HuD蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)中的研究進展*

姜琳耀綜述，劉遠梅審校

（遵義醫(yī)學(xué)院，貴州遵義563000）

HuD蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)中的研究進展*

姜琳耀綜述，劉遠梅審校

（遵義醫(yī)學(xué)院，貴州遵義563000）

蛋白質(zhì)類；神經(jīng)元；基因；HuD蛋白；綜述

HuD蛋白是一種與果蠅屬ELAV蛋白同源的高度保守的神經(jīng)元特異性RNA結(jié)合蛋白Hu家族中的一員，是一種新近發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元標(biāo)志物和特異性抗原。Hu家族包括HuA、HuB、HuC和HuD。HuD蛋白與神經(jīng)發(fā)育中的許多過程相關(guān)，在轉(zhuǎn)錄水平中調(diào)節(jié)神經(jīng)元特異性基因表達，是神經(jīng)元胚胎發(fā)育中生長錐突起形成延伸及成熟神經(jīng)元存活必需的蛋白［1］；同時，HuD蛋白能促使神經(jīng)元干細胞進入細胞有絲分裂循環(huán)周期，參與神經(jīng)元的分化及成熟等過程，是神經(jīng)突起形成的必需蛋白［2］，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)及周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的作用均顯示HuD蛋白對神經(jīng)元的生長發(fā)育和成熟有促進作用［3-5］，但其作用機制不詳。現(xiàn)就近年來HuD蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用及可能調(diào)控機制作一綜述。

1　HuD蛋白的結(jié)構(gòu)及其可能調(diào)控機制

在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，HuD蛋白含有3個RNA結(jié)構(gòu)識別域（RNA recognition motif，RRM），N端2個RRM緊密相連，它們與C端RRM可識別靶mRAN上的相應(yīng)原件。HuD蛋白N端與C端的RRM結(jié)構(gòu)之間通過60～90個氨基酸組成的鏈區(qū)相連，可穿梭于細胞與細胞質(zhì)之間。mRNA的3′非轉(zhuǎn)錄區(qū)（3′untranslated region，3′-UTR）AU富集序列（AU-rich element，ARE）元件可以導(dǎo)致不穩(wěn)定的mRNA迅速降解，HuD蛋白通過其RRMs與ARE元件結(jié)合，參與調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性，從而影響靶基因翻譯［6］。N端RRMs與神經(jīng)系統(tǒng)部分3′-UTR的ARE結(jié)合，C端RRM主要與mRNA的polyA結(jié)合［7］，增加mRNA-HuD復(fù)合體的穩(wěn)定性，正調(diào)控靶基因的表達，HuD的靶mRNA大多參與神經(jīng)細胞增殖［8-9］，如P21、P27、GAP-43等，在神經(jīng)突觸形成中具有重要作用，表明HuD對神經(jīng)元的生長、發(fā)育、分化有促進作用及可能存在多種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的機制［10］。近年來Wang等［11］研究發(fā)現(xiàn)，HuD蛋白對成人室管膜下區(qū)（subventricular zone，SVZ）神經(jīng)干細胞的分化作用機制，可促進成人神經(jīng)干細胞分化成神經(jīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄因子特異結(jié)合DNA（special AT-rich DNA-bindingprotein 1，SATB1），SATB1的mRNA是HuD在神經(jīng)干細胞中的直接目標(biāo)RNA，HuD結(jié)合SATB1 mRNA UTR 3′特定區(qū)域來提高神經(jīng)干細胞神經(jīng)分化過程中其穩(wěn)定性，同時研究還發(fā)現(xiàn)，STAB1是HuD和神經(jīng)元調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)錄激活因子，使HuD蛋白和神經(jīng)元調(diào)節(jié)器形成一個良性循環(huán)，揭示了RNA結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄因子之間的這種正反饋網(wǎng)絡(luò)在神經(jīng)細胞分化過程中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，以及HuD蛋白對SVZ神經(jīng)干細胞的分化作用和可能在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié)機制［12］。

