临床医学进展  >> Vol. 11 No. 2 (February 2021)

神经毡蛋白及其配体的信号传导通路
Signal Transduction Pathways of Neuropilin and Its Ligands

DOI: 10.12677/ACM.2021.112106, PDF, HTML, XML, 下载: 26  浏览: 55 

作者: 吕 婷, 汤 蓉, 杨光路*:内蒙古医科大学,内蒙古 呼和浩特

关键词: 神经毡蛋白配体受体Neurotapetin NPN Receptor

摘要: 神经毡蛋白(Neuropilin, NPN/NRP)是分泌糖蛋白的细胞表面受体,为非酪氨酸激酶受体,有NPN1及NPN2两种亚型。NRPs最初分别通过介导3类信号素和血管内皮生长因子驱动的信号通路参与神经元引导、血管生成和胚胎血管生成的过程。除此之外,NPN目前已知的调节众多信号通路的配体还包括表皮生长因子(Epidermal growth factor, EGF),成纤维细胞生长因子(Fibroblast Growth Factors, FGF),血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)和转化生长因子-β (transforming growth factor-β, TGF-β)等。本文总结了NPN的相关配体,并对其信号传导通路作简单介绍,为NPN的研究提供新的思路。
Abstract: Neuropilin, NPN/NRP is a cell surface receptor that secretes glycoproteins and is a non-tyrosine kinase receptor. There are two subtypes of NPN1 and NPN2. NRPs initially participate in the process of neuron guidance, angiogenesis and embryonic angiogenesis by mediating three types of signal elements and vascular endothelial growth factor-driven signal pathways, respectively. In addition, the known ligands of NPN to regulate many signaling pathways include epidermal growth factor (EGF), fibroblast growth factor (FGF), platelet-derived growth factor (PDGF) and transforming growth factor-β (TGF-β). In this paper, the related ligands of NPN are summarized, and their signal transduction pathways are briefly introduced, which provides a new idea for the study of NPN.

文章引用: 吕婷, 汤蓉, 杨光路. 神经毡蛋白及其配体的信号传导通路[J]. 临床医学进展, 2021, 11(2): 744-748. https://doi.org/10.12677/ACM.2021.112106

1. 引言

神经毡蛋白(NPN/NRP)是分泌糖蛋白的细胞表面受体,是一类分子量为120~140 KD的I型跨膜蛋白,在神经生长、心血管发育、免疫反应以及肿瘤生长和血管化中发挥作用,可参与机体的一系列生理和病理过程 [1]。首先利用原位杂交和免疫标记技术在胚胎脑切片上研究Neuropilin受体NPN1和NPN2的表达,再用这两种方法,在端脑背侧皮质板观察到NPN1和NPN2,这表明NPN在分化的神经元中表达 [2]。两种Neuropilin亚型NPN-1和NPN-2在55个人中有44%的序列同源性,并在不同的通路上发挥作用。它们都具有三个胞外结构域、一个跨膜螺旋和一个短的细胞质尾巴的模块化结构 [3]。胞外区包括两个CUB (complement-binding protein homology)结构域(a1/a2)、凝血VIII同源结构域(b1/b2)和MAM (Meprin/A5-protein/PTPmu)结构域(c)。a1a2模块,与信号量3A (SEMA3A)相互作用,介导发育中的神经元生长锥崩溃的刺激。c结构域,与meprin、A5和mua-磷酸酶(MAM)同源,最初被认为参与二聚,但更有可能通过将前面的结构域从膜上定位而促成复杂的组装。单一的跨膜螺旋结构有助于homo和异源二聚化,c端细胞质尾部被认为有助于通过连接素信号,刺激受体介导的内吞作用 [3] [4]。人类基因组NPN2与孤独谱系疾病及癫痫等多种神经系统疾病相关,总结NPN的不同配体,特别是阐明其发挥作用可能涉及的信号传导通路,对于深入认识神经系统疾病,具有至关重要的意义 [5] [6]。

2. 神经毡蛋白的配体介绍

NPN1及其密切相关的家族成员NPN2是跨膜共受体,缺乏激酶活性。两种NPN家族成员均由多种细胞类型表达。虽然NPNs普遍存在于细胞表面,但也有报道在线粒体和核内。NPNs最初分别通过介导3类信号量(SEMA3s)和血管内皮生长因子(VEGF)驱动的信号通路参与神经元引导、血管生成和胚胎血管生成。然而,NPN目前已知与广泛的合作跨膜受体,因此调节众多信号通路,包括表皮生长因子,纤维母细胞生长因子,血小板源生长因子和转化生长因子β等 [7]。

