富亮氨酸纖連跨膜蛋白3調(diào)控個(gè)體發(fā)育及相關(guān)疾病的研究進(jìn)展*

張 鳴 綜述，李偉豪，許艷華 審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院正畸科 650000)

富亮氨酸纖維連接跨膜蛋白(fibronectin leucine-rich transmembrane protein，F(xiàn)LRT)家族最初在人類骨骼肌細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的篩選中被發(fā)現(xiàn)。FLRT3作為其家族主要成員之一，由10個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列(leucine-rich repeats，LRR)、Ⅲ型纖連蛋白域(type Ⅲ fibronectin domain，F(xiàn)NⅢ)、跨膜結(jié)構(gòu)域和短的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)尾部構(gòu)成[1]。FLRT3定位于細(xì)胞膜上，廣泛分布在腎臟、腦、胰腺、骨骼肌、肺、肝、胎盤和心臟等重要臟器，在胚胎發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中也扮演著重要的角色。越來(lái)越多的研究表明，F(xiàn)LRT3在顱頜面部發(fā)育中調(diào)節(jié)神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移、軟骨形成和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[2]，并且充當(dāng)顱頜面部血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)介質(zhì)，參與顱頜面部血管的生成及構(gòu)型[3]。此外，F(xiàn)LRT3還可誘導(dǎo)神經(jīng)性疼痛的發(fā)生，與注意力缺陷/多動(dòng)障礙有關(guān)[4]。FLRT3被證實(shí)在結(jié)腸癌、黑色素瘤、前列腺癌等癌癥中幫助癌細(xì)胞逃避宿主的免疫監(jiān)視，促使疾病惡化[2]。目前對(duì)FLRT3的研究還較為局限，深入了解FLRT3的潛在功能和調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)進(jìn)一步研究顱頜面生長(zhǎng)發(fā)育及相關(guān)疾病的防治具有重要意義，為此筆者對(duì)FLRT3在個(gè)體發(fā)育及相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 FLRT3的分子結(jié)構(gòu)

FLRT3的分子結(jié)構(gòu)中包含了10個(gè) LRR、FNⅢ結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和短的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)尾。LRR區(qū)域可以促進(jìn)同型細(xì)胞分選/黏附；FNⅢ結(jié)構(gòu)域可與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)受體(FGFR)結(jié)合；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)尾可增強(qiáng)FGF信號(hào)傳導(dǎo)，還具有使細(xì)胞去黏附的功能[5]。FLRT3蛋白的亞細(xì)胞定位表明，F(xiàn)LRT3的前28個(gè)氨基酸生成了一個(gè)HA-FLRT3構(gòu)建體，該構(gòu)建體包含一個(gè)鼠IgK鏈V-J2-C信號(hào)肽和一個(gè)融合到FLRT3氨基酸29～649位上的HA標(biāo)記序列,見圖1。

圖1 FLRT3結(jié)構(gòu)顯示了信號(hào)肽、富含亮氨酸的重復(fù)序列、Ⅲ型纖連蛋白域和跨膜結(jié)構(gòu)域的相對(duì)位置

2 FLRT3在胚胎發(fā)育中的功能作用

顱頜面形態(tài)發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及許多生物學(xué)效應(yīng)，以協(xié)調(diào)神經(jīng)嵴細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、遷移和隨后的分化[6]。在脊椎動(dòng)物顱面區(qū)發(fā)育的早期，神經(jīng)嵴細(xì)胞首先沿著神經(jīng)管的背側(cè)邊緣形成。這些細(xì)胞起源于后中腦和后腦的神經(jīng)褶皺，并遷移到咽弓，在那里它們分化為骨、軟骨及面頸部的結(jié)締組織。大多數(shù)面部結(jié)構(gòu)來(lái)源于第一咽弓的上頜突和下頜突，上皮細(xì)胞和神經(jīng)嵴細(xì)胞來(lái)源的外胚層細(xì)胞之間的信號(hào)交換導(dǎo)致了面部骨骼、牙齒和毛發(fā)等結(jié)構(gòu)的形成[7]。