2　HuD蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的研究

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的HuD主要分布在新皮層、海馬CA區(qū)、內(nèi)嗅皮層及小腦投射神經(jīng)元和嗅球的僧帽細胞層和顆粒細胞層［13］。HuD蛋白最早是在伴發(fā)小細胞癌的副腫瘤綜合征中被認識，近年來有證據(jù)表明，HuD的錯誤調(diào)控和突變影響神經(jīng)性疾病和神經(jīng)內(nèi)分泌癌等多種疾病的發(fā)生。在對小細胞肺癌（SCLC）的研究中發(fā)現(xiàn)，HuD作為神經(jīng)內(nèi)分泌因子之一，在SCLC中有著高陽性率表達［14］。有學(xué)者應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR）法確定在所有SCLC細胞中均存在HuD mRNA表達［15］；徐小勇等［16］也通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，在外周血中HuD假陽性率的出現(xiàn)影響了HuD作為SCLC標(biāo)記物的特異性，進一步證實了骨髓中存在HuD。在細胞水平上對神經(jīng)可塑性相關(guān)因子cpg15等神經(jīng)因子的相關(guān)研究中，HuD又被證實在細胞水平上可調(diào)節(jié)cpg15的表達，參與中樞神經(jīng)突起形成和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建［17］。近年來也有文獻報道，HuD在學(xué)習(xí)和記憶過程中具有可塑性作用，在與腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）相關(guān)性研究中進一步證實了HuD在學(xué)習(xí)和記憶過程中的積極作用［18］，發(fā)現(xiàn)高度特異的活動依賴性神經(jīng)元突觸是必要的調(diào)節(jié)突觸，可促進學(xué)習(xí)和記憶，這種可塑性突觸的調(diào)節(jié)過程，可能通過蛋白激酶C（PKC）介導(dǎo)磷酸化的HuD進行調(diào)節(jié)，從而促進樹突BDNF mRNA的翻譯過程。HuD與BDNF mRNA的相互作用能使BDNF合成重要的樹突，以此促進學(xué)習(xí)和記憶。以上研究表明了HuD在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用，但其在轉(zhuǎn)錄水平的具體調(diào)控機制仍不很明確。

3　HuD蛋白在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的研究

目前，對HuD蛋白的研究主要集中在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，而在周圍神經(jīng)系統(tǒng)的研究較少。有文獻報道了其在腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system，ENS）中的作用，ENS是一個復(fù)雜的胃腸道動力和感覺系統(tǒng)，也稱為內(nèi)源性神經(jīng)，是由大量埋在腸壁內(nèi)的神經(jīng)細胞及其突起組成，包括黏膜下神經(jīng)叢和肌間神經(jīng)叢，腸神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)育異常是導(dǎo)致胃腸道功能障礙的重要原因［19］。ENS負責(zé)調(diào)控腸道分泌、運動功能，其發(fā)育異常在臨床上可表現(xiàn)為便秘、腹脹等癥狀。HuD蛋白能促使神經(jīng)元干細胞進入細胞有絲分裂循環(huán)周期，是參與神經(jīng)元分化及成熟等過程中的必需蛋白，所以，用神經(jīng)元的特異性抗原HuD蛋白標(biāo)記，可以觀察腸道神經(jīng)系統(tǒng)的胚胎發(fā)育過程［20］。先天性巨結(jié)腸（hirschsprung disease，HD）的研究表明，HD病變腸管的黏膜下和肌間神經(jīng)叢神經(jīng)節(jié)細胞缺如，抗HuD蛋白抗體反應(yīng)呈陰性，在其巨結(jié)腸同源病中的表達也明顯減少，提示HuD蛋白的表達減少可能導(dǎo)致腸神經(jīng)系統(tǒng)胚胎發(fā)育、成熟出現(xiàn)障礙，導(dǎo)致腸神經(jīng)細胞缺失或神經(jīng)節(jié)細胞減少［2-3，20］。de Giorgio等［21］對HuD抗體與豚鼠腸神經(jīng)元的體外培養(yǎng)提示，Anti-Hu抗體可誘導(dǎo)腸神經(jīng)元凋亡，導(dǎo)致腸道動力障礙。以上研究表明，HuD蛋白的缺失或減少可影響HD患兒的ENS神經(jīng)發(fā)育和遷移異常，導(dǎo)致神經(jīng)軸突異常，不能形成良好的神經(jīng)肌肉連接，可能是導(dǎo)致HD發(fā)病的因素之一。在腸易激綜合征（IBS）研究中也提到，在IBS患者血清中Anti-Hu抗體的高表達［22］，用免疫印跡法、ELISA法檢測血清Anti-Hu抗體發(fā)現(xiàn)Anti-Hu抗體，在IBS患者中有高陽性率表達，從而表明Anti-Hu抗體可能是導(dǎo)致IBS的原因之一。早在1989年就有研究證實，自體坐骨神經(jīng)移植可促進視神經(jīng)再生［23］；在神經(jīng)再生中HuD的表達與神經(jīng)生長因子43（GAT-43）等類似，并且二者還有協(xié)同作用，HuD可以延長GAP-43的半衰期，促進神經(jīng)再生［24］。近年也有文獻報道，通過免疫組化、免疫熒光等方法檢測到，在大鼠視神經(jīng)及晶狀體上皮細胞中HuDmRNA明顯增加［25］，還驗證了HuD和神經(jīng)生長因子GAP-43的協(xié)同作用，表明在大鼠視神經(jīng)中HuD蛋白參與了其生長、分化、再生的過程，提示了HuD蛋白在神經(jīng)再生中的作用。

