NRG1/ErbB4信號通路與精神疾病關(guān)聯(lián)的研究進展*

陳彥霖，陳誠，李澤平，王雪靈，焦慧鳳

（1.南昌大學(xué)瑪麗女王學(xué)院，江西 南昌 330031；2.南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，江西 南昌 330031）

神經(jīng)調(diào)節(jié)素1（Neuregulin 1,NRG1）是一類細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，酪氨酸激酶EreB 家族組成其功能性受體。NRG 在發(fā)育中的腦和成熟的腦內(nèi)均有高表達(dá)[1]。多項研究數(shù)據(jù)證明，NRG1和ErbB4基因都是神經(jīng)精神疾病的潛在易感基因，涉及雙向情感障礙和精神分裂癥等[2-3]。神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和大腦活動的穩(wěn)態(tài)是由神經(jīng)元之間信號的精細(xì)傳輸和有序調(diào)節(jié)所調(diào)控[4]。目前已知，NRG1/ErbB4 信號通路可以參與大腦皮質(zhì)內(nèi)信息傳遞和高級功能，其形式是通過調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的遷移、分化和突觸整合等過程[5]。NRG1 作用于ErbB4 受體，使其構(gòu)象發(fā)生改變，其后ErbB4 蛋白二聚體激活酪氨酸激酶，所激活的下游細(xì)胞信號通路參與多種生理病理過程?，F(xiàn)就NRG1/ErbB4 信號通路在不同神經(jīng)精神疾病中的研究進展做一綜述。

1 NRG 與ErbB 受體

當(dāng)表皮生長因子（epidermal growth factor,EGF）或同源物與ErbB 受體結(jié)合時，觸發(fā)多種多樣的細(xì)胞信號通路，導(dǎo)致多元化的細(xì)胞反應(yīng)，包含由細(xì)胞分裂到凋亡、由細(xì)胞分裂到粘附的過程[6]。其可能原理是ErbB 與EGF 結(jié)合后形成同源或者異源二聚體，二聚體在細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸殘基被自身磷酸化，引發(fā)連接分子間復(fù)雜的相互作用。

NRG 屬于含有EGF 樣結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)家族。4個基因NRG1～NRG4分別編碼4 種蛋白NRG1～NRG4。每種NRG 的存在形式都含有多種異構(gòu)體，其中NRG1 有6 種亞型（Ⅰ～Ⅵ）和超過30 種異構(gòu)體[7]。各亞型的氨基酸序列存在較大差異，但有一個共同點就是都含有EGF 結(jié)構(gòu)域，可與ErbB 受體結(jié)合。目前關(guān)于神經(jīng)系統(tǒng)中NRG 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的許多文獻(xiàn)來源于非神經(jīng)元類型中EGF 和NRG 作用的研究[8]。NRGs優(yōu)先與ErbB3 和ErbB4 受體結(jié)合，亦可通過招募ErbB1 或者ErbB2 輔助受體來傳送信號，最終形成同源或者異源二聚體[6]。對神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，已發(fā)現(xiàn)NRGs可調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞、施萬細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的增殖、分化、遷移和存活[9]。對神經(jīng)元，NRGs 促進神經(jīng)元遷移，并選擇性地增加其他神經(jīng)遞質(zhì)受體的表達(dá)[9]。

酪氨酸激酶ErbB 受體可被許多EGF 型蛋白激活，在發(fā)育過程中以及在成熟中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。ErbB1 最早被發(fā)現(xiàn)，隨后其家族擴展到另外3 個基因編碼的蛋白質(zhì)：ErbB2、ErbB3 和ErbB4[6]。在細(xì)胞表面，經(jīng)配體活化后的ErbB 受體以二聚化形式存在。二聚化誘導(dǎo)受體構(gòu)象變化，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)特定酪氨酸殘基磷酸化，之后可募集細(xì)胞內(nèi)信號分子。晶體學(xué)研究已經(jīng)為EGF 受體（包括ErbB 家族的受體）的酪氨酸激酶如何受其EGF 配體調(diào)節(jié)提供了重要的見解：EGF 受體二聚化由獨特的二聚化臂介導(dǎo)，二聚化臂在EGF 結(jié)合后，其結(jié)構(gòu)發(fā)生重排列，激酶位點繼而暴露出來[10]。值得一提的是，NRG1 主要結(jié)合ErbB4 與ErbB3 受體，但酪氨酸激酶ErbB3 受體結(jié)構(gòu)域存在缺陷，不具備催化能力。所以，ErbB4 被鑒定為是實際上的唯一接收NRG1 信號的受體?？傊?，各種NRG 功能取決于多種因素，包括NRG 剪接多態(tài)性，ErbB 受體激活模式，以及細(xì)胞內(nèi)相互作用[6]。