2.1. 信号素蛋白

NPN1包含与配体Semaphorin3A (SEMA3A)结合的两个CUB结构域(a1和a2) [8],信号素(Semaphorins, SEMA)是一个蛋白质大家族,广泛表达于多种组织,主要在中枢神经系统发育过程中表达。它们在器官发育、组织修复、免疫反应以及肿瘤发生过程中发挥着重要作用。SEMA3分泌型蛋白家族由7个成员(A-G)组成,它们与不同的神经粘连蛋白(NPN1, NPN2)和丛蛋白(PLXNA, PLXND)受体形成复合物。SEMA3A与NPN1和PLXNA相互作用,SEMA3F和SEMA3G蛋白与NPN2和PLXNA受体相互作用,SEMA3B、SEMA3C和Sema3d蛋白与NPN1、NPN2和PLXNA受体相互作用。3类semas和可溶性NPNs由胚胎脉络丛表达并释放到脑脊液中,它们形成特定的复合物,与存在于顶端祖细胞上的丛状蛋白结合。结果表明,外源性脑脊液来源的Sema/NPN复合物对神经前体细胞的顶端动态至关重要,并有助于发育中的大脑皮层中随后分化的细胞的适当生成 [9]。在癌症生物学中,根据不同的SEMA3受体复合物的活性,Sema3F通过NPN2/PlxnA3配体受体信号通路可以介导促肿瘤或抑制肿瘤的功能 [7];在人类中,信号素和丛状蛋白基因变异与许多神经发育障碍有关,包括自闭症谱系障碍;信号素可能在皮质纹状体通路的发育和维持中起重要作用;同时,该信号通路还可介导气味诱导的吸引人的社会反应;Sema3G/NPN2/PlexinA4信号级联,激活细胞内的rac1以促进兴奋性谷氨酸能突触密度和突触功能。参与对脑损伤和环境变化的反应,以及在发育过程中神经元的迁移和分化 [10] [11] [12] [13]。

2.2. 血管内皮生长因子

血管内皮生长因子(VEGF)是一个家族,包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E和胎盘生长因子(PGF)。通常VEGF即VEGF-A。人类VEGFA基因由8个外显子组成,由7个内含子30、31分隔。选择性外显子剪接最初被证明在信号序列切割30、31之后产生四种不同的异构体(VEGF121, VEGF165, VEGF189, VEGF206),分别含有121、165、189和206个氨基酸。天然VEGF是一种45kDa的肝素结合的同源二聚体糖蛋白,其性质与VEGF165的性质非常一致 [14]。NPN1主要与vegf-a165结合,介导血管内皮细胞中的血管生成,而NPN2与VEGF-C相互作用,调节淋巴管生成 [15]。参与VEGF配体结合的两个因子V/VIII结构域(b1和b2)和一个MAM结构域(c结构域) [8]。VEGF基因的偶数1个等位基因缺失会导致内皮细胞分化不足、血管形成不足和早期胚胎死亡。胚胎中VEGF的过度表达也是灾难性的,这表明血管发育需要精确控制VEGF的表达。除了酪氨酸激酶VEGF受体(VEGFR1和VEGFR2)外,肿瘤细胞还表达另一类VEGF受体——神经肽(NPN)。NPN具有与VEGFR1和VEGFR2相互作用和调节的能力 [16],NPNS具有较短的胞内结构域,通过与具有胞内激酶结构域的网络蛋白形成复合物来激活细胞内信号转导。同时,NPN1和NPN2与VEGFR1和VEGFR2形成的复合物,还可以作为含有肝素结合域的VEGF配体的辅助受体 [17]。

2.3. 转化生长因子β

NPNs参与多种信号传导途径,尤其与癌症的发生发展联系密切。然而,NPNs在癌症中的确切作用机制很难确定。据报道,转化生长因子β (TGF⁃β)信号传导在癌症进展的作用包括上皮到间充质转变(EMT),细胞干性,侵袭和逃避免疫系统。重要的是,它们促进EMT并维持未成熟或癌症干细胞表型。多项研究表明,NPNs可以通过多种机制促进癌细胞的增殖,迁移,侵袭,粘附和转移。最近的研究表明,NPN是多功能的共受体,具有结合不同蛋白家族的能力,包括TGF⁃β1和其他生长因子。因此,NPN/TGF⁃β相互作用可能直接或间接影响大量的生物过程。据报道,NPN1结合并激活潜在形式的TGF⁃β1,因此推测它也可以作为TGF⁃β1共受体,在成纤维细胞从静止阶段向激活阶段过渡期间调节TGF⁃β1信号传导。在多种细胞类型中已证明NPNs增强TGF⁃β诱导的反应的能力,包括成纤维细胞,肝星状细胞,内皮细胞,T淋巴细胞,心肌细胞和各种类型的癌细胞 [18]。用Westernblot和qRT-PCR分别检测转化生长因子-β-1/NPN1信号通路中NPN1蛋白和mRNA在EMT过程中的表达变化,结果显示,在5 ng/mLTGF-β-1作用下,NPN1蛋白表达稳定下降,且在TGF-β1 + SiNPN1组明显降低(P < 0.05),而TGF-β1 + NC组和TGF-β1 + Con组之间无明显变化(P > 0.05)。沉默NPN1可能通过调节转化生长因子-β1/NPN1信号通路逆转内皮细胞转导过程,提示NPN1作用于转化生长因子-β1途径下游。结果表明,NPN1信号转导通路可能参与了转化生长因子β1介导的上皮细胞内膜转化 [19]。