4　展望

綜上所述，HuD蛋白對神經(jīng)元的成熟、分化及神經(jīng)再生有著重要作用，在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)神經(jīng)元特異性基因的表達，是神經(jīng)元胚胎發(fā)育中生長錐突起形成延伸及成熟神經(jīng)元存活必需的蛋白。目前，HuD蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的研究日漸成熟，但是在周圍神經(jīng)系統(tǒng)特別是腸神經(jīng)系統(tǒng)中的研究還十分局限。以上研究僅僅報道了HuD蛋白在HD病變腸管中的異常表達，提示了HuD蛋白對ENS發(fā)育起著重要作用，但是其具體作用機制多樣且復(fù)雜，特別是在轉(zhuǎn)錄水平上的作用機制及其與其他蛋白的協(xié)同作用還需要進一步研究。目前基因敲除技術(shù)為HuD蛋白的研究提供了良好的平臺，可以更加明確地了解HuD蛋白介導(dǎo)的相關(guān)疾病。近年來在小兒先天性肛門直腸畸形（ARM）的研究中發(fā)現(xiàn)，ARM術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生可能與腸神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常有關(guān)［26-27］，但是HuD是否參與了ARM腸神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程，是否能促進ARM患兒腸神經(jīng)元的生長、發(fā)育、分化等過程，目前尚鮮有報道。希望今后在HuD的研究中，對小兒先天性腸神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常性疾?。ㄈ鏏RM、HD等疾?。┑难芯恐性缛胀黄破款i，解決這類患兒的腸神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)、再生等臨床問題，減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。

［1］Pascale A，Gusev PA，Amadio M，et al.Increase of the RNA-binding protein HuD and posttranscriptional up-regulation of the GAP-43 gene during spatial memory［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2004，101（5）：1217-1222.

［2］Toba G，Qui J，Koushika SP，et al.Ectopic expression of Drosophila ELAV and human HuD in Drosophila wing disc cells reveals functional distinctions and similarities［J］.J Cell Sci，2002，115（Pt 11）：2413-2421.

［3］杜勇，施誠仁，潘駿，等.先天性巨結(jié)腸HuD蛋白表達的實驗研究［J］.臨床小兒外科雜志，2005，4（5）：345-348.

［4］Akamatsu W，F(xiàn)ujihara H，Mitsuhashi T，et al.The RNA-binding protein HuD regulates neuronal cell identity and maturation.The RNA-binding protein HuD regulates neuronal cellidentity and maturation［J］.Proc Natl AcadSci USA，2005，102（12）：4625-4230.

［5］DeBoer EM，Azevedo R，Vega TA，et al.Prenatal deletion of the RNA-binding protein HuD disrupts postnatal cortical circuit maturation and behavior［J］.J Neurosci，2014，34（10）：3674-3686.

［6］Cuadrado A，Navarro-Yubero C，F(xiàn)urneaux H，et al.HuD binds to three AU-rich sequences in the 3′-UTR of neuroserpin mRNA and promotes the accumulation of neuroserpin mRNA and protein［J］.Nucleic Acids Res，2002，30（10）：2202-2211.

［7］Fallini C，Zhang H，Su Y，et al.The survival of motor neuron（SMN）protein interacts with the mRNA-binding protein HuD and regulates localization of poly（A）mRNA in primary motor neuron axons［J］.J Neurosci，2011，31（10）：3914-3925.

［8］Mobarak CD，Anderson KD，Morin M，et al.The RNA-binding protein HuD is required for GAP-43 mRNA stability，GAP-43 gene expression，and PKC-dependent neurite outgrowth in PC12 cells［J］.Mol Biol Cell，2000，11（9）：3191-3203.