FLRT3在顱頜面發(fā)育過(guò)程中介導(dǎo)神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移、軟骨形成和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等重要活動(dòng)。胚胎發(fā)育期，F(xiàn)LRT3最初在頂端外胚層嵴(apical ectodermal crest，AER)和下層間充質(zhì)中表達(dá)，隨后被限制于頂嵴背腹側(cè)、后肢、胸帶和骨盆帶區(qū)域[2]。在顱頜面發(fā)育早期，F(xiàn)LRT3最初存在于中腦，之后位于咽部。在上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的部位，例如牙胚、毛囊和眼睛中也可發(fā)現(xiàn)FLRT3的表達(dá)。從細(xì)胞水平上來(lái)看，F(xiàn)LRT3的表達(dá)局限于下頜原基和前鼻區(qū)上皮下方的間充質(zhì)及融合之前的內(nèi)外側(cè)鼻突上皮細(xì)胞中。在牙胚蕾狀期至帽狀期階段，F(xiàn)LRT3在最終形成成釉細(xì)胞的上皮細(xì)胞中表達(dá)，且位于整個(gè)成牙本質(zhì)細(xì)胞層及上皮根鞘中。

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)在顱頜面骨的發(fā)育中，參與調(diào)節(jié)軟骨內(nèi)成骨和膜內(nèi)成骨，是成骨前體細(xì)胞形成的關(guān)鍵，阻斷顱神經(jīng)嵴細(xì)胞中的BMP2和BMP4可以使目標(biāo)區(qū)域的神經(jīng)嵴細(xì)胞消失[8]。FLRT3與BMP4密切相關(guān)，它不僅存在于大腦和眼睛，并且在中鼻突外胚層下的間質(zhì)及下頜原基生長(zhǎng)區(qū)域與BMP4的表達(dá)相重疊，參與指導(dǎo)上下頜原基的生長(zhǎng)[9]。在肢體形成、心臟分化和前腦發(fā)育過(guò)程中，BMP 信號(hào)可以通過(guò)抑制FLRT3的表達(dá)來(lái)下調(diào) FGF。這一作用可能與T-box 轉(zhuǎn)錄因子2(Tbx2)有關(guān)，Tbx2可以直接與 FLRT3 基因啟動(dòng)子區(qū)域的T-box 元件結(jié)合[10]。由此可見，F(xiàn)LRT3可能參與顱頜面部的成骨分化過(guò)程[11]，并在一定情況下起到抑制BMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用，BMP信號(hào)傳導(dǎo)通過(guò)抑制FLRT3的表達(dá)，與FGF信號(hào)通路形成了新型串?dāng)_，F(xiàn)LRT/BMP信號(hào)傳導(dǎo)的階段性表達(dá)可能是調(diào)節(jié)顱頜面發(fā)育的重要途徑[11]。

此外，F(xiàn)LRT3還介導(dǎo)了顱頜面部血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的存活、遷移及管腔的形成等功能，參與了顱頜面部血管的生成及構(gòu)型[3]。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子是血管生成中內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)揮功能的關(guān)鍵介質(zhì)，F(xiàn)LRT3在未受刺激的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中停止轉(zhuǎn)錄，經(jīng)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子刺激后，新的RNA和mRNA水平迅速上調(diào)，這提示FLRT3的表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄延伸階段。siRNA阻斷FLRT3可降低內(nèi)皮細(xì)胞的存活率，在創(chuàng)傷愈合實(shí)驗(yàn)中可促進(jìn)細(xì)胞遷移和傷口閉合。FLRT3在內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)揮著獨(dú)特的作用，是參與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)控軸突引導(dǎo)相關(guān)因子中的新成員。但目前對(duì)于FLRT3與FGF和BMP信號(hào)通路在下頜生長(zhǎng)發(fā)育中的關(guān)系及Tbx2在其中所扮演的角色尚不清楚，在顱頜面部血管中，F(xiàn)LRT3又是通過(guò)何種機(jī)制參與血管生成的，今后還需進(jìn)一步探究。

