Npn2与其细胞因子VEGF、Sema3F的相关性

Correlation between Npn2 and Its Cytokines VEGF and Sema3F

摘要: 血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, 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。神经毡蛋白(Neuropilin, Npn)是一类分子量为120~140 KD的I型跨膜蛋白，可参与机体的一系列生理和病理过程。信号素蛋白(Semaphorin Proteins, SIMAs)最初被认为是神经发育过程中排斥和吸引的神经引导线索。Npn2与其细胞因子VEGF、Sema3F参与多种中枢神经系统疾病，本文主要探讨其三者各自的功能及其关系。

Abstract: Vascular endothelial growth factor (vascular endothelial growth factor, VEGF) is a family that in-cludes VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, and placental growth factor. Neurofelt protein (Neuropilin, Npn) is a type I transmembrane protein with molecular weight of 120~140 KD, which can participate in a series of physiological and pathological processes. The signaling proteins (Sem-aphorin Proteins, SIMAs) were originally thought to be neuro-guiding cues of rejection and attrac-tion during neural development. Npn2 and its cytokines VEGF and Sema3F are involved in a variety of central nervous system diseases.

1. 引言

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)由星形胶质细胞分泌，与内皮受体结合，激活下游通路从而调节血管生成。在人类中，至少存在五种不同的VEGF亚型，包括VEGF-121/145/165/189/206，每种亚型都有不同的氨基酸长度 [1]。神经毡蛋白(Neuropilin, Npn)是神经毛细蛋白受体家族的一员；Npn2也称为Nrp2，是一种非酪氨酸激酶受体，分泌型引导线索信号素3F (semaphorin 3F, Sema3F)及其神经粘连蛋白-2(Npn-2)全受体介导皮层神经元的稳态可塑性，Sema3F/Npn-2信号对细胞表面AMPA受体在神经元活性增加时的动态平衡下调至关重要，Npn2与AMPAR相关，Sema3F调节这种相互作用。因此，Sema3F/Npn2信号既控制突触的发育，又控制突触的可塑性 [2] [3]。

2. 血管内皮生长因子及其功能

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45 kDa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。VEGF-A可促进新生血管形成和使血管通透性增加，VEGF-B在非新生血管形成的肿瘤中起作用，VEGF-C和VEGF-D在癌组织的新生血管和新生淋巴管的形成过程中起作用，VEGF-E也是一种潜在的新生血管形成因子，PGF促新生血管形成，使血管通透性增加，在实验性脉络膜新生血管中PGF的表达明显增高 [2] [3] [4]。

3. 神经毡蛋白及其功能

神经毡蛋白(Neuropilin, Npn)是一类分子量为120~140 KD的I型跨膜蛋白，可参与机体的一系列生理和病理过程 [4]。可溶性的Neuropilin在CSF中释放，并与Sema3s形成复合物，与顶端祖细胞的丛蛋白结合。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 [5]。Neuropilins招募信号辅助受体，如A型神经丛蛋白(PLXNA1-4)和血管内皮生长因子受体(VEGFR1-R2)来控制轴突引导、血管生长和运动神经元迁移 [6]。

4. 分泌型引导线索信号素3F (Sema3F)

信号素，也被称为塌陷素，最初被认为是一个基因家族，编码神经系统胚胎发育的指导分子。信号素3类由7种可溶性蛋白组成，分子量为1~100 kDa (字母a~g)，由多种细胞分泌，包括上皮细胞、神经元和特定的肿瘤细胞 [7]。信号素蛋白(Semaphorin Proteins, SIMAs)最初被认为是神经发育过程中排斥和吸引的神经引导线索。大多数脊椎动物分泌的SIMA并不直接与从蛋白结合，而是与神经粘连蛋白(Npn)共受体结合，与A类丛蛋白受体一起构成分泌的Sema全受体。例如，在神经发育期间，分泌的信号素Sema3F通过由Npn2和PlexA3组成的全感受器复合体发出排斥引导事件信号，这对轴突模式的形成至关重要。在哺乳动物神经发育后期，信号素也起着调节树突形态、兴奋性和抑制性突触发生以及突触功能的作用。Sema3F限制皮质锥体神经元顶端树突上的树突棘数量，并调节这些神经元中兴奋性突触的形成和功能。此外，Sema3F调节海马齿状回颗粒和CA1神经元的突触传递，Sema3F联合受体Npn2富含成年小鼠前脑的突触后密度部分。此外，相关的分泌性信号素Sema3A在体外调节海马神经元兴奋性突触传递，5类跨膜SIMA负性调节树突发育和海马齿状颗粒细胞突触发生，4类SIMA影响抑制性和兴奋性突触发生。SIMAS及其受体在成人神经系统的表达增加了它们也可能影响成熟突触的突触功能和可塑性的可能性。Sema3F及其Npn2/PlexA3受体复合物对细胞表面AMPAR水平的活性调节是必需的，这揭示了分泌的信号素及其受体在响应神经活性变化的动态平衡突触可塑性中的新作用 [8]。

