馮京匯，楊皓翔，馬夢宇，劉藝丹，褚 旭，張彥可綜述，孔慶霞審校

免疫球蛋白超家族分子(immunoglobulin superfamily，IgSF)是指至少含有一個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，該家族是基因組編碼的最常見蛋白質(zhì)類別之一。IgSF中的細胞粘附分子(cell adhesion molecule，CAMs)部分成員在神經(jīng)系統(tǒng)中高度表達，包括接觸蛋白亞家族(Contactins，CNTNs)、神經(jīng)細胞粘附分子(Neural cell adhesion molecule，NCAM)、L1 亞家族，通過調(diào)節(jié)神經(jīng)元發(fā)育、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成，突觸維持發(fā)揮重要作用。除了成員內(nèi)的嗜同性或異嗜性相互作用以外，IgSF CAMs還與離子通道、細胞因子和神經(jīng)遞質(zhì)受體存在相互作用。近年來表明IgSF CAMs與腦部疾病密切相關(guān)，本文對以往IgSF CAMs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進行回顧總結(jié)、系統(tǒng)闡述。

1 CNTNs

CNTNs由六個成員組成：CNTN1-6，成員間具有45%～65%的相同氨基酸序列，它們通過含有糖基磷脂酰肌醇的脂尾與細胞膜結(jié)合[1]。CNTN1和CNTN2是最早被發(fā)現(xiàn)并得到廣泛研究的成員。轉(zhuǎn)基因小鼠模型表明，CNTNs表達及功能改變可能影響神經(jīng)發(fā)育事件，這些變化可能會導(dǎo)致特異性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的表型[2]。慢性炎性脫髓鞘性多發(fā)性神經(jīng)根神經(jīng)病(Chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy，CIDP)患者血清中存在針對CNTN1的自身抗體，CNTN1在脫髓鞘性疾病中具有潛在作用[3]。CNTN2與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)患者腦脊液中CNTN2水平降低，提示其可能是神經(jīng)退行性病變的生物學(xué)標(biāo)志物[1]。另外CNTN2、CNTN6可能是新的癲癇易感基因[4～6]。

1.1 CNTN1與CIDP

研究發(fā)現(xiàn)大約10%CIDP患者血清中存在針對郎飛氏結(jié)相關(guān)區(qū)域的自身抗體，包括CNTN1、接觸蛋白相關(guān)蛋白1(contactin associated protein 1，CASPR1)、神經(jīng)束蛋白155(neurofascin155，NF155，L1亞家族成員)，并且這部分患者具有發(fā)病年齡早、易出現(xiàn)感覺性共濟失調(diào)和血漿置換(PE)或糖皮質(zhì)激素治療效果優(yōu)于免疫球蛋白治療的特點。一般認為CIPD的病理特點為節(jié)段性脫髓鞘、T細胞和巨噬細胞浸潤以及較輕的軸索變性。然而CNTN1 IgG4陽性的CIPD患者沒有巨噬細胞介導(dǎo)的脫髓鞘和炎性細胞浸潤，軸索變性更為嚴(yán)重為此類患者病理特點[7]，提示血清CNTN1 IgG4陽性的患者與血清陰性患者在發(fā)病機制上有所不同。在吉蘭-巴雷綜合征(Guillain-Barre syndrome，GBS)患者中，抗CNTN1、NF155和CASPR1的抗體很少被檢測到，因此在GBS患者中檢測到這些抗體可能是CIDP急性起病的標(biāo)志[8]。綜上所述，早期識別上述針對CNTN1等郎飛氏結(jié)相關(guān)區(qū)域的自身抗體對CIDP診斷及治療具有重要意義。

1.2 CNTN2與AD

當(dāng)前AD的診斷主要基于臨床表現(xiàn)，腦脊液(CSF)成分可反映大腦的病理變化[9]，理想的AD生物標(biāo)志物可用于篩查、診斷和監(jiān)測疾病進展。研究者通過全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)在編碼CNTN2的基因中發(fā)現(xiàn)了與AD相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)[10]。CNTN2是一種突觸和軸突膜蛋白，與AD相關(guān)蛋白存在相互作用，例如淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)和β分泌酶1(beta-secretase 1，BACE1)[11，12]。最新研究發(fā)現(xiàn)AD患者CSF中的 CNTN2 水平顯著降低，并且與磷酸化tau水平和認知減退的嚴(yán)重程度相關(guān)，這表明 CSF 中的 CNTN2可作為 AD 的潛在生物標(biāo)志物[13]。有趣的是既往也有報道稱AD患者CSF樣本中CNTN2水平升高[14]。如其他神經(jīng)元損傷標(biāo)記物的縱向研究所示，在AD的早期階段，CNTN2的水平可能升高，然后隨著疾病的嚴(yán)重程度而降低[15]。綜上所述，CNTN2可能參與了AD的發(fā)生與發(fā)展，并且有必要研究疾病不同階段的AD患者CSF中CNTN2水平，這將有助于確保基于體液生物標(biāo)志物診斷的可靠性。