3 FLRT3與疾病

3.1 神經(jīng)系統(tǒng)性疾病

神經(jīng)性疼痛是一種慢性疾病，通常在神經(jīng)損傷后發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致超敏反應(yīng)或異常性疼痛，其特征是在脊髓背角處出現(xiàn)神經(jīng)元興奮性異常。FLRT3是神經(jīng)突增生，軸突和細(xì)胞黏附的調(diào)節(jié)劑，在周圍神經(jīng)損傷后的背角中上調(diào)。脊髓性FLRT3參與并誘導(dǎo)了神經(jīng)性疼痛，源自受損背根神經(jīng)節(jié)中的FLRT3，可增加背角的興奮性并誘導(dǎo)機(jī)械異常性疼痛[12]。成熟的外周神經(jīng)系統(tǒng)(peripheral nervous system，PNS)具有在軸突損傷后使其存活并再生的能力，F(xiàn)LRT3則促進(jìn)了軸突再生。在成人神經(jīng)系統(tǒng)中，F(xiàn)LRT3豐富存在于海馬體、基底神經(jīng)節(jié)、CA3區(qū)域及小腦顆粒層中[13]。周圍神經(jīng)損傷及坐骨神經(jīng)損傷后， FLRT3的表達(dá)急劇上調(diào)，隨后被轉(zhuǎn)運(yùn)到外周和中樞，聚集于突觸前軸突末端[14]。FLRT3還可以通過(guò)增強(qiáng)FGF信號(hào)，刺激施萬(wàn)細(xì)胞有絲分裂，從而在PNS中誘導(dǎo)軸突再生[15]。由此可見，盡管FLRT3導(dǎo)致了神經(jīng)性疼痛，但也有促進(jìn)軸突再生從而修復(fù)神經(jīng)損傷的作用。

注意力缺陷/多動(dòng)障礙是一種常見的神經(jīng)發(fā)育障礙，具有終生損害[16]。該疾病的持續(xù)性與神經(jīng)精神疾病的易感性有關(guān)，如抑郁、焦慮等。功能磁共振研究已多次證實(shí)注意力缺陷/多動(dòng)障礙患者的紋狀體表現(xiàn)為灰質(zhì)體積和功能減少[17]。FLRT3參與了注意力缺陷/多動(dòng)障礙的病理生理過(guò)程。蛛毒素受體3(latrophilin 3，LPHN3)是一種突觸黏附G蛋白偶聯(lián)受體，可與內(nèi)源性配體FLRT3相結(jié)合，跨突觸的LPHN3-FLRT3相互作用是谷氨酸能信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心，因此也是調(diào)節(jié)突觸強(qiáng)度和密度的關(guān)鍵[18]。高活性紋狀體中LPHN3和FLRT3表達(dá)水平的降低導(dǎo)致突觸強(qiáng)度和密度降低，從而引發(fā)了紋狀體中興奮性突觸減少或異常，最終導(dǎo)致了注意力缺陷/多動(dòng)障礙癥狀的發(fā)生[19]。FLRT3表達(dá)水平的維持對(duì)注意力缺陷/多動(dòng)障礙的預(yù)防及治療至關(guān)重要。

3.2 癌癥

FLRT3作為一種跨膜蛋白和轉(zhuǎn)錄抑制因子，在癌癥病理學(xué)中具有重要意義。FLRT3與已建立的結(jié)腸癌調(diào)控因子共同發(fā)生，其表達(dá)水平的升高與較差的患者存活率相關(guān)[20]。在黑色素瘤和其他許多癌癥類型中，腫瘤抑制基因p14ARF因缺失/突變而失活，并通過(guò)促進(jìn)p53介導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯和凋亡，以及p53非依賴性機(jī)制，抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)。FLRT3是p14ARF的下游靶點(diǎn)，受p14ARF調(diào)控。p14ARF的突變通過(guò)調(diào)節(jié)FLRT3的表達(dá)來(lái)激活對(duì)黑色素瘤發(fā)展必不可少的FGF信號(hào)通路。當(dāng)p14ARF功能喪失時(shí)，F(xiàn)LRT3便調(diào)控黑色素瘤的發(fā)展[21]。

此外，F(xiàn)LRT3還與腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲有關(guān)，影響著癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、正常細(xì)胞死亡和傷口愈合[22]。FLRT3與P4HA1在侵襲性前列腺癌中特異性表達(dá)，P4HA1的高表達(dá)加速了前列腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲，F(xiàn)LRT3則在P4HA1介導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞遷移和侵襲中起關(guān)鍵作用[23]，促進(jìn)了前列腺癌的發(fā)展。同時(shí)，F(xiàn)LRT3也參與了一些液體腫瘤，如急性髓系白血病的發(fā)展，通過(guò)生物信號(hào)途徑幫助癌細(xì)胞實(shí)現(xiàn)免疫逃逸[24]。

