神經纖毛蛋白-1與腫瘤的關系*

董 萍 綜述，蔡華偉，李 林 審校

(四川大學華西醫(yī)院核醫(yī)學科，成都 610041)

·綜述·

神經纖毛蛋白-1與腫瘤的關系*

董 萍 綜述，蔡華偉，李 林△審校

(四川大學華西醫(yī)院核醫(yī)學科，成都 610041)

神經系統；纖毛；神經纖毛蛋白-1；腫瘤；C末端元件多肽；綜述

神經纖毛蛋白-1(neuropilin-1,NRP-1)為一種多功能信號傳導跨膜蛋白，其參與轉化生長因子-β(TGF-β)、血管內皮生長因子(VEGF)等信號通路的信號傳導[1-3]，在生長發(fā)育、免疫、腫瘤方面起著重要的作用。近年來關于NRP-1的研究已從最初的神經系統發(fā)育擴展到血管形成、腫瘤發(fā)生與發(fā)展、造血系統疾病、免疫系統功能等多個領域[4]，而關于NRP-1在腫瘤發(fā)生、發(fā)展機制中的作用也逐漸成為研究熱點。研究表明，NRP-1表達于內皮細胞及腫瘤細胞，可作為血管內皮生長因子165(VEGF165)及與血管新生相關的其他幾種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在某些腫瘤中過度表達，是其不良預后的獨立危險因素[5]。Teesalu等[6]研究發(fā)現，具有C末端R/KXXR/K(X為任意氨基酸)特征的腫瘤導向肽能與NRP-1高效、特異性結合，該類C末端元件依靠腫瘤識別序列與腫瘤細胞特異性結合，在細胞表面經肽酶剪切后暴露出C末端的R/KXXR/K序列，能被細胞表面的跨膜轉運蛋白NRP-1所識別結合，并攜帶進入細胞內部。

1 NRP-1的結構及生物學特性

1995年Fujisawa等首次報道位于形成中的神經纖維軸突上的跨膜糖蛋白NRP-1，其相對分子質量約130×103，并進一步證實其為軸突導向分子(Semaphorin，Sema)家族受體，在神經細胞導向、軸突生長方面發(fā)揮調節(jié)作用。之后發(fā)現的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系統及成人部分組織中的表達有重疊，但在配體結合、下游調控功能上均不同。人NRP-1與NRP-2 分別定位于染色體10p12 和2q34，基因長度各為112 kb 和110 kb，均由17 個外顯子和16 個內含子組成。NRP 家族由胞外區(qū)、跨膜區(qū)及胞內區(qū)3部分組成。其中胞外區(qū)又有3個不同的結構域，分別稱為a1/a2，b1/b2 和c。其中a1/a2結構域與b1/b2結構域是NRP-1與配體(Sema3A)結合的位點，b1/b2 區(qū)負責與VEGF165結合并與NRP-1介導細胞的黏附作用有關，a1/a2 區(qū)和c 區(qū)負責形成NRP 二聚體。近膜的c 結構域與NRP-1傳導其配體的信號密切相關[7]。

大量的體外和體內實驗研究證實，NRP-1和NRP-2在多種細胞表面均有一定表達，包括內皮細胞、神經元細胞、胰島細胞、肝細胞、黑色素細胞和成骨細胞等。最新研究表明，NRP表達于多個器官的內皮細胞，如皮膚、乳腺、前列腺、肺、腎臟及膀胱[8]。動脈的內皮細胞主要表達NRP-1，而靜脈及淋巴管的內皮細胞則主要表達NRP-2。在免疫系統中，NRP-1主要表達于胸腺細胞、類漿細胞、樹突細胞、調節(jié)性T細胞。在老鼠體內，NRP-1主要表達于靜息或活化的調節(jié)性T細胞，但在人體內，NRP-1主要表達在活化的調節(jié)性T細胞表面[6]。

