董 萍 綜述，蔡華偉，李 林 審校

(四川大學(xué)華西醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，成都 610041)

·綜述·

神經(jīng)纖毛蛋白-1與腫瘤的關(guān)系*

董 萍 綜述，蔡華偉，李 林△審校

(四川大學(xué)華西醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，成都 610041)

神經(jīng)系統(tǒng)；纖毛；神經(jīng)纖毛蛋白-1；腫瘤；C末端元件多肽；綜述

神經(jīng)纖毛蛋白-1(neuropilin-1,NRP-1)為一種多功能信號(hào)傳導(dǎo)跨膜蛋白，其參與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等信號(hào)通路的信號(hào)傳導(dǎo)[1-3]，在生長(zhǎng)發(fā)育、免疫、腫瘤方面起著重要的作用。近年來(lái)關(guān)于NRP-1的研究已從最初的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育擴(kuò)展到血管形成、腫瘤發(fā)生與發(fā)展、造血系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)功能等多個(gè)領(lǐng)域[4]，而關(guān)于NRP-1在腫瘤發(fā)生、發(fā)展機(jī)制中的作用也逐漸成為研究熱點(diǎn)。研究表明，NRP-1表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞，可作為血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子165(VEGF165)及與血管新生相關(guān)的其他幾種VEGF家族成員的受體，在腫瘤血管新生方面發(fā)揮重要作用，NPR-1在某些腫瘤中過(guò)度表達(dá)，是其不良預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[5]。Teesalu等[6]研究發(fā)現(xiàn)，具有C末端R/KXXR/K(X為任意氨基酸)特征的腫瘤導(dǎo)向肽能與NRP-1高效、特異性結(jié)合，該類C末端元件依靠腫瘤識(shí)別序列與腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合，在細(xì)胞表面經(jīng)肽酶剪切后暴露出C末端的R/KXXR/K序列，能被細(xì)胞表面的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRP-1所識(shí)別結(jié)合，并攜帶進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。

1 NRP-1的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性

1995年Fujisawa等首次報(bào)道位于形成中的神經(jīng)纖維軸突上的跨膜糖蛋白NRP-1，其相對(duì)分子質(zhì)量約130×103，并進(jìn)一步證實(shí)其為軸突導(dǎo)向分子(Semaphorin，Sema)家族受體，在神經(jīng)細(xì)胞導(dǎo)向、軸突生長(zhǎng)方面發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。之后發(fā)現(xiàn)的NRPs 家族中的另一成員NRP-2，與NRP-1有44%的同源性，盡管二者在胚胎神經(jīng)系統(tǒng)及成人部分組織中的表達(dá)有重疊，但在配體結(jié)合、下游調(diào)控功能上均不同。人NRP-1與NRP-2 分別定位于染色體10p12 和2q34，基因長(zhǎng)度各為112 kb 和110 kb，均由17 個(gè)外顯子和16 個(gè)內(nèi)含子組成。NRP 家族由胞外區(qū)、跨膜區(qū)及胞內(nèi)區(qū)3部分組成。其中胞外區(qū)又有3個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，分別稱為a1/a2，b1/b2 和c。其中a1/a2結(jié)構(gòu)域與b1/b2結(jié)構(gòu)域是NRP-1與配體(Sema3A)結(jié)合的位點(diǎn)，b1/b2 區(qū)負(fù)責(zé)與VEGF165結(jié)合并與NRP-1介導(dǎo)細(xì)胞的黏附作用有關(guān)，a1/a2 區(qū)和c 區(qū)負(fù)責(zé)形成NRP 二聚體。近膜的c 結(jié)構(gòu)域與NRP-1傳導(dǎo)其配體的信號(hào)密切相關(guān)[7]。

大量的體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，NRP-1和NRP-2在多種細(xì)胞表面均有一定表達(dá)，包括內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、胰島細(xì)胞、肝細(xì)胞、黑色素細(xì)胞和成骨細(xì)胞等。最新研究表明，NRP表達(dá)于多個(gè)器官的內(nèi)皮細(xì)胞，如皮膚、乳腺、前列腺、肺、腎臟及膀胱[8]。動(dòng)脈的內(nèi)皮細(xì)胞主要表達(dá)NRP-1，而靜脈及淋巴管的內(nèi)皮細(xì)胞則主要表達(dá)NRP-2。在免疫系統(tǒng)中，NRP-1主要表達(dá)于胸腺細(xì)胞、類漿細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。在老鼠體內(nèi)，NRP-1主要表達(dá)于靜息或活化的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，但在人體內(nèi)，NRP-1主要表達(dá)在活化的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞表面[6]。