2.4. 血小板衍生生长因子受体α

血小板衍生生长因子受体α (PDGFRα)存在于小鼠肺成纤维细胞(LF)的细胞内和质膜上,通过邻近连接实验,观察到PDGFRα和NPN1共同定位于含有分选内体的早期抗原-1 (EEA1),以及含有Peckstrin同源结构域和磷酸化酪氨酸结合结构域-1 (APPL1)的非常早期内体(VEE)中的接头蛋白(AdaptorProtein)。在极早期的内体中,PDGFR和NPN1共定位于含有Peckstrin同源结构域和磷酸化酪氨酸结合结构域的早期抗原-1中。NPN1缺失降低了蛋白激酶B的磷酸化,蛋白激酶B是PDGFFRα的主要下游靶标,并限制了含有APPL1的内体中肌醇-3磷酸的积累。PDGFRα与APPL1免疫共沉淀,提示PDGFFRα进入VEE。研究表明,NPN1促进PDGFRα进入含有VEE的APPL1,并且APPL1增强PDGFFRα信号转导。NPN1的羧基末端含有一个与GIPC1 (G蛋白α相互作用蛋白-1,Synectin)的PIPC1 (Pleckstrin-homology, PH)结构域结合的海区。GIPC1与APPL1和肌球蛋白-6 (Myo6)联系在一起,肌球蛋白马达是一种非规范的肌球蛋白马达,它向肌动蛋白加端运动,从而将内体货物运送到细胞内部。肌球蛋白-6在丝状足、足体和片状脂体的形成过程中支持内小体的信号传递功能,这三种信号都使细胞能够探测迁移过程中的细胞外接触 [20]。

2.5. 表皮生长因子受体和成纤维细胞生长因子受体

ErbB家族成员ErbB1 (表皮生长因子受体(EGFR))和ErbB2 (人表皮生长因子受体2 (HER2))是研究较多的受体酪氨酸激酶(RTK),在癌症中起着重要作用。上皮–间充质转化(EMT)的诱导,其中包括成纤维细胞生长因子受体1 (FGFR1)和轴突引导分子神经肽(NPN)的表达增强。EMT通过上调FGFR1和NPN1促进了不同的RTK信号转导。转化和进展是由ErbB信号通过EGFR和HER2驱动的。通过使用几个直接作用于这些RTK的小分子,这些信号通路可以被有效地阻断,这里统称为ErbB抑制(ErbBi)。诱导上皮-间充质转化(EMT)是ErbBi获得性耐药的共同机制。通过这个过程,最初由ErbB信号驱动的肿瘤细胞上调FGFR1和NPN1。FGFR1可以通过使用小分子激酶抑制剂(FGFRi)直接靶向。FGFR1的免疫沉淀与质谱联用表明,FGFR1与NPN形成物理复合物,这种复合物在EMT诱导后得到增强。共聚焦成像显示FGFR1和NPN1主要通过细胞质相互作用。沿着这些思路,短发夹状RNA介导的NPN1缺失,而不是NPN1阻断抗体的使用,抑制了FGFR信号转导,减少了体外和体内肿瘤细胞的生长。NPN1在EMT过程中的上调是通过与NPN1近端启动子区域含有4 (BRD4)的染色质阅读器蛋白溴域结合介导的。BRD4的药理抑制降低了NPN1的表达,并抑制了FGF介导的肿瘤细胞生长 [21]。

3. 总结

由于NPN在神经生长、心血管发育、免疫反应以及肿瘤生长等过程中都起重要作用,因此,研究NPN的病理生理功能及信号传导通路对寻找治疗神经系统疾病、心血管疾病和肿瘤等中国高发疾病的潜在靶点具有重要意义。以上总结了NPN的相关配体及其发挥作用的信号传导通路,为NPN参与致病机制的疾病的治疗提供了新的思路,也为相关靶点的研究提供了新的切入点,可以通过抑制配体与受体的结合或抑制配体的表达从而对疾病的治疗提出更有效的治疗方案,早日为患者带来福音。

NOTES

*通讯作者。

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