1.3 CNTNs與癲癇

截至目前超過 140 個癲癇相關(guān)基因或位點被報道[16]。在患有常染色體隱性遺傳性皮質(zhì)肌陣攣震顫和癲癇的埃及人中發(fā)現(xiàn)了CNTN2純合單堿基對缺失(c.503_503delG)[4]。動物實驗進一步提示CNTN2與癲癇有關(guān)。研究顯示CNTN2基因敲除小鼠的大體腦形態(tài)與野生型同窩仔難以區(qū)分，但仍表現(xiàn)出自發(fā)性癲癇發(fā)作，且對驚厥刺激的敏感性高于野生型小鼠[17]。據(jù)報道，人類CNTN6拷貝數(shù)變異可導(dǎo)致精神分裂癥和癲癇[18]。這表明CNTN6可能是新的癲癇易感基因，需要進一步的動物模型研究驗證這一假說。

2 NCAM

NCAM主要在神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞表面表達，在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和可塑性中起重要作用，也參與受損神經(jīng)組織的再生[19]。NCAM 與聚唾液酸(PSA) 的轉(zhuǎn)錄后修飾被認為是 NCAM 功能的關(guān)鍵決定因素，PSA-NCAM是一種高度糖基化形式的NCAM，它是參與調(diào)解突觸可塑性，并且在學(xué)習(xí)和記憶形成過程中增加[20]。NCAM與許多基質(zhì)成分存在相互作用，其水平的降低或增高都與腦部疾病有關(guān)[21]。NCAM的模擬肽已成功地進行臨床前研究，通過誘導(dǎo)NCAM下游通路信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮神經(jīng)保護作用，有望用于治療卒中、創(chuàng)傷性腦損傷和神經(jīng)退行性疾病[22]。

2.1 NCAM與MS

可溶性NCAM(sNCAM)存在于人的血液和腦脊液中，生理情況下其在血清中的濃度高于腦脊液(CSF)中的濃度[23]。腦脊液中sNCAM水平通常隨年齡增長而降低[24]，多項研究表明與對照組相比多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis，MS)患者CSF中的sNCAM水平更低，并且隨著疾病的進展而逐步降低，在接受類固醇治療后進行髓鞘修復(fù)過程中sNCAM水平升高[24]，提示NCAM的耗竭可能導(dǎo)致MS疾病進展。近年來研究者開始關(guān)注血清中的sNCAM，一項研究發(fā)現(xiàn)與健康受試者相比，周圍神經(jīng)脫髓鞘或軸突損傷的患者血清中sNCAM水平顯著升高，并認為sNCAM可作為周圍神經(jīng)脫髓鞘的特異性標(biāo)志物和周圍神經(jīng)損傷的敏感標(biāo)志物[23]。最近一項研究發(fā)現(xiàn)進展性MS患者血清中sNCAM水平較健康受試者高，但沒有同時調(diào)查CSF中的sNCAM水平[25]，進展性MS患者血清中sNCAM水平升高是否與周圍神經(jīng)病變同時存在有關(guān)需要進一步驗證。由此可見，NCAM可能參與神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘性疾病的發(fā)生與發(fā)展，但sNCAM是否是此類疾病的特異性標(biāo)志物尚需進一步研究。

2.2 NCAM與AD

AD典型的病理學(xué)改變?yōu)樯窠?jīng)炎性斑和神經(jīng)原纖維纏結(jié)，分別由β-淀粉樣蛋白(Aβ)和過度磷酸化的tau蛋白組成。NCAM基因單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與CSF中Aβ水平相關(guān)，并已被報道為日本人群中與AD進展相關(guān)的危險因素[26]。NCAM參與AD發(fā)生發(fā)展的具體機制尚不明確，可能成為新的治療靶點。FGL是目前最有希望進行臨床轉(zhuǎn)化的NCAM模擬肽，已被證明可以減輕Aβ引起的錐體細胞丟失和認知障礙，并且能預(yù)防由膽堿能系統(tǒng)功能紊亂而導(dǎo)致的記憶喪失[22]。

