董恩柱 楊 麗 任峻峰 張 晨 閆賀寧

石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院(新疆 石河子 832002)

1993年,Nedivifi以谷氨酸類似物紅藻氨酸鹽作為誘導(dǎo)物,刺激大鼠海馬齒狀回,并在其中篩選到一系列與長期可塑性有關(guān)的基因[1]。1996 年,從以上眾多基因中 Nedivi 通過光誘導(dǎo)刺激大鼠新皮質(zhì)實(shí)驗(yàn),得到一個基因并將其命名為CPG15[2]。1997年,Naeve等的對從人類腦皮質(zhì)cDNA文庫中篩選得到的CPG15 進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)它的表達(dá)產(chǎn)物能促進(jìn)神經(jīng)突起的快速生長,因而又將其命名為Neuritin。

Neuritin基因在不同物種間有較高的保守性,例如人與鼠的同源性可達(dá)98%。人類Neuritin 基因主要存在于腦組織,其次為肝臟和肺,心臟和骨骼肌等其它組織中也有該基因表達(dá)[3-4]。人類的 Neuritin基因位于染色體 6P25.3,全長2072bp,表達(dá)產(chǎn)物含有142個氨基酸。Neuritin 蛋白有可溶性和膜蛋白兩種形式,其膜蛋白形式以GPI 錨定位點(diǎn)錨定在細(xì)胞膜上。作為神經(jīng)營養(yǎng)因子家族的一個新成員,Neuritin不僅在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮重要作用,也在血管生成方面扮演重要角色。

1 Neuritin對神經(jīng)的作用

Neuritin在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中發(fā)揮了重要的作用,促進(jìn)神經(jīng)元突起生長及神經(jīng)元遷移、抑制神經(jīng)元凋亡、促進(jìn)神經(jīng)元再生、促進(jìn)并鞏固突觸回路的形成等,很可能是外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在治療靶點(diǎn)。

1.1Neuritin抑制神經(jīng)元凋亡 Putz等[5]報道,在哺乳動物前腦的發(fā)育期間,過表達(dá)Neuritin能夠阻止特定神經(jīng)元始祖細(xì)胞亞群的凋亡,使得前腦大于正常對照組。研究表明,過表達(dá)Neuritin基因一方面通過抑制損傷神經(jīng)元Caspase-3的激活來減少細(xì)胞凋亡[6],另一方面,通過下調(diào)Caspase-8的表達(dá)介導(dǎo)抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)來抑制神經(jīng)元的凋亡[7]。此外,Rui G用外源性Neuritin抑制脊髓損傷早期Caspase-3的激活和聚ADP核糖聚合酶(PARP)的降解,從而抑制受損神經(jīng)元的凋亡[8]。因此,當(dāng)損傷腦組織中Neuritin表達(dá)明顯增高時,通過抑制神經(jīng)元凋亡對蛛網(wǎng)膜下腔出血后早期腦損傷起保護(hù)作用。

氧化應(yīng)激也是神經(jīng)元凋亡的重要原因之一。氧自由基引起膜磷脂水解,蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸的過氧化反應(yīng),蛋白質(zhì)失活和變性,核酸骨架斷裂,最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。糖尿病大鼠在外周神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能出現(xiàn)異常之前,體內(nèi)Neuritin含量下降,伴隨出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化應(yīng)激[9]。據(jù)報道,MiR-204可以通過抑制Neuritin1蛋白的表達(dá)來提高雪旺細(xì)胞對氧化應(yīng)激的敏感性,誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激和裂解Caspase-3的表達(dá),導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加[10]。

1.2Neuritin促進(jìn)軸突再生 過表達(dá)Neuritin會誘導(dǎo)神經(jīng)纖維生成、軸突樹狀化和軸突延長。Neuritin在外周神經(jīng)系統(tǒng)軸突再生過程中表達(dá)增加,而在糖尿病小鼠模型的外周神經(jīng)系統(tǒng)中Neuritin表達(dá)減少,這種減少的表達(dá)可能導(dǎo)致軸突再生不足[11]。Sharma等通過離體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明,Neuritin 1促進(jìn)軸突損傷后的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞存活和軸突再生[12]。Neuritin一方面可以誘導(dǎo)NF200和GAP-43表達(dá)上調(diào),為軸突再生創(chuàng)造良好的微環(huán)境[8]；另一方面,Neuritin在損傷神經(jīng)的微環(huán)境中會減緩逆行變性,加速神經(jīng)纖維的功能恢復(fù)[13]。