［9］Bolognani F，Contente-Cuomo T，Perrone-Bizzozero NI.Novel recognition motifs and biological functions of the RNA-binding protein HuD revealed by genome-wide identification of its targets［J］.Nucleic Acids Res，2010，38（1）：117-130.

［10］Yoo S，Kim HH，Kim P，et al.A HuD-ZBP1 ribonucleoprotein complex localizes GAP-43 mRNA into axons through its 3′untranslated region AU-rich regulatory element［J］.J Neurochem，2013，126（6）：792-804.

［11］Wang F，Tidei JJ，Polich ED，et al.Positive feedback between RNA-binding protein HuD and transcription factor SATB1 promotes neurogenesis［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2015，112（36）：E4995-5004.

［12］Bronicki LM，Bélanger G，Jasmin BJ.Characterization of multiple exon 1 variants in mammalian HuD mRNA and neuron-specific transcriptional control via neurogenin 2［J］.J Neurosci，2012，32（33）：11164-11175.

［13］Wang F，Tidei JJ，Polich ED，et al.Positive feedback between RNA-binding protein HuD and transcription factor SATB1 promotes neurogenesis［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2015，112（36）：E4995-5004.

［14］Smith CL，Afroz R，Bassell GJ，et al.GAP-43 mRNA in growth cones is associated with HuD and ribosomes［J］.J Neurobiol，2004，61（2）：222-235.

［15］Anderson KD，Morin MA，Beckel-Mitchener A，et al.Overexpression of HuD，but not of its truncated form HuDⅠ+Ⅱ，promotes GAP-43 gene expression and neurite outgrowth in PC12 cells in the absence of nerve growth factor［J］.J Neurochem，2000，75（3）：1103-1114.

［16］徐小勇，施毅，宋勇，等.骨髓HuD-mRNA表達在小細胞肺癌微轉(zhuǎn)移檢測中的意義［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2004，17（9）：808-811.

［17］Akten B，Kye MJ，Hao le T，et al.Interaction of survival of motor neuron（SMN）and HuD proteins with mRNA cpg15 rescues motor neuron axonal deficits［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2011，108（25）：10337-10342.

［18］Lim CS，Alkon DL.Protein kinase C stimulates HuD-mediated mRNA stability and protein expressionof neurotrophic factors and enhances dendritic maturation of hippocampal neurons in culture［J］.Hippocampus，2012，22（12）：2303-2319.

［19］施誠仁，張忠德.腸神經(jīng)節(jié)發(fā)育異常癥研究進展［J］.臨床兒科雜志，2013，31（5）：484-487.

［20］Butler Tjaden NE，Trainor PA.The developmental etiology and pathogenesis of Hirschsprung disease［J］.Transl Res，2013，162（1）：1-15.

［21］de Giorgio R，Volta U，Stanghellini V，et al.Neurogenic chronic intestinal pseudo-obstruction：antineuronal antibody-mediated activation of autophagy via Fas［J］.Gastroenterology，2008，135（2）：601-609.

［22］Wood JD，Liu S，Drossman DA.Anti-enteric neuronal antibodies and the irritable bowel syndrome［J］.J Neurogastroenterol Motil，2012，18（1）：78-85.

［23］Carter DA，Bray GM，Aguayo AJ.Regenerated retinal ganglion cell axons can form well-differentiated synapses in the superior colliculus of adult hamsters［J］.J Neurosci，1989，9（11）：4042-4050.

［24］Sellés-Navarro I，Ellezam B，F(xiàn)ajardo R，et al.Retinal ganglion cell and nonneuronal cell responses to a microcrush lesion of adult rat optic nerve［J］. Exp Neurol，2001，167（2）：282-289.

［25］Bitel CL，Perrone-Bizzozero NI，F(xiàn)rederikse PH.HuB/C/D，nPTB，REST4，and miR-124 regulators of neuronal cell identity are also utilized in the lens［J］.Mol Vis，2010（16）：2301-2316.

［26］Liu YM，Kong M，Jin Z，et al.Expression of the P2Y2 receptor in the terminal rectum of fetal rats with anorectal malformation［J］.Int J Clin Exp Med，2015，8（2）：1669-1676.

［27］Wang H，Hughes I，Planer W，et al.The timing and location of glial cell line-derived neurotrophic factor expression determine enteric nervous system structure and function［J］.J Neurosci，2010，30（4）：1523-1538.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.09.020

A

1009-5519（2016）09-1338-03

國家自然科學(xué)基金資助項目（81360067）。

（2016-01-19）