5. 在神经系统中的应用

1) 与癫痫持续状态

癫痫持续状态癫痫持续状态(status epilepticus, SE)或称癫痫状态，是癫痫连续发作之间意识未完全恢复又频繁再发，或发作持续30分钟以上不自行停止。长时间癫痫发作，若不及时治疗，可因高热、循环衰竭或神经元兴奋毒性损伤导致不可逆的脑损伤，致残率和病死率很高，各种癫痫发作均可发生持续状态，但临床以强直一阵挛持续状态最常见。全身性发作的癫痫持续状态常伴有不同程度的意识、运动功能障碍，严重者更有脑水肿和颅压增高表现。血脑屏障功能受损会引起血管源性水肿，从而升高颅内压并导致危及生命的情况。此外，血管源性水肿的形成导致了患者和慢性癫痫大鼠出现耐药癫痫的恶化后果，因为血管源性水肿增加了脑组织中一种药物外流转运体的活性。在SE诱导的血管源性水肿形成过程中，各种血管活性物质对血管通透性产生影响。VEGF是一种调节新生血管的生长因子，通过解偶联内皮细胞-细胞连接导致血管通透性和水肿，通过破坏血脑屏障完整性而引起血管源性水肿，VEGF过度表达损害了血脑屏障的完整性，导致血管通透性增加，这可能导致癫痫持续状态后血管源性水肿的形成 [9] [10]。

2) 与阿尔兹海默病

阿尔茨海默病(Alzheimer Disease, AD)是影响老龄化人群的最常见的神经退行性疾病之一，临床表现为记忆障碍、认知障碍和行为问题。一个可能参与AD血管改变的推定因素是血管内皮生长因子(VEGF)。在中枢神经系统中，VEGF参与神经发育、血管生成和血管细胞通透性。许多研究人员已报道，血管内皮细胞生长因子(VEGF)在低氧条件下上调，在血管性痴呆和阿尔茨海默病(AD)的低灌注区皮质和白质中升高。VEGF及其主要受体VEGF受体1 (VEGFR1)和2 (VEGFR2)在发育中的中枢神经系统均有表达 [1]。

3) 与脆性X综合征

脆性X综合征(fragile X syndrome, FXS)是自闭症谱系障碍最常见的单基因病因，也是最常见的遗传性智力低下形式。FXS患者有各种生理、行为和认知异常，包括语言混乱、多动、癫痫易感性增加和认知要求高的任务困难。在成人FXS脑中，其中一种在mTORC1下游高表达的蛋白是VEGF-A (血管内皮生长因子A)。VEGF-A是脑血管生长最重要的调节剂之一，除了在血管内皮细胞上发现的显著的VEGF-A受体(VEGFR2)外，在突触后的神经元密度上也发现了显著的VEGF-A受体(VEGFR2)，这些密度在基因上被移除后会阻碍恐惧条件反射的获得。这些研究表明，除了在血管生长中发挥重要作用外，VEGF-A还可以改变神经元的特性，调节学习和记忆。为了支持神经元的作用，VEGF-A刺激也被证明改变了FXS中被破坏的许多神经元特性。例如，增加VEGF-A诱导轴突和树突的生长，与FXS中观察到的树突棘和轴突物质的增加一致。此外，长期的VEGF-A刺激会导致长期的抑郁状态，这是一种分子形式的学习，在FXS中是升高的 [11]。

4) 与癌症的关系

Npn2参与了细胞内转运、抗凋亡信号和自噬，并作为丛蛋白的共同受体，介导信号素信号。除了丛状蛋白，Npn2也是一种辅助受体，可以增强对几种生长因子和各种介质(如PDGF和VEGF)的反应。Npn2沉默导致了持续的抗肿瘤效应，部分原因是VEGFR2下调。血管内皮生长因子是由刺激血管生成和血管生成的细胞产生的。当血液循环不足时，VEGF的过度表达可能导致疾病。肿瘤在没有足够的血液供应的情况下不可能超过有限的体积，而VEGF可以促进血管内皮细胞的增殖，在肿瘤血管生成和生长中发挥重要作用。相反，在多种致癌信号通路激活的驱动下，其异位表达带来了侵袭性的增强 [2] [12] [13] [14]。

6. 总结与展望

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。Npn1和Npn2被鉴定为信号素的受体，信号素是一种细胞外蛋白家族，在轴突引导中起作用 [15]。纹状体是基底神经节的主要输入结构，接受皮层和丘脑的大量兴奋性输入。纹状体皮质输入的发育和维持对所有纹状体功能至关重要，包括多种形式的感觉运动整合、学习和动作控制。引导线索Sema3F及其受体Npn2，在纹状体内含量丰富 [16]。综上所述，Sema3F及其受体VEGF/Npn2参与多种中枢神经系统疾病，且在大脑皮层内含量丰富，故需进一步了解深入研究Sema3F及其受体VEGF/Npn2与神经系统疾病的关系及其作用机制，以此为切入点，为各种中枢神经系统疾病提供更为广阔的诊治前景。

NOTES

^*通讯作者。