1.3Neuritin促進(jìn)神經(jīng)元突起的生長 Cappelletti[14]等發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)PC12細(xì)胞分化過程中,Neuritin調(diào)節(jié)神經(jīng)元突起的生長。Pan Zhang[15]等研究表明Neuritin是NEURL1的上游和負(fù)調(diào)節(jié)因子,抑制NEURL1介導(dǎo)的Notch信號,以促進(jìn)突起生長。而NEURL1是一種重要的調(diào)節(jié)因子,通過促進(jìn)Notch配體的Jagged1內(nèi)吞作用來激活Notch信號。Neuritin顯著抑制NEURL1促進(jìn)的內(nèi)吞作用,進(jìn)而抑制Notch受體Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(NICD)的激活,降低下游基因hairy和split-1增強(qiáng)子(HES1)的表達(dá)。從而Neuritin恢復(fù)了Notch激活引起的突起的回縮,促進(jìn)神經(jīng)元突起的生長,參與了神經(jīng)發(fā)育和再生過程。

1.4Neuritin改善認(rèn)知功能 阿爾茨海默病(AD) 是老年癡呆的常見類型,也是一類復(fù)雜的神經(jīng)退行性疾病,但是病因并未明確。Chang[16]等發(fā)現(xiàn)AD患者大腦皮層和海馬Neuritin的表達(dá)減少,Neuritin能恢復(fù)Tg2576神經(jīng)元原代海馬神經(jīng)元樹突棘密度的降低和單個棘的成熟,并減輕Tg2576 AD小鼠的認(rèn)知功能缺損。Li Fei[17]等發(fā)現(xiàn)認(rèn)知損傷的5個月齡APP/PS1小鼠海馬區(qū)的miR-574水平顯著升高,而使用miR-574抑制劑能顯著提高Neuritin和突觸蛋白的表達(dá)水平,說明miR-574通過調(diào)節(jié)Neuritin參與小鼠的認(rèn)知損傷。Zhao[18]發(fā)現(xiàn)Neuritin通過增加海馬脊神經(jīng)密度,阻止極低頻電磁場暴露誘導(dǎo)的行為和認(rèn)知障礙的效應(yīng),逆轉(zhuǎn)電磁場對小鼠新物體聯(lián)想識別記憶的影響。

2 Neuritin對血管生成的作用

神經(jīng)系統(tǒng)通過不斷更新的電信號負(fù)責(zé)傳遞信息,而循環(huán)系統(tǒng)通過流動的血液負(fù)責(zé)傳遞營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物,二者在功能上非常相似。人體內(nèi)神經(jīng)和動脈不僅在宏觀上呈毗鄰位置關(guān)系,而且在微觀上都有相似的特殊細(xì)胞結(jié)構(gòu)。生長的神經(jīng)軸突頂端的“軸突生長錐[21]”,延伸扇狀片狀突起和長的指狀絲狀突起來感知局部微環(huán)境,從而控制軸突的生長[21-22]；而萌發(fā)血管頂端的“內(nèi)皮尖端細(xì)胞”,表現(xiàn)出類似的片狀脂膜和絲足結(jié)構(gòu),在外觀和功能上與軸突生長錐相似[19,23,24]。分子水平上,兩個系統(tǒng)都使用基于肌動蛋白細(xì)胞骨架來感知引導(dǎo)信號,根據(jù)周圍微環(huán)境的變化拉伸或者收縮,讓處于生長狀態(tài)的神經(jīng)和血管做定向運(yùn)動[25]。

神經(jīng)與血管相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能以及共同的發(fā)育原則,使得看似獨(dú)立的兩個系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互影響,二者之間的相互作用協(xié)調(diào)著它們的生長。神經(jīng)可以通過一些共同的信號分子對血管產(chǎn)生影響,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)指導(dǎo)軸突生長分子Netrins,Semaphorins等可以引導(dǎo)血管的生長[19-20]。近期越來越多的證據(jù)表明,神經(jīng)營養(yǎng)因子家族的新成員Neuritin,可能在血管導(dǎo)向和網(wǎng)絡(luò)形成中發(fā)揮類似神經(jīng)元軸突向?qū)У淖饔谩?/p>

2.1Neuritin影響血管生成 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)與血管之間共同的分子線索,即四個指導(dǎo)軸突生長分子家族Netrins,Semaphorins,Ephrins和Slits。這些分子線索既指導(dǎo)內(nèi)皮尖端細(xì)胞又指導(dǎo)軸突生長錐,它們的受體不僅可以引導(dǎo)生長的軸突,而且可以引導(dǎo)萌發(fā)的血管[19,20,21]。除此之外,Le Jan發(fā)現(xiàn)在低氧環(huán)境下內(nèi)皮細(xì)胞被誘導(dǎo)表達(dá)Neuritin[26],推測其可能在血管導(dǎo)向和網(wǎng)絡(luò)形成中發(fā)揮類似神經(jīng)元軸突向?qū)У淖饔谩?/p>