2 NRP-1在腫瘤中的作用機制

2011年Jubb等[9]通過抗體染色免疫組織化學分析和原位雜交技術證實了NRP-1，NRP-2在正常組織和腫瘤組織中表達不一致，絕大部分腫瘤細胞、腫瘤新生血管內皮細胞及腫瘤新生淋巴管內皮細胞均會高表達NRP-1和NRP-2。但NRPs在不同腫瘤細胞中的表達明顯不同。對肺癌和乳腺癌患者及大鼠模型的腫瘤細胞的研究發(fā)現，NRP-1在原發(fā)性乳腺癌和轉移性乳腺癌組織中的表達陽性率分別為6%和14%，而在原發(fā)性非小細胞肺癌中為36%，在轉移性非小細胞肺癌中可達50%[9]。Jubb等[9]發(fā)現85%的惡性黑色素瘤患者腫瘤組織中NRP-2表達呈陽性，如果對病理樣本中NRP-1與NRP-2進行復染，NRPs的陽性率可能會更高[10]。由于NRPs可與多種癌癥相關分子相互作用，所以其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機制非常復雜，目前尚無明確的單一結論。NRP-1主要表達在喉癌、食管癌、胃癌、胰腺癌等腫瘤細胞表面，這可能與兩方面因素有關。首先是NRP-1的分布特點，Barr等[11]用5-(6)-羧基氫化熒光素(FAM)標記的抗NRP-1抗體與乳腺癌細胞MDA-MB-231和正常臍靜脈內皮細胞HUVEC分別孵育18 h，在共聚焦顯微鏡下觀察發(fā)現，NRP-1既分布于腫瘤血管內皮細胞上，也直接分布于腫瘤細胞表面上，因此NRP-1可在腫瘤的這兩個部位上分別發(fā)揮作用。另有研究表明，NRP-1還表達于各種間質細胞，如纖維母細胞、免疫細胞等，這些細胞可與腫瘤細胞相互作用；且NRP-1與纖連蛋白結合后可激活α5β1整合素，該整合素調節(jié)纖維母細胞和可溶性纖連蛋白的相互作用，從而促進依賴α5β1整合素的纖連蛋白在腫瘤細胞的聚集，進而促進腫瘤生長[12]。其次，NRP-1作用結果可能根據與其結合配體的不同而不同。研究證實，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種配體結合時發(fā)揮的作用不同[13]。Sema家族與VEGF家族的成員能競爭性與NRP-1結合，相互間可視為拮抗劑。具體來說，如果NRP-1與配體VEGF家族成員結合，則可促進腫瘤血管的新生及腫瘤細胞的增殖；反之，如果NRP-1與配體Sema家族成員結合，則可抑制腫瘤血管的新生及腫瘤細胞的增殖。而NRP-2是腫瘤淋巴管生成過程中一個重要影響因素，Caunt等[14]利用NRP-2的抗體來競爭性抑制NRP-2與VEGF-C的結合，能抑制VEGF-C所誘導的腫瘤細胞向淋巴管內皮細胞的侵襲，抑制腫瘤性淋巴管生成，防止腫瘤向局部及遠端淋巴結轉移。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同抗癌作用[15]。

3 NRP-1與腫瘤治療預后的關系

NRPs在部分人類腫瘤細胞中的過度表達對腫瘤預后有重要影響，包括胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、結腸癌、腎癌，黑色素瘤，膠質母細胞瘤，白血病和淋巴瘤等。在惡性腫瘤中，NRP-1的高表達通常預示不良預后，這可能與NRP-1的表達與腫瘤新生血管相關[9,16-17]。NRP-1可通過依賴于VEGF的方式或獨立作用于VEGF的方式參與腫瘤新生血管的調節(jié)；NRP-1能增強VEGF受體對VEGF的效應，從而增強VEGF信號在細胞間的傳導；或在某些沒有表達VEGF受體而表達了NRP-1的腫瘤細胞中，NRP-1也可與VEGF結合從而誘導腫瘤細胞增殖。研究發(fā)現，NRP-1或NRP-2表達與乳腺癌的不良預后關系密切，目前已被評價為乳腺癌患者術后的一個獨立預后因素[10]，此外，NRPs在腫瘤細胞上表達量的高低，同樣與臨床腫瘤的侵襲性相關，在活檢中發(fā)現惡性程度高的乳腺癌比惡性程度低的表達更多的NRP-1[9]。Hong等[16]發(fā)現NRP-1表達是非小細胞肺癌不良預后的一個獨立因素，抑制NRP-1在肺癌細胞中的表達，能夠降低肺癌的侵襲性并抑制肺癌的遠處轉移。此外，抑制小鼠正常上皮內NRP-1表達，可降低皮膚癌的發(fā)生率。NRP-1與多種生長因子相互作用，如VEGF、TGF-β、肝細胞生長因子(HGF)等都可以促進癌癥的發(fā)生，這些信號通路相互影響，NRP-1在這些應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整合素結合后的TGF-β容易被NRP-1或NRP-2激活，當生長因子(GF)低表達時，活化的TGF-β抑制腫瘤細胞生長；而當其高表達時，活化的TGF-β促進腫瘤遠處轉移[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、轉移整個過程。

