刺激骨形成和抑制骨吸收而发挥骨保护作用，使其成为代谢性骨病的潜在治疗靶标。Sema3A与Nrp-1的结合能够抑制免疫受体酪氨酸激活基序和RhoA信号通路，从而抑制核因子κB配体受体活化因子诱导的破骨细胞分化。此外，Sema3A和Nrp-1结合通过经典的Wnt/β-连环蛋白信号传导途径刺激成骨细胞的分化。
实验发现，小鼠静脉注射Sema3A能够增加骨量并加速骨再生。因此Sema3A是通过促进骨再生、抑制骨吸收治疗骨病的潜在治疗靶点。Netrin-1通过破骨细胞衍生的骨形态发生蛋白2刺激骨形成，并且与UNC5B结合能引起蛋白酪氨酸磷酸酶SHP1的活化，通过抑制鸟嘌呤核苷酸交换因子Vav3和Ras相关的C3肉毒素底物1活化导致破骨细胞融合受损。这表明Netrin-1有作为骨质疏松症和其他骨破坏性疾病预防剂的潜力。
Eph-A2正向信号通过减少Osterix和Runx2活性来抑制成骨细胞分化，而Ephrin-B2/Eph-B4正向信号通过减少RhoA信号传导促进成骨细胞分化，这表明Ephrin-A和Ephrin-B家族信号传导都涉及成骨细胞生长发育的调节。
2.3 神经再生
神经系统的损伤可造成神经功能的永久性丧失，导致认知缺陷、记忆丧失、截瘫和外周麻痹。受损的轴突再生长回到原始靶细胞的过程被称为轴突再生。尽管外周神经系统内的神经元在损伤后具有显著的自我修复能力，但中枢神经系统内的神经元不会自发再生。通过在结膜下注射Slit2可对糖尿病小鼠角膜神经损伤修复起到明显的促进作用。体外原代培养三叉神经节细胞，通过添加Slit2可以显著促进三叉神经节细胞神经突触的生长。因此，Slit2可以促进角膜上皮下神经丛密度的增加和三叉神经感觉神经元轴突分支的生长，具有潜在的可应用于临床的神经保护能力，但尚未发现有关其具体机制的报道。
Zhang等研究了Sema3A在成人外周神经系统神经元（如支配角膜的神经元）上的神经再生潜能，结果确定Sema3A在外周神经系统神经元中具有有效的生长促进作用，Sema3A诱导的神经元生长与神经生长因子相当。这表明Sema3A具有促进外周神经系统神经再生的潜能。施万细胞在损伤后的周围神经再生中发挥关键作用。在外周神经系统中，Netrin-1在施万细胞中表达，其表达在周围神经横断损伤后上调。新近的研究表明，Netrin-1通过受体UNC5B激活p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated proteinkinases，MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）-蛋白激酶B信号级联，介导施万细胞迁移，进而参与周围神经再生，因此Netrin-1/Unc5b可能成为促进周围神经再生的新型治疗靶点。
在小鼠实验模型中发现，Eph-A4及其配体Ephrin-A3的上调可以限制缺乏轴突生长抑制剂Nogo-A的小鼠受损脊髓轴突的再生能力，这些抗再生作用可能取决于通过神经元Eph-A4与髓磷脂中的Ephrin-A3/Ephrin-B3和星形胶质细胞中的Ephrin-B2的相互作用抑制轴突生长。此外，Eph-A4通过Vav2发出信号并影响整合素功能，阻碍施万细胞迁移，从而抑制外周神经再生。因此，抑制Eph-A4和其他Eph受体可促进受损神经再生和功能恢复。
3.神经导向分子在口腔组织再生中的作用
目前的研究发现，Slit、Semaphorin和Ephrin能够参与牙周组织、牙本质和牙髓等口腔软硬组织的修复与再生，但尚未发现有文献报道Netrin在口腔组织再生中的应用。
3.1 促进牙周组织修复与再生