2 NRP-1在腫瘤中的作用機(jī)制

2011年Jubb等[9]通過(guò)抗體染色免疫組織化學(xué)分析和原位雜交技術(shù)證實(shí)了NRP-1，NRP-2在正常組織和腫瘤組織中表達(dá)不一致，絕大部分腫瘤細(xì)胞、腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞及腫瘤新生淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞均會(huì)高表達(dá)NRP-1和NRP-2。但NRPs在不同腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)明顯不同。對(duì)肺癌和乳腺癌患者及大鼠模型的腫瘤細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，NRP-1在原發(fā)性乳腺癌和轉(zhuǎn)移性乳腺癌組織中的表達(dá)陽(yáng)性率分別為6%和14%，而在原發(fā)性非小細(xì)胞肺癌中為36%，在轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌中可達(dá)50%[9]。Jubb等[9]發(fā)現(xiàn)85%的惡性黑色素瘤患者腫瘤組織中NRP-2表達(dá)呈陽(yáng)性，如果對(duì)病理樣本中NRP-1與NRP-2進(jìn)行復(fù)染，NRPs的陽(yáng)性率可能會(huì)更高[10]。由于NRPs可與多種癌癥相關(guān)分子相互作用，所以其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制非常復(fù)雜，目前尚無(wú)明確的單一結(jié)論。NRP-1主要表達(dá)在喉癌、食管癌、胃癌、胰腺癌等腫瘤細(xì)胞表面，這可能與兩方面因素有關(guān)。首先是NRP-1的分布特點(diǎn)，Barr等[11]用5-(6)-羧基氫化熒光素(FAM)標(biāo)記的抗NRP-1抗體與乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231和正常臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞HUVEC分別孵育18 h，在共聚焦顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，NRP-1既分布于腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞上，也直接分布于腫瘤細(xì)胞表面上，因此NRP-1可在腫瘤的這兩個(gè)部位上分別發(fā)揮作用。另有研究表明，NRP-1還表達(dá)于各種間質(zhì)細(xì)胞，如纖維母細(xì)胞、免疫細(xì)胞等，這些細(xì)胞可與腫瘤細(xì)胞相互作用；且NRP-1與纖連蛋白結(jié)合后可激活α5β1整合素，該整合素調(diào)節(jié)纖維母細(xì)胞和可溶性纖連蛋白的相互作用，從而促進(jìn)依賴α5β1整合素的纖連蛋白在腫瘤細(xì)胞的聚集，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[12]。其次，NRP-1作用結(jié)果可能根據(jù)與其結(jié)合配體的不同而不同。研究證實(shí)，NRP-1為跨膜的非酪氨酸蛋白激酶受體，且為Sema家族及VEGF家族的共受體，但其與2種配體結(jié)合時(shí)發(fā)揮的作用不同[13]。Sema家族與VEGF家族的成員能競(jìng)爭(zhēng)性與NRP-1結(jié)合，相互間可視為拮抗劑。具體來(lái)說(shuō)，如果NRP-1與配體VEGF家族成員結(jié)合，則可促進(jìn)腫瘤血管的新生及腫瘤細(xì)胞的增殖；反之，如果NRP-1與配體Sema家族成員結(jié)合，則可抑制腫瘤血管的新生及腫瘤細(xì)胞的增殖。而NRP-2是腫瘤淋巴管生成過(guò)程中一個(gè)重要影響因素，Caunt等[14]利用NRP-2的抗體來(lái)競(jìng)爭(zhēng)性抑制NRP-2與VEGF-C的結(jié)合，能抑制VEGF-C所誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞向淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的侵襲，抑制腫瘤性淋巴管生成，防止腫瘤向局部及遠(yuǎn)端淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。最近的研究表明，在小鼠模型中，抗VEGF、抗NRP-1治療和單克隆抗體治療具有協(xié)同抗癌作用[15]。