肺鱗狀細(xì)胞癌是肺癌的主要亞型。近期有學(xué)者發(fā)現(xiàn)LUSC中10個(gè)中樞基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，于是構(gòu)建了新的7個(gè)基因標(biāo)記。其中，F(xiàn)LRT3作為肺鱗狀細(xì)胞癌獨(dú)有的預(yù)后標(biāo)記，在肺鱗狀細(xì)胞癌總體生存率中具有重要的預(yù)測(cè)價(jià)值[25]。還有研究尋找了與頭頸部鱗狀細(xì)胞癌相關(guān)的基因，發(fā)現(xiàn)FLRT3也在其中顯著表達(dá)[26]。由此可見，F(xiàn)LRT3 與多種癌癥的發(fā)生發(fā)展都緊密相關(guān)，未來(lái)還應(yīng)探索它的作用機(jī)制，延緩甚至抑制癌細(xì)胞的侵襲和擴(kuò)散，開發(fā)針對(duì)性藥物阻斷癌細(xì)胞的免疫逃逸，尋求更好的臨床治療方法。

4 FLRT3的信號(hào)調(diào)控分子機(jī)制

在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，AER對(duì)肢體發(fā)育起關(guān)鍵作用，F(xiàn)LRT3可在BMP和WNT信號(hào)調(diào)控下，調(diào)節(jié)AER與下層間充質(zhì)細(xì)胞間的黏附以確定嵴的背腹位置，促進(jìn)AER的形成和維持[27]。FGF活性和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)途徑的激活對(duì)AER來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在AER形成前，通過(guò)FGF10→FGFR2b→ Wnt/β-catenin→FGF8信號(hào)級(jí)聯(lián)在肢芽形成區(qū)域的外胚層細(xì)胞中誘導(dǎo)了FGF8的表達(dá)。來(lái)自間充質(zhì)的FGF10通過(guò)Wnt3a向AER發(fā)出信號(hào)，從而激活了FGF8。其中Wnt3a誘導(dǎo)了AER中FLRT3的表達(dá)，BMP則特異性抑制了AER中FLRT3的表達(dá)。最終，F(xiàn)GF與FLRT3一起激活ERK途徑，維持了AER的完整性[28]。

已往的研究表明，F(xiàn)LRT3在原腸胚階段引導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)并調(diào)節(jié)FGF信號(hào)[29]。FLRT3作為FGF-MAPK信號(hào)的正向調(diào)節(jié)劑，與FGF受體FGFR相互作用調(diào)節(jié)FGF并指導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)[30]。FLRT3與FGF8的表達(dá)位點(diǎn)相吻合，通過(guò)Ras-MAPK途徑增強(qiáng)FGF8信號(hào)的同時(shí)也受FGF8信號(hào)的正向調(diào)控[31]。在胚胎發(fā)育期，細(xì)胞間黏附有利于協(xié)調(diào)組織運(yùn)動(dòng)及細(xì)胞排列。其中，Activin/Nodal介導(dǎo)了形態(tài)發(fā)生的信號(hào)通路，即Activin/Nodal→FLRT3/Rnd1→C-cadherin，F(xiàn)LRT3可通過(guò)Rnd1抑制C-cadherin介導(dǎo)的細(xì)胞間黏附。在小鼠早期發(fā)育中敲除FLRT3會(huì)導(dǎo)致各種形態(tài)缺失，因?yàn)镕LRT3或Rnd1的缺失影響了胚胎的收縮和延伸運(yùn)動(dòng)[32]。FLRT3的LRR區(qū)域促進(jìn)同型細(xì)胞分選/黏附，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)尾通過(guò)Rnd1使細(xì)胞去黏附，這種雙重功能在形態(tài)發(fā)生中十分關(guān)鍵[33]，使得FLRT3既可以減小原腸胚細(xì)胞間黏附性使其移動(dòng)，又可以將同型細(xì)胞群聚集在一起防止組織崩解。Netrin受體Unc5B則與FLRT3在結(jié)構(gòu)和功能上相互作用，調(diào)節(jié)其整體粘合性能。最近，LI等[34]還發(fā)現(xiàn)了1種PAPC-FLRT3-cadherin復(fù)合物，近軸原鈣黏蛋白將FLRT3的活性維持在最佳水平，使FLRT3可以生理性調(diào)節(jié)C-cadherin的黏附作用。