CSF中Aβ42已被用于AD的診斷，APP和NCAM的相互作用可以調(diào)節(jié)Aβ的產(chǎn)生，最新研究表明血液中的APP、NCAM、Aβ40以及Aβ42的組合可能是診斷和監(jiān)測AD的一種經(jīng)濟有效、較為無創(chuàng)的生物標(biāo)志物，具有較高的敏感性和特異性[27]，這將有助于改善AD臨床診斷在很大程度上依賴患者心理測試和影像技術(shù)的現(xiàn)狀。

3 L1亞家族

L1亞家族成員包括L1cam、CHL1、NrCAM和神經(jīng)束蛋白(Neurofascins，Nf，如前所述與神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘性疾病有關(guān))。L1cam參與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，L1cam基因的突變已被證明會導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙，如X-連鎖腦積水、痙攣性截癱和智力低下[28]。NrCAM結(jié)構(gòu)和或表達的改變與自閉癥、藥物成癮等精神障礙以及腫瘤進展有關(guān)，近年來有學(xué)者在AD中進一步研究了NrCAM[29]。

3.1 L1CAM與AD

L1CAM是免疫球蛋白樣細胞黏附分子家族的重要成員，通過激活成纖維細胞生長因子、表皮生長因子和神經(jīng)生長因子的酪氨酸激酶受體，參與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[19，30]。L1CAM的纖維連接蛋白1-3重復(fù)序列直接與淀粉樣蛋白B40和B42的活性片段結(jié)合[31]。Djogo等在AD小鼠模型中，將編碼全長L1cam的腺相關(guān)病毒注射到AD小鼠模型的海馬和枕葉皮質(zhì)，可通過減少Aβ聚集降低AD病理學(xué)特征[31]，因此 L1可能是改善AD病理的候選分子。另外研究表明L1CAM具有神經(jīng)保護和促進神經(jīng)再生作用[30]，L1CAM和NCAM一樣已成為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥理學(xué)研究熱。L1CAM的多肽模擬物也在研究中[30]，尚未進行臨床試驗。

3.2 NrCAM與AD

一項蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明臨床癡呆評定量表(Clinical Dementia Rating，CDR)為0分的AD患者CSF中NrCAM無變化，CDR1.0患者NrCAM降低[32]，提示NrCAM是阿爾茨海默病的潛在腦脊液生物標(biāo)記物，CSF中NrCAM降低可用于早期阿爾茨海默病和輕度認知損害的進一步分期。據(jù)報道，AD患者NrCAM水平以每年約10%的速度下降[33]。Mareike等通過ELISA法測定AD患者、額顳葉癡呆患者、路易體癡呆患者和非癡呆對照組的CSF中NrCAM水平，與前述結(jié)果相似NrCAM水平與癡呆病程呈負相關(guān)，但不能用于區(qū)分癡呆類型[34]。腦脊液NrCAM水平可能與AD的疾病分期有關(guān)。因此有必要對處于不同疾病階段AD患者腦脊液NrCAM水平進行更廣泛的分析，以此作為疾病嚴(yán)重程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

金屬蛋白酶10(ADAM10)是阿爾茨海默病的藥物靶點，通過裂解APP減少Aβ的產(chǎn)生，然而ADAM10在大腦和其他器官中有許多額外的底物，這可能會在治療性ADAM10激活過程中引起副作用[29]。在之前的蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，NrCAM在體外被發(fā)現(xiàn)是ADAM10的底物[35]。最新研究表明ADAM10通過不同機制裂解NrCAM和APP[29]，因此，NrCAM有可能成為使用ADAM10激活劑的臨床試驗的輔助工具，在開發(fā)APP選擇性ADAM10激活劑時具有標(biāo)志物作用。

4 總結(jié)與展望

IgSF CAMs在神經(jīng)系統(tǒng)扮演著重要角色，細胞間黏附、神經(jīng)元遷移、軸突導(dǎo)向和突觸形成。遺傳學(xué)的進展使其中眾多成員被發(fā)現(xiàn)與人類神經(jīng)發(fā)育障礙和精神疾病(精神分裂癥、雙相情感障礙、孤獨癥譜系障礙等)之間存在關(guān)聯(lián)。越來越多的證據(jù)表明IgSF CAMs在癲癇、神經(jīng)退行性疾病、退髓鞘性疾病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮作用。進一步研究IgSF CAMs結(jié)構(gòu)及功能將有助于理解這些疾病背后的分子機制，并有可能為神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生臨床實踐提供新手段。