3 NRP-1與腫瘤治療預(yù)后的關(guān)系

NRPs在部分人類腫瘤細(xì)胞中的過(guò)度表達(dá)對(duì)腫瘤預(yù)后有重要影響，包括胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、腎癌，黑色素瘤，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，白血病和淋巴瘤等。在惡性腫瘤中，NRP-1的高表達(dá)通常預(yù)示不良預(yù)后，這可能與NRP-1的表達(dá)與腫瘤新生血管相關(guān)[9,16-17]。NRP-1可通過(guò)依賴于VEGF的方式或獨(dú)立作用于VEGF的方式參與腫瘤新生血管的調(diào)節(jié)；NRP-1能增強(qiáng)VEGF受體對(duì)VEGF的效應(yīng)，從而增強(qiáng)VEGF信號(hào)在細(xì)胞間的傳導(dǎo)；或在某些沒(méi)有表達(dá)VEGF受體而表達(dá)了NRP-1的腫瘤細(xì)胞中，NRP-1也可與VEGF結(jié)合從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)，NRP-1或NRP-2表達(dá)與乳腺癌的不良預(yù)后關(guān)系密切，目前已被評(píng)價(jià)為乳腺癌患者術(shù)后的一個(gè)獨(dú)立預(yù)后因素[10]，此外，NRPs在腫瘤細(xì)胞上表達(dá)量的高低，同樣與臨床腫瘤的侵襲性相關(guān)，在活檢中發(fā)現(xiàn)惡性程度高的乳腺癌比惡性程度低的表達(dá)更多的NRP-1[9]。Hong等[16]發(fā)現(xiàn)NRP-1表達(dá)是非小細(xì)胞肺癌不良預(yù)后的一個(gè)獨(dú)立因素，抑制NRP-1在肺癌細(xì)胞中的表達(dá)，能夠降低肺癌的侵襲性并抑制肺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。此外，抑制小鼠正常上皮內(nèi)NRP-1表達(dá)，可降低皮膚癌的發(fā)生率。NRP-1與多種生長(zhǎng)因子相互作用，如VEGF、TGF-β、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)等都可以促進(jìn)癌癥的發(fā)生，這些信號(hào)通路相互影響，NRP-1在這些應(yīng)答中起著非常重要的作用，尤其是與TGF-β的相互作用。研究表明，與αvβ3整合素結(jié)合后的TGF-β容易被NRP-1或NRP-2激活，當(dāng)生長(zhǎng)因子(GF)低表達(dá)時(shí)，活化的TGF-β抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)；而當(dāng)其高表達(dá)時(shí)，活化的TGF-β促進(jìn)腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[2]。綜上所述，由于NRPs的多功能性，它很可能參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移整個(gè)過(guò)程。