局限型侵袭性牙周炎与中性粒细胞功能异常有关，过度活化的中性粒细胞导致趋化性失调、吞噬功能异常、氧化应激增加和炎症介质失调。局限型侵袭性牙周炎患者的中性粒细胞功能亢进，无法清除细菌，导致组织损伤和慢性病变。血管生成在牙周组织的病理过程和再生中起着关键作用，有证据表明Slit通过抑制中性粒细胞的趋化性并且促进血管生成来改善伤口愈合。Slit2-Robo4也能作为化学引诱剂将血管内皮细胞募集到血管发生部位。这表明应用Slit可能会成为一种预防和治疗牙周炎的辅助措施。过表达Sema3A的牙周膜细胞分化为功能性成骨细胞和脂肪细胞的能力增强，这表明Sema3A可能具有将牙周膜细胞转化为间充质干细胞样细胞的功能。
研究发现，Sema3A能促进人牙槽骨骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化，对牙周炎导致的骨吸收具有一定的抑制作用。近期发现，牙周韧带干细胞和牙髓干细胞中Ephrin-B2的转基因表达通过刺激Ephrin-B2和Eph-B4的磷酸化来促进牙周韧带干细胞、牙髓干细胞和前成骨细胞的成骨分化，Ephrin-B2和Eph-B4调节牙周韧带干细胞、牙髓干细胞内或这两种不同类型细胞之间的细胞通讯。这表明干细胞移植和基因治疗的结合提供了牙周修复和再生的可行方法。
Ephrin-A2/Eph-A2的相互作用通过增强破骨细胞分化和抑制成骨细胞分化促进骨重塑的起始阶段，Eph-B4的正向信号传导增强了成骨细胞的形成，而Ephrin-B2的逆向信号传导抑制了破骨细胞的形成。牙龈卟啉单胞菌脂多糖刺激后，牙周膜成纤维细胞中Ephrin-A2/Eph-A2的表达显著增加，Eph-B4的表达下降。这表明Ephrin-A2/Eph-A2和Ephrin-B2/Eph-B4相互作用可能调节炎性骨吸收，将对牙周炎的治疗有一定的指导作用。
3.2 促进牙本质修复与再生
在大鼠牙髓暴露模型中，Sema3A促进牙本质小管形成修复性牙本质，牙髓暴露部位具有良好排列的成牙本质细胞样细胞层，并且在直接盖髓4周后修复性牙本质几乎完全覆盖牙髓组织，说明Sema3A可通过经典Wnt/β-连环蛋白信号传导在牙本质再生中发挥重要作用，Sema3A有潜力成为一种新型的直接盖髓剂。在牙本质形成初期，Ephrin-B1和Eph-B2在磨牙的成牙本质细胞中表达，并且Ephrin-B1在牙齿成熟期间连续表达。Ephrin-B1和Eph-B2的表达在直接盖髓后上调，并且Ephrin-B1在体内牙齿损伤后上调。EphB2/Ephrin-B1相互作用在体外成牙本质细胞增殖和分化中发挥重要作用。体外和体内实验表明，胰岛素样生长因子-1/Ephrin-B1在修复性牙本质形成中起重要作用。
3.3 促进牙髓组织再生
当牙齿釉质表面因磨损、酸蚀、龋坏等而遭受破坏时，其深部牙本质暴露，部分牙髓干细胞分化产生新的成牙本质细胞，形成修复性牙本质，以保护深部的牙髓组织。然而通常没有足够数量的牙髓干细胞来修复牙齿病变，致使牙髓受到严重损伤。研究表明，Ephrin-B2信号传导增强人牙髓干细胞向成牙本质细胞的分化，产生牙髓-牙本质复合体以保护深部的牙髓组织。Eph-B/Ephrin-B双向信号传导主要通过MAPK途径和Src家族酪氨酸激酶的磷酸化来限制牙髓干细胞附着和迁移，在稳定的状态下保持其干细胞特性。当牙齿受到损伤时，可以通过下调Eph-B/Ephrin-B信号传导促进牙髓干细胞迁移来修复缺损，保护牙髓组织。
4.展望
在神经系统的发育过程中，神经导向分子通过排斥和吸引作用指导神经元迁移和轴突导向生长。目前已经发现神经导向分子能够通过多种信号通路参与神经、血管及骨组织的发育和再生。牙周病中牙槽骨、牙骨质及牙周膜的破坏是成年人失牙的主要原因，因此牙周治疗的目标是有效地恢复或再生受损的牙周组织，使之达到稳定的健康状态。虽然目前引导性组织再生术等牙周技术的发展提高了临床治疗效果，但其在恢复牙周组织的生理结构和功能方面尚未达到期望。随着对神经导向分子研究的不断深入，发现它们能够广泛参与牙周、牙本质和牙髓等口腔软硬组织的修复与再生，应用神经导向分子引导口腔组织的修复与再生越来越受到关注。因此，组织再生相关的神经导向分子的使用可能会成为口腔疾病治疗的一种新策略。