2 神經(jīng)元發(fā)育與可塑性的影響

在發(fā)育中的大腦皮質(zhì)，大部分谷氨酸能神經(jīng)元在腦室區(qū)和室下區(qū)產(chǎn)生，而γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）能神經(jīng)元在神經(jīng)節(jié)隆起中產(chǎn)生，而且其遷移至皮層的遷移方向及遷移機制也有多種[9]。遷移后，兩種類型的神經(jīng)元分化產(chǎn)生軸突和樹突，形成大腦中越來越復(fù)雜的環(huán)路[9]。NRG1/ErbB4 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)涉及皮質(zhì)環(huán)路發(fā)展的多個階段，主要針對GABA 能環(huán)路，而非谷氨酸能神經(jīng)環(huán)路。

2.1 谷氨酸能神經(jīng)元

長久以來，何種神經(jīng)元受NRG1/ErbB4 通路的主要影響是一個爭議性問題。但隨著研究進展，科研人員發(fā)現(xiàn)盡管NRG1/ErbB4 信號通路對中樞神經(jīng)興奮性突觸具有調(diào)節(jié)作用，但并不具有研究價值。這是因為迄今為止未發(fā)現(xiàn)這樣的影響與重要的生理功能與病理機制[7，9]。研究表明，ErbB4 受體錨定在興奮性突觸膜上的方式為：ErbB4 受體胞內(nèi)的PDZ 結(jié)構(gòu)域和谷氨酸能突觸后膜標(biāo)志物突觸后致密蛋白-95（postsynaptic density-95,PSD-95）產(chǎn)生相互作用[11]。PSD-95 是興奮性突觸中的主要支架蛋白，可以控制突觸功能。最為重要的研究成果是，從突觸前NRG1 到突觸后ErbB4 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中斷會導(dǎo)致突觸發(fā)育受損和谷氨酸能神經(jīng)元功能降低[12]。盡管如此，相較于GABA 能神經(jīng)元，谷氨酸能神經(jīng)元的作用已經(jīng)不是研究熱點。

NRG1/ErbB4 信號通路在谷氨酸能突觸發(fā)育過程中的作用可能體現(xiàn)在腦區(qū)和細(xì)胞種類特異性上也存在爭議[8]。在小鼠前腦組織NRG1 基因部分敲除后，N甲基D 天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid,NMDA）受體表達(dá)受限[13]。海馬中間神經(jīng)元中，促進NRG1 于體內(nèi)表達(dá)會加強興奮性突觸形成[14]。然而，在錐體細(xì)胞中NRG1 的過度表達(dá)可以不通過ErbB4，降低海馬體CA1 區(qū)域的錐體細(xì)胞的興奮性遞質(zhì)釋放概率[11]。

2.2 GABA 能神經(jīng)元

GABA 能神經(jīng)元的發(fā)育與NRG 和ErbB 激酶密切相關(guān)。特別是ErbB4，對GABA 能環(huán)路的形成至關(guān)重要，包括GABA 能中間神經(jīng)元的生成、遷移和成熟。NRG 和ErbB 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可影響GABA 能中間神經(jīng)元在神經(jīng)節(jié)隆起中產(chǎn)生和移動到目的地的過程[15-16]。中間神經(jīng)節(jié)隆起（median ganglionic eminence,MGE）即是中間神經(jīng)元最先形成的地方，在小鼠的早期胚胎中，ErbB4 存在于MGE 的祖細(xì)胞中[16]。

目前，NRG1 參與中間神經(jīng)元遷移到皮質(zhì)發(fā)育的過程有2 種模型。一種模型是ErbB4 表達(dá)的中間神經(jīng)元受到NRG1 吸引性影響。NRG1 可溶并具有對神經(jīng)元的吸引性，在紋狀體發(fā)育時期，紋狀體中間神經(jīng)元沿著NRG1 滲透路徑移動。實驗中，如果NRG1/ErbB4 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)丟失，將導(dǎo)致皮質(zhì)中間神經(jīng)元移動的方向改變和出生后皮質(zhì)中GABA 能神經(jīng)元數(shù)量的減少[17]。另一種模型是NRG1 與NRG3 作用于中間神經(jīng)元，產(chǎn)生類似排斥神經(jīng)元的作用[17]。這種排斥力使中間神經(jīng)元從MGE 遷移到皮質(zhì)的過程中匯集起來。這2 種模型共同存在，互相協(xié)調(diào)。