4 NRP-1的結(jié)構(gòu)及與C末端元件多肽的特異性結(jié)合

每種組織的脈管系統(tǒng)在蛋白質(zhì)表達(dá)方面都是具有特異性的，這種分子差異性被稱為“血管郵政編碼”，這些選擇性表達(dá)的蛋白質(zhì)為特異性診斷和治療的化合物提供靶點(diǎn)。目前，各種各樣的腫瘤導(dǎo)向肽存在于臨床前期和臨床期的發(fā)展中?？墒?，細(xì)胞外基質(zhì)中血管畸形、纖維變性、收縮有助于增加腫瘤組織液壓力，從而阻礙藥物進(jìn)入血管外腫瘤組織。晶體學(xué)研究表明，VEGF的C末端元件能與NRP-1的b1位點(diǎn)結(jié)合[17]。這預(yù)示可以通過(guò)制備能進(jìn)入b1位點(diǎn)的小藥盒來(lái)抑制NRP-1與VEGF結(jié)合，這些藥物可能還同時(shí)抑制其他結(jié)合于b1位點(diǎn)的配體。Jarvis等[18]最近通過(guò)分子設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)了一種類似的小藥盒(EG00229)，它能阻止VEGF-A與NRP-1結(jié)合，降低肺癌細(xì)胞A549的生存能力。值得注意的是，它還能增加細(xì)胞毒藥物(如5-氟尿嘧啶)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效力。Alberici等[19]和Sugahara等[20]報(bào)道了一類新的環(huán)狀組織穿透型腫瘤導(dǎo)向肽iRGD多肽(CRGDK/RGPDC)。它包含兩段序列：一段是RGD腫瘤特異性識(shí)別序列，可特異地結(jié)合在腫瘤血管內(nèi)皮和腫瘤細(xì)胞的整合素αvβ3/5上；另一段是隱藏的R/KXXR/K-OH序列，X為任意氨基酸，首尾為R或K。iRGD多肽首先依靠腫瘤識(shí)別RGD序列與腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合，在細(xì)胞表面經(jīng)肽酶剪切后暴露出C末端的R/KXXR/K序列，該序列能被細(xì)胞表面的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRP-1所識(shí)別結(jié)合，并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部[17,19]。這段C末端序列(R/KXXR/K)能增加多肽對(duì)腫瘤組織的穿透性，并能攜帶小分子化學(xué)藥物、生物毒性藥物，放射性治療核素或納米粒子藥物深入腫瘤組織中?；诋?dāng)前導(dǎo)向序列和C末端序列內(nèi)在化受體這一知識(shí)體系，發(fā)展出的一類新的多肽被稱為C末端元件多肽 (C-end Rule motif peptides,CRMP)。最新人工設(shè)計(jì)出的一種C末端元件多肽iNGR (CRNGRGPDC)，包含了識(shí)別血管內(nèi)皮細(xì)胞CD13的NGR序列，C末端元件序列(RNGR)，以及iRGD中被證實(shí)的肽酶酶切位點(diǎn)(GPDC)3個(gè)部分。iNGR多肽首先通過(guò)NGR序列結(jié)合到CD13陽(yáng)性的腫瘤細(xì)胞表面，經(jīng)肽酶酶切后暴露出C末端元件RNGR，進(jìn)一步識(shí)別和結(jié)合NRP-1，從而攜帶藥物進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)。裸鼠原位腫瘤模型證實(shí)，這種新多肽能有效地結(jié)合CD13陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞，并能比標(biāo)準(zhǔn)的NGR多肽更加深入腫瘤組織內(nèi)部，連接有iNGR的阿霉素明顯比單純的阿霉素有更好的腫瘤抑制效果[5]。這些結(jié)果表明腫瘤特異性組織導(dǎo)向肽能夠根據(jù)現(xiàn)有的序列進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，而這一原理也有望應(yīng)用于其他疾病的治療。

5 展望

綜上所述，NRP-1在絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞表面均高表達(dá)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用，是腫瘤細(xì)胞的表面標(biāo)志物之一。如果NRP-1與配體VEGF家族成員結(jié)合，則可促進(jìn)腫瘤血管的新生及腫瘤細(xì)胞的增殖。反之，如NRP-1與配體Sema家族成員結(jié)合，則可抑制腫瘤血管的新生及腫瘤細(xì)胞的增殖。由于NRPs與很多癌癥相關(guān)分子相互作用，所以其在腫瘤中的作用機(jī)制難以明確。在惡性腫瘤中，NRP-1的高表達(dá)通常預(yù)示不良預(yù)后，這可能與NRP-1促腫瘤血管新生有關(guān)。具有C末端R/KXXR/K特征的多肽序列能被細(xì)胞表面的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRP-1所識(shí)別結(jié)合，并攜帶藥物分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部；將偶聯(lián)藥物分子的CRMP序列與其他腫瘤識(shí)別序列偶聯(lián)，可進(jìn)一步增強(qiáng)多肽藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的篩選結(jié)合能力并提高藥物抗腫瘤的效果。

近年來(lái)，以NRP-1作為腫瘤治療靶點(diǎn)成為了抗腫瘤研究的熱點(diǎn)之一。例如，用抗體、肽類物質(zhì)等抑制NRP-1的抗腫瘤療法[5]，藥物既能通過(guò)作用于VEGF來(lái)調(diào)節(jié)NRP-1，研究發(fā)現(xiàn)NRP-1結(jié)合肽還能抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)并增加癌細(xì)胞對(duì)化療藥的敏感性(如5-氟尿嘧啶、紫杉醇、順鉑)[17]。此外，隨著NRP-1與腫瘤形成、侵襲機(jī)制的逐漸明確，以C末端元件為代表的NRP-1靶向小分子多肽，也有可能被開(kāi)發(fā)為新型放射性同位素藥物載體，用于改善傳統(tǒng)的放射性粒子包埋技術(shù)，達(dá)到靶向性抗腫瘤治療的目的，有望成為抗腫瘤藥物發(fā)展的新方向。

[1]Sulpice E,Plouёt J,Bergé M,et al.Neuropilin-1 and neuropilin-2 act as coreceptors,potentiating proangiogenic activity[J].Blood,2008,111(4):2036-2045.