4 NRP-1的結構及與C末端元件多肽的特異性結合

每種組織的脈管系統在蛋白質表達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”，這些選擇性表達的蛋白質為特異性診斷和治療的化合物提供靶點。目前，各種各樣的腫瘤導向肽存在于臨床前期和臨床期的發(fā)展中。可是，細胞外基質中血管畸形、纖維變性、收縮有助于增加腫瘤組織液壓力，從而阻礙藥物進入血管外腫瘤組織。晶體學研究表明，VEGF的C末端元件能與NRP-1的b1位點結合[17]。這預示可以通過制備能進入b1位點的小藥盒來抑制NRP-1與VEGF結合，這些藥物可能還同時抑制其他結合于b1位點的配體。Jarvis等[18]最近通過分子設計發(fā)現了一種類似的小藥盒(EG00229)，它能阻止VEGF-A與NRP-1結合，降低肺癌細胞A549的生存能力。值得注意的是，它還能增加細胞毒藥物(如5-氟尿嘧啶)對腫瘤細胞的殺傷效力。Alberici等[19]和Sugahara等[20]報道了一類新的環(huán)狀組織穿透型腫瘤導向肽iRGD多肽(CRGDK/RGPDC)。它包含兩段序列：一段是RGD腫瘤特異性識別序列，可特異地結合在腫瘤血管內皮和腫瘤細胞的整合素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別RGD序列與腫瘤細胞特異性結合，在細胞表面經肽酶剪切后暴露出C末端的R/KXXR/K序列，該序列能被細胞表面的跨膜轉運蛋白NRP-1所識別結合，并進入細胞內部[17,19]。這段C末端序列(R/KXXR/K)能增加多肽對腫瘤組織的穿透性，并能攜帶小分子化學藥物、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?；诋斍皩蛐蛄泻虲末端序列內在化受體這一知識體系，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)。最新人工設計出的一種C末端元件多肽iNGR (CRNGRGPDC)，包含了識別血管內皮細胞CD13的NGR序列，C末端元件序列(RNGR)，以及iRGD中被證實的肽酶酶切位點(GPDC)3個部分。iNGR多肽首先通過NGR序列結合到CD13陽性的腫瘤細胞表面，經肽酶酶切后暴露出C末端元件RNGR，進一步識別和結合NRP-1，從而攜帶藥物進入腫瘤細胞內。裸鼠原位腫瘤模型證實，這種新多肽能有效地結合CD13陽性腫瘤細胞，并能比標準的NGR多肽更加深入腫瘤組織內部，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]。這些結果表明腫瘤特異性組織導向肽能夠根據現有的序列進行設計加工，而這一原理也有望應用于其他疾病的治療。

5 展望

綜上所述，NRP-1在絕大多數腫瘤細胞表面均高表達，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉移過程中發(fā)揮重要作用，是腫瘤細胞的表面標志物之一。如果NRP-1與配體VEGF家族成員結合，則可促進腫瘤血管的新生及腫瘤細胞的增殖。反之，如NRP-1與配體Sema家族成員結合，則可抑制腫瘤血管的新生及腫瘤細胞的增殖。由于NRPs與很多癌癥相關分子相互作用，所以其在腫瘤中的作用機制難以明確。在惡性腫瘤中，NRP-1的高表達通常預示不良預后，這可能與NRP-1促腫瘤血管新生有關。具有C末端R/KXXR/K特征的多肽序列能被細胞表面的跨膜轉運蛋白NRP-1所識別結合，并攜帶藥物分子進入細胞內部；將偶聯藥物分子的CRMP序列與其他腫瘤識別序列偶聯，可進一步增強多肽藥物對腫瘤細胞的篩選結合能力并提高藥物抗腫瘤的效果。

近年來，以NRP-1作為腫瘤治療靶點成為了抗腫瘤研究的熱點之一。例如，用抗體、肽類物質等抑制NRP-1的抗腫瘤療法[5]，藥物既能通過作用于VEGF來調節(jié)NRP-1，研究發(fā)現NRP-1結合肽還能抑制癌細胞生長并增加癌細胞對化療藥的敏感性(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，也有可能被開發(fā)為新型放射性同位素藥物載體，用于改善傳統的放射性粒子包埋技術，達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。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.03.047

國家自然科學基金面上項目(81371585；81301250)。 作者簡介：董萍(1989-)，碩士，主要從事放射性核素標記多肽用于腫瘤靶向治療方向研究?！?/p>

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

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1671-8348(2015)03-0412-03

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2014-11-14)