2.3 軸突髓鞘化

髓鞘在神經(jīng)元之間快速傳遞信號起關(guān)鍵的作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system,CNS）中，少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞是軸突髓鞘化的關(guān)鍵神經(jīng)元；而在周圍神經(jīng)系統(tǒng)（peripheral nerveous system,PNS）中，施萬細(xì)胞形成髓鞘。在PNS 中，NRG1/ErbB4 是調(diào)節(jié)施萬細(xì)胞髓鞘化的關(guān)鍵信號分子。研究發(fā)現(xiàn)，施萬細(xì)胞大部分起源于神經(jīng)嵴[18]。NRG1 誘導(dǎo)神經(jīng)嵴細(xì)胞向施萬細(xì)胞前體細(xì)胞（schwann cell precursor,SCP）分化，最終經(jīng)過各種遷移和分化形成施萬細(xì)胞。軸突髓鞘化由徑向排列決定：當(dāng)軸突的直徑≥1 μm 時，施萬細(xì)胞和軸突形成1 ∶1 的關(guān)系，從而包繞軸突形成髓鞘。該過程是由施萬細(xì)胞上的ErbB4 接受軸突信號NRG1，進而導(dǎo)致軸突髓鞘化。若軸突直徑小于1 μm，施萬細(xì)胞則包裹多根軸突，從而不能形成髓鞘，這是因為軸突對NRG1 不表達(dá)或低表達(dá)[19]。其中，NRG1 Ⅲ型對髓鞘化起決定性作用，并且還具有調(diào)節(jié)髓鞘的厚度的作用[20]。另外，研究發(fā)現(xiàn)，NRG1 能夠修復(fù)損傷后的施萬細(xì)胞凋亡，促使施萬細(xì)胞增殖、遷移，從而促進軸突的再生[9]。

在CNS 中，少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞等神經(jīng)細(xì)胞參與髓鞘化的過程。這2 種細(xì)胞存在NMDA 和α 氨基羧甲基異啞惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionicaci,AMPA）受體，2 種受體與ErbB4 受體有部分相同的基因序列。NRG 與ErbB結(jié)合對髓鞘形成具有調(diào)節(jié)作用，故有研究推測存在NRG1 與少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞上的NMDA 和AMPA 受體結(jié)合調(diào)節(jié)髓鞘[21]。

3 疾病的研究進展

以往多關(guān)注雙向情感障礙和精神分裂癥，而近年越來越多研究表明NRG1/ErbB4 信號通路對抑郁癥和壓力有著不可分割的關(guān)系。此外，其對其他疾病等也有廣泛的影響。

3.1 焦慮

焦慮癥是一種常見的精神疾病，且焦慮障礙亦是重度抑郁癥、藥物濫用和精神分裂癥的病因[22]。杏仁核被認(rèn)為是處理恐懼情緒和焦慮至關(guān)重要的部位。杏仁核的基底外側(cè)核（基底外側(cè)杏仁核（basolateral amygdala,BLA）接受來自皮層和丘腦的感覺輸入并傳遞至中央核[22]。紋狀體末端的床核（bed nucleus of the stria terminalis,BNST）被定義為杏仁核延伸的一部分。BNST 在BLA 的下游，其神經(jīng)纖維可投射到涉及焦慮和恐懼反應(yīng)的下丘腦和腦干區(qū)域[22]。BNST 是邊緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為在焦慮的調(diào)節(jié)中起重要作用[23]。研究指出BLA 及BNST 的GABA 能抑制神經(jīng)元被NRG1/ErbB4 信號通路調(diào)控[23-24]。