[2]Glinka Y,Stoilova S,Mohammed N,et al.Neuropilin-1 exerts co-receptor function for TGF-beta-1 on the membrane of cancer cells and enhances responses to both latent and active TGF-beta[J].Carcinogenesis,2011,32(4):613-621.

[3]Hsieh SH,Ying NW,Wu MH,et al.Galectin-1,a novel ligand of neuropilin-1,activates VEGFR-2 signaling and modulates the migration of vascular endothelial cells[J].Oncogene,2008,27(26):3746-3753.

[4]Pellet-Many C,Frankel P,Jia H,et al.Neuropilins:structure,function and role in disease[J].Biochem J,2008,411(2):211-226.

[5]Sugahara KN,Teesalu T,Karmali PP,et al.Tissue-penetrating delivery of compounds and nanoparticles into tumors[J].Cancer Cell,2009,16(6):510-520.

[6]Teesalu T,Sugahara KN,Kotamraju VR,et al.C-end rule peptides mediate neuropilin-1-dependent cell,vascular,and tissue penetration[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2009,106(38):16157-16162.

[7]Roskoski R.Vascular endothelial growth factor (VEGF) signaling in tumor progression[J].Crit Rev Oncol Hematol,2007,62(3):179-213.

[8]Tran DQ,Shevach EM.Therapeutic potential of FOXP3(+) regulatory T cells and their interactions with dendritic cells[J].Hum Immunol,2009,70(5):294-299.

[9]Jubb AM,Strickland LA,Liu SD,et al.Neuropilin-1 expression in cancer and development[J].J Pathol,2012,226(1):50-60.

[10]Prud′homme GJ,Glinka Y.Neuropilins are multifunctional coreceptors involved in tumor initiation,growth,metastasis and immunity[J].Oncotarget,2012,3(9):921-939.

[11]Barr MP,Byrne AM,Duffy AM,et al.A peptide corresponding to the neuropilin-1-binding site on VEGF(165) induces apoptosis of neuropilin-1-expressing breast tumour cells[J].Br J Cancer,2005,92(2):328-333.

[12]Yaqoob U,Cao S,Shergill U,et al.Neuropilin-1 stimulates tumor growth by increasing fibronectin fibril assembly in the tumor microenvironment[J].Cancer Res,2012,72(16):4047-4059.

[13]Neufeld G,Kessler O,Herzog Y.The interaction of Neuropilin-1 and Neuropilin-2 with tyrosine-kinase receptors for VEGF[J].Adv Exp Med Biol,2005(515):81-90.

[14]Caunt M,Mak J,Liang WC,et al.Blocking neuropilin-2 function inhibits tumor cell metastasis[J].Cancer Cell,2008,13(4):331-342.

[15]Pan Q,Chanthery Y,Liang WC,et al.Blocking neuropilin-1 function has an additive effect with anti-VEGF to inhibit tumor growth[J].Cancer Cell,2007,11(1):53-67.

[16]Hong TM,Chen YL,Wu YY,et al.Targeting neuropilin-1 as an antitumor strategy in lung cancer[J].Clin Cancer Res,2007,13(16):4759-4768.

[17]Jia H,Cheng L,Tickner M,et al.Neuropilin-1 antagonism in human carcinoma cells inhibits migration and enhances chemosensitivity[J].Br J Cancer,2010,102(3):541-552.

[18]Jarvis A,Allerston CK,Jia H,et al.Small molecule inhibitors of the neuropilin-1 vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) interaction[J].J Med Chem,2010,53(5):2215-2226.

[19]Alberici L,Roth L,Sugahara KN,et al.De novo design of a tumor-penetrating peptide[J].Cancer Res,2013,73(2):804-812.

[20]Sugahara KN,Teesalu T,Karmali PP,et al.Coadministration of a tumor-penetrating peptide enhances the efficacy of cancer drugs[J].Science,2010,328(5981):1031-1035.

10.3969/j.issn.1671-8348.2015.03.047

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81371585；81301250)。 作者簡(jiǎn)介：董萍(1989-)，碩士，主要從事放射性核素標(biāo)記多肽用于腫瘤靶向治療方向研究?！?/p>

,Tel:18980601584;E-mail：lilinhuaxi@sina.com。

R817.1

A

1671-8348(2015)03-0412-03

2014-08-21

2014-11-14)