2.1.1 Neuritin增加組織中微血管密度 Raggo等研究表明,在卡波西肉瘤相關(guān)皰疹病毒感染后,真皮微血管內(nèi)皮細(xì)胞從鵝卵石樣單層樣細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化和聚集成病灶過程中,Neuritin的表達(dá)增加[27],間接提示了Neuritin可以促進(jìn)血管網(wǎng)絡(luò)形成。Lei Zhang等發(fā)現(xiàn)在星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤中,Neuritin的表達(dá)量隨腫瘤惡性程度的增高而升高,而且腫瘤微血管密度也隨Neuritin表達(dá)量的升高而增高[28]。Dingding Han通過給予人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞重組的Neuritin,顯著增加了肝癌組織中微血管的密度[29]。因此,Neuritin可以增加微血管的密度,促進(jìn)血管網(wǎng)絡(luò)形成。

2.1.2 Neuritin增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移能力 Dingding Han[29]通過細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Neuritin能夠誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移,并且在體外以劑量依賴性的方式顯著增強(qiáng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞遷移。張建慶等通過細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)和Transwell遷移實(shí)驗(yàn),也觀察到過表達(dá)Neuritin的血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移能力顯著增強(qiáng)[30]。而在微觀角度,Raggo等發(fā)現(xiàn)Neuritin的過表達(dá)改變了NIH-3T3細(xì)胞的形態(tài)并支持它們的錨定非依賴性生長[22]；張建慶[30]掃描電鏡還可觀察到 Neuritin 過表達(dá)血管內(nèi)皮細(xì)胞表面出現(xiàn)偽足,細(xì)胞間粘連排列變得緊密,這些細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)的改變促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞的遷移。據(jù)報道,過表達(dá)Neuritin后細(xì)胞內(nèi)Notch1、VEGFR表達(dá)量增加,說明Neuritin可以激活細(xì)胞內(nèi)多種信號分子來促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移[30]。

2.1.3 Neuritin增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖能力 Neuritin表達(dá)受到干擾后,HPMEC(人肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞株)和NSCLC-VECs(原代人非小細(xì)胞肺癌血管內(nèi)皮細(xì)胞)的G0/G1期阻滯增加,S期分布減少,細(xì)胞周期進(jìn)程明顯抑制,凋亡細(xì)胞比例明顯升高[30]。隨著細(xì)胞內(nèi)Neuritin表達(dá)量的升高,Notch1、VEGFR mRNA與蛋白水平表達(dá)明顯增加,Notch可以通過促進(jìn)VEGFR3與VEGF-C反應(yīng)抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[30]。所以,血管內(nèi)皮細(xì)胞過表達(dá) Neuritin后,促進(jìn)細(xì)胞周期發(fā)生,增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞增殖能力。

這些證據(jù)均提示,Neuritin的表達(dá)直接促進(jìn)了血管生成,推測Neuritin很可能在血管生成過程中發(fā)揮了重要作用。

2.2Neuritin對腫瘤作用 Neuritin在多種癌組織均存在高表達(dá)。Raggo[27]等將過表達(dá)Neuritin的NIH 3T3(胚胎成纖維細(xì)胞系)細(xì)胞注入裸鼠體內(nèi),促進(jìn)了腫瘤的形成,提示Neuritin很可能是腫瘤發(fā)生發(fā)展的一個正向調(diào)控基因。在乳腺正常組織到乳腺導(dǎo)管內(nèi)癌、最后到乳腺浸潤性導(dǎo)管癌的變化過程中,Neuritin蛋白及其mRNA呈現(xiàn)顯著增高的趨勢[31]。隨著癌前病變向癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,Neuritin的高表達(dá)對乳腺癌的發(fā)生發(fā)展起著非常重要的作用。

3 問題與展望

Neuritin在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用其機(jī)制日益明確,同時有越來越多的證據(jù)表明Neuritin在血管網(wǎng)絡(luò)形成過程中也發(fā)揮了作用,但其機(jī)制仍有待于進(jìn)一步研究。Neuritin不僅影響神經(jīng)和血管的形成,而且對干細(xì)胞的遷移、衰老、增殖和活性也有影響[32]。JINGLING ZHU[33]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過Neuritin處理產(chǎn)生的神經(jīng)元樣細(xì)胞,既表達(dá)神經(jīng)元標(biāo)記物,還部分表現(xiàn)出神經(jīng)電生理特性。Neuritin處理可能是誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞朝向神經(jīng)元分化的有效方法,為疾病建模和基于細(xì)胞的治療的發(fā)展提供一種新途徑。

目前國內(nèi)外學(xué)者對于Neuritin蛋白的研究方法已經(jīng)很成熟,可通過構(gòu)建Neuritin畢赤酵母分泌表達(dá)系統(tǒng)得到高純度的具有天然活性的Neuritin蛋白,也可通過大腸桿菌構(gòu)建pE T-32a-neuritin原核表達(dá)載體并純化得到Neuritin蛋白。這為Neuritin功能的研究提供了極大的便利,相信在不久的將來便可揭示它在神經(jīng)和血管方面扮演的角色及其作用機(jī)制,成為神經(jīng)及血管系統(tǒng)相關(guān)疾病的新的治療靶點(diǎn)。