在神經(jīng)系統(tǒng)中，F(xiàn)LRT3作為軸突導(dǎo)引信號(hào)的相關(guān)調(diào)制器正確引導(dǎo)了軸突的發(fā)育。FLRT3的胞外域從神經(jīng)元脫落，充當(dāng)遷移神經(jīng)元(表達(dá)Unc5B)的突觸排斥性指導(dǎo)分子，在胚胎發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮軸突引導(dǎo)的功能[35]。在下丘腦神經(jīng)元發(fā)育過(guò)程中，F(xiàn)LRT3作為Robo1的共受體，可以調(diào)節(jié)Netrin-1/Slit1信號(hào)，在喙端丘腦皮層軸突中影響Netrin-1的吸引力。FLRT3修改了Slit1信號(hào)下游Robo1的功能，激活了蛋白激酶A，從而上調(diào)了生長(zhǎng)錐表面的結(jié)腸癌缺失蛋白(DCC)，使喙端丘腦皮層軸突被Netrin-1所吸引[36]。LPHN3是具有多個(gè)跨突觸配體的細(xì)胞黏附分子，介導(dǎo)由黑寡婦蜘蛛毒素拉特羅毒素引起大規(guī)模突觸胞吐作用，并且通過(guò)與多種異親配體結(jié)合跨神經(jīng)元相互作用[37]。LPHN3與FLRT3作為跨突觸配體-受體對(duì)，它們之間的相互作用是突觸發(fā)育和功能所必需的，尤其是對(duì)興奮性突觸而言[38]。FLRT3還可同時(shí)結(jié)合LPHN3及Unc5D，形成三聚體復(fù)合物，LPHN3/FLRT3和FLRT3/Unc5D之間的相互作用有助于突觸形成和突觸傳遞[39]。在海馬體中，F(xiàn)LRT3和teneurin-2兩個(gè)黏附分子同時(shí)與LPHN3結(jié)合，并跨突觸相互作用來(lái)誘導(dǎo)特異性突觸的形成[40-41]。

在癌癥的發(fā)展中，P4HA1可加速侵襲性前列腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。FLRT3可被P4HA1負(fù)向調(diào)控，抑制P4HA1會(huì)使FLRT3在腫瘤中被激活。相反，P4HA1過(guò)表達(dá)后會(huì)削弱腫瘤抑制因子FLRT3的表達(dá)，從而觸發(fā)癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。與此同時(shí)，F(xiàn)LRT3還通過(guò)FLRT3/LPHN/TIM-3/Galectin-9途徑參與調(diào)控癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，使癌細(xì)胞運(yùn)行各種有效的分子和信號(hào)機(jī)制逃避宿主的免疫監(jiān)視。神經(jīng)元受體LPHN1及其配體FLRT3觸發(fā)的TIM-3-Galectin-9途徑被眾多人類癌細(xì)胞所操控，在很多癌細(xì)胞中都發(fā)揮作用，尤其是乳腺癌細(xì)胞系和原發(fā)腫瘤。來(lái)自多種不同癌癥的人類細(xì)胞系都可檢測(cè)到TIM-3和Galectin-9，并且表達(dá)至少一種LPHN亞型和FLRT3。一些液體腫瘤(急性髓系白血病)和一些實(shí)體腫瘤(結(jié)直腸腫瘤)都運(yùn)行TIM-3-Galectin-9分泌途徑，急性髓系白血病癌細(xì)胞分泌Galectin-9后使細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞失效，從而發(fā)生免疫逃逸。乳腺腫瘤細(xì)胞中的FLRT3/LPHN/TIM-3/Galectin-9途徑則是將Galectin-9轉(zhuǎn)移到細(xì)胞表面[24]。

5 小結(jié)與展望

FLRT3在口腔顱頜面生長(zhǎng)發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等方面具有廣泛的功能，參與了諸多重要臟器的形成，并且還與神經(jīng)性疼痛、注意力缺陷/多動(dòng)障礙及多種癌癥的發(fā)展緊密相關(guān)。然而，關(guān)于FLRT3的研究仍存在許多尚待發(fā)現(xiàn)和急需解決的問(wèn)題。越來(lái)越多的研究表明，F(xiàn)LRT3在顱頜面成骨形成過(guò)程中具有顯著的時(shí)空表達(dá)特異性，但有關(guān)FLRT3的分子機(jī)制仍未闡明。因此，深入探索FLRT3在顱頜面生長(zhǎng)發(fā)育及在相關(guān)疾病中的功能機(jī)制具有重要意義，可為相關(guān)臨床疾病的預(yù)防及治療提供新的方向。