在BLA 中[23]，內(nèi)源性NRG1/ErbB4 信號通路可以調(diào)節(jié)焦慮樣行為和GABA 釋放，而對谷氨酸能傳遞沒有影響。將NRG1 給予高焦慮小鼠的BLA，焦慮減輕并增強GABA 能神經(jīng)傳遞。外源性NRG1 也在應(yīng)激小鼠中產(chǎn)生抗焦慮作用。而在BNST 中[24]，通過用ecto-ErbB4 中和內(nèi)源性NRG1 或用其特異性抑制劑拮抗ErbB4 受體，阻斷NRG1/ErbB4 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，小鼠產(chǎn)生焦慮反應(yīng)。將外源性NRG1 應(yīng)用于BNST 不會引起抗焦慮作用，表明NRG1 具有飽和活性的特征。將GABA受體拮抗劑注射到BNST 中也導(dǎo)致焦慮相關(guān)行為，這樣的手段不會加深因NRG1/ErbB4阻斷導(dǎo)致的及焦慮，兩者無重疊加強的作用。這表明兩者可能是同一個機制內(nèi)的不同步驟，實驗也通過電生理方式做出佐證。

該研究對焦慮癥的致病機制有重大意義，然而相較于完全了解焦慮的調(diào)控機制，現(xiàn)有的結(jié)果提供的信息很有限。另外，研究表明，BNST 的不同子區(qū)域可能具有相反的效果，不同的神經(jīng)通路和不同的焦慮行為特征相關(guān)聯(lián)，這些通路聯(lián)合造成不同特征組合的焦慮行為狀態(tài)[25]。另外，在恐懼情緒的研究中（恐懼情緒被認(rèn)為是焦慮癥的表現(xiàn)之一，同時也是其他精神疾病的潛在癥狀），恐懼核團內(nèi)的NRG1/ErbB4 水平具有調(diào)節(jié)恐懼情緒的功能。同焦慮核團類似，恐懼情緒的傳遞可以被NRG1/ErbB4 抑制?？偟膩碚f，NRG1/ErbB4信號通路在杏仁核中調(diào)節(jié)焦慮信號傳遞，主要是抑制焦慮信號由上級傳遞至下級神經(jīng)元。通過化學(xué)調(diào)控[25]，證明NRG1 與ErbB4 可以抑制焦慮，且具有飽和性，獨立于其他方式，且在不同區(qū)域中有獨立效果。

3.2 抑郁

一方面焦慮障礙同抑郁癥有著緊密的聯(lián)系，另一方面雙向情感障礙與抑郁有基因?qū)用嫦嚓P(guān)性。焦慮與雙向情感障礙都與NRG1 之間有關(guān)聯(lián)，故可以推測NRG1/ErbB4 信號通路對于抑郁有著影響。近些年研究指出[26]，在患有單相抑郁的患者前額葉灰質(zhì)中，表達(dá)NRG1α 亞型的神經(jīng)元的密度降低。其機制很有可能是某些特定的神經(jīng)元NRG1 表達(dá)大量減少，而導(dǎo)致大腦灰質(zhì)和白質(zhì)神經(jīng)元異常定位，從而產(chǎn)生情感障礙。而對下游的ErbB4 受體，小鼠的模型研究指出，NRG1/ErbB4 與抑郁相關(guān)。由慢性壓力誘發(fā)的抑郁樣行為導(dǎo)致前額葉中NRG1 與pErbB4 上調(diào)，同時抑制ErbB2、pErbB2，并且海馬中ErbB4 激活與下游信號通路受到抑制[27]。

但從基因?qū)用?，現(xiàn)有研究仍有爭議。在針對英國白人的抑郁癥研究中，通過篩查潛在的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms,SNPs），基因分型未能證明NRG1 在抑郁癥中起作用，亦未能證明NRG1基因為抑郁與雙相情感障礙的重疊基因[28]。但是，有關(guān)中國漢族人的研究證實NRG1是人群中主要精神障礙的共同易感基因，即NRG1 存在與抑郁癥的聯(lián)系[29]。一些大數(shù)據(jù)研究表明，NRG基因的突變，與抑郁存在相關(guān)性。雖然NRG 與抑郁癥的聯(lián)系尚足夠不明朗，但是在抑郁癥治療的研究中，NRG 的參與已被證實。研究認(rèn)為[30]，氯胺酮的抗抑郁作用可表現(xiàn)在NRG1/ErbB4 的下調(diào)。該項研究發(fā)現(xiàn)NRG1 上調(diào)與抑郁表現(xiàn)有關(guān)，氯胺酮可以相對下調(diào)NRG1/ErbB4 通路減輕抑郁表現(xiàn)，且NRG1 的外源注射可以抵消氯胺酮影響。選擇性血清素再吸收抑制治療的芬蘭患者研究中，NRG1基因與患者的情緒特征呈相關(guān)性，并表現(xiàn)出在抑郁癥恢復(fù)中存在潛在影響[31]。

NRG1/ErbB4 信號通路對于抑郁的研究尚無明確結(jié)論?，F(xiàn)有的研究僅僅是推測驗證，抑郁樣模型研究NRG1 與ErbB4 水平，得出NRGs 會有多樣變化、藥物抑制NRG1/ErbB4 可以減輕抑郁樣表現(xiàn)的結(jié)論，尚無指導(dǎo)意義。而在基因相關(guān)性的研究中，并沒有很多具有說服力的相關(guān)性報道。

3.3 精神分裂癥

精神分裂癥（Schizophrenia,SZ）與NRG1/ErbB4信號通路的聯(lián)系已有廣泛認(rèn)識。SZ 是一種嚴(yán)重的精神疾病，造成人體思維、認(rèn)知、情感、行為之間的不協(xié)調(diào)，其易受家庭遺傳、環(huán)境和心理等因素的影響。因此，SZ 是一種由多因素決定的精神疾病。已有大量文獻(xiàn)討論這一方面[3，6-7，9]，這里主要回顧重要共識與問題。NRG1和ErbB4是精神分裂的易感基因，在過去的實驗研究中發(fā)現(xiàn)[9]，在精神分裂患者中，NRG1 和ErbB4受體的表達(dá)和信號傳遞受區(qū)域特性影響。即異常的NRG1/ErbB4 信號通路對精神分裂癥患者的不同腦區(qū)的影響是不同的。在精神分裂患者的前額皮質(zhì)，NRG1Ⅰ亞型的表達(dá)增多，NRG1 Ⅱ亞型的表達(dá)減少[32]，并且蛋白質(zhì)表達(dá)ErbB4 體增多[33]。然而，在扣帶皮質(zhì)中NRG1 Ⅱ亞型的表達(dá)增多,并且NRG1 跨膜區(qū)域改變谷氨酸能受體的表達(dá)[34]。在精神分裂患者的海馬體區(qū)域，NRG1 Ⅰ型的表達(dá)也增多[35]。實驗結(jié)果表明NRG1和ErbB4 與精神分裂密切相關(guān)。同時，在精神分裂癥患者中，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量會減少，并且與膠質(zhì)細(xì)胞形成相關(guān)的基因表達(dá)水平也會降低[36]。與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞形成相關(guān)的基因包括NRG1，因此，若NRG1表達(dá)發(fā)生異常時，就可能會影響膠質(zhì)細(xì)胞的功能[37]。

ErbB4同樣也認(rèn)為是精神分裂癥的易感基因，通過對該基因的研究與鑒定，發(fā)現(xiàn)多個相關(guān)的SNPs。關(guān)于ErbB4 缺失的致病機制，一個最關(guān)鍵的問題是：ErbB4 缺失主要是通過發(fā)育階段致病的，還是在發(fā)育后的調(diào)節(jié)過程中致病；這兩者是否共同發(fā)生，還是僅有前者存在。2018年梅林教授[38]指出，通過遺傳操控手段在成年小鼠中表達(dá)ErbB4基因（發(fā)育時期缺失），可以挽救因ErbB4缺失導(dǎo)致的精神分裂癥。這也就意味著，ErbB4不僅僅是發(fā)育過程中缺失致病，成年體內(nèi)的ErbB4缺失也會導(dǎo)致精神分裂癥。

精神分裂癥中NRG1/ErbB4 的致病性已經(jīng)明確。NRG1 和ErbB4 具有區(qū)域特征與精神分裂癥相關(guān)聯(lián)。主要影響GABA 能中間神經(jīng)元，且對神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞也有一定影響。這樣的影響不僅存在發(fā)育中，也存在發(fā)育后。

4 展望

關(guān)于NRG1/ErbB4 信號通路，精神分裂癥和雙相情感障礙已經(jīng)被廣泛研究，焦慮的影響或許是另一個議題。從焦慮的角度，未來可以研究BNST 不同子區(qū)域NRG1/ErbB4 信號通路影響有何不同；NRG1/ErbB4信號通路在不同的杏仁核延伸區(qū)域是否協(xié)同或獨立地調(diào)節(jié)情緒反應(yīng)；NRG1 的飽和活性在不同區(qū)域間存在何種不同。從抑郁的角度，探討NRG1 是否與抑郁癥有關(guān)聯(lián)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)在其他神經(jīng)精神疾病中NRGs 有廣泛作用[39]，值得進一步探討。