董 萍 綜述，蔡華偉，李 林 審校

(四川大學(xué)華西醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，成都 610041)

·綜述·

神經(jīng)纖毛蛋白-1與腫瘤的關(guān)系*

董 萍 綜述，蔡華偉，李 林△審校

(四川大學(xué)華西醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，成都 610041)

神經(jīng)系統(tǒng)；纖毛；神經(jīng)纖毛蛋白-1；腫瘤；C末端元件多肽；綜述

神經(jīng)纖毛蛋白-1(neuropilin-1,NRP-1)為一種多功能信號傳導(dǎo)跨膜蛋白，其參與轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)等信號通路的信號傳導(dǎo)[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(guān)于NRP-1的研究已從最初的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育擴展到血管形成、腫瘤發(fā)生與發(fā)展、造血系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)功能等多個領(lǐng)域[4]，而關(guān)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(nèi)皮細胞及腫瘤細胞，可作為血管內(nèi)皮生長因子165(VEGF165)及與血管新生相關(guān)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(yù)后的獨立危險因素[5]。Teesalu等[6]研究發(fā)現(xiàn)，具有C末端R/KXXR/K(X為任意氨基酸)特征的腫瘤導(dǎo)向肽能與NRP-1高效、特異性結(jié)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(jié)合，在細胞表面經(jīng)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(zhuǎn)運蛋白NRP-1所識別結(jié)合，并攜帶進入細胞內(nèi)部。

1 NRP-1的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性

1995年Fujisawa等首次報道位于形成中的神經(jīng)纖維軸突上的跨膜糖蛋白NRP-1，其相對分子質(zhì)量約130×103，并進一步證實其為軸突導(dǎo)向分子(Semaphorin，Sema)家族受體，在神經(jīng)細胞導(dǎo)向、軸突生長方面發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。之后發(fā)現(xiàn)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(jīng)系統(tǒng)及成人部分組織中的表達有重疊，但在配體結(jié)合、下游調(diào)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(nèi)含子組成。NRP 家族由胞外區(qū)、跨膜區(qū)及胞內(nèi)區(qū)3部分組成。其中胞外區(qū)又有3個不同的結(jié)構(gòu)域，分別稱為a1/a2，b1/b2 和c。其中a1/a2結(jié)構(gòu)域與b1/b2結(jié)構(gòu)域是NRP-1與配體(Sema3A)結(jié)合的位點，b1/b2 區(qū)負責(zé)與VEGF165結(jié)合并與NRP-1介導(dǎo)細胞的黏附作用有關(guān)，a1/a2 區(qū)和c 區(qū)負責(zé)形成NRP 二聚體。近膜的c 結(jié)構(gòu)域與NRP-1傳導(dǎo)其配體的信號密切相關(guān)[7]。

大量的體外和體內(nèi)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(nèi)皮細胞、神經(jīng)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(nèi)皮細胞，如皮膚、乳腺、前列腺、肺、腎臟及膀胱[8]。動脈的內(nèi)皮細胞主要表達NRP-1，而靜脈及淋巴管的內(nèi)皮細胞則主要表達NRP-2。在免疫系統(tǒng)中，NRP-1主要表達于胸腺細胞、類漿細胞、樹突細胞、調(diào)節(jié)性T細胞。在老鼠體內(nèi)，NRP-1主要表達于靜息或活化的調(diào)節(jié)性T細胞，但在人體內(nèi)，NRP-1主要表達在活化的調(diào)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(xué)分析和原位雜交技術(shù)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(nèi)皮細胞及腫瘤新生淋巴管內(nèi)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(xiàn)，NRP-1在原發(fā)性乳腺癌和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移性非小細胞肺癌中可達50%[9]。Jubb等[9]發(fā)現(xiàn)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(fù)染，NRPs的陽性率可能會更高[10]。由于NRPs可與多種癌癥相關(guān)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(fù)雜，目前尚無明確的單一結(jié)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(guān)。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(biāo)記的抗NRP-1抗體與乳腺癌細胞MDA-MB-231和正常臍靜脈內(nèi)皮細胞HUVEC分別孵育18 h，在共聚焦顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，NRP-1既分布于腫瘤血管內(nèi)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(zhì)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(jié)合后可激活α5β1整合素，該整合素調(diào)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(jié)果可能根據(jù)與其結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)合，能抑制VEGF-C所誘導(dǎo)的腫瘤細胞向淋巴管內(nèi)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(jié)轉(zhuǎn)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(xié)同抗癌作用[15]。

3 NRP-1與腫瘤治療預(yù)后的關(guān)系

NRPs在部分人類腫瘤細胞中的過度表達對腫瘤預(yù)后有重要影響，包括胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、腎癌，黑色素瘤，膠質(zhì)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(yù)示不良預(yù)后，這可能與NRP-1的表達與腫瘤新生血管相關(guān)[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(diào)節(jié)；NRP-1能增強VEGF受體對VEGF的效應(yīng)，從而增強VEGF信號在細胞間的傳導(dǎo)；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(jié)合從而誘導(dǎo)腫瘤細胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)，NRP-1或NRP-2表達與乳腺癌的不良預(yù)后關(guān)系密切，目前已被評價為乳腺癌患者術(shù)后的一個獨立預(yù)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(guān)，在活檢中發(fā)現(xiàn)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(xiàn)NRP-1表達是非小細胞肺癌不良預(yù)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(zhuǎn)移。此外，抑制小鼠正常上皮內(nèi)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(yīng)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(jié)合后的TGF-β容易被NRP-1或NRP-2激活，當(dāng)生長因子(GF)低表達時，活化的TGF-β抑制腫瘤細胞生長；而當(dāng)其高表達時，活化的TGF-β促進腫瘤遠處轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移整個過程。

4 NRP-1的結(jié)構(gòu)及與C末端元件多肽的特異性結(jié)合

每種組織的脈管系統(tǒng)在蛋白質(zhì)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(zhì)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(dǎo)向肽存在于臨床前期和臨床期的發(fā)展中?？墒?，細胞外基質(zhì)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(xué)研究表明，VEGF的C末端元件能與NRP-1的b1位點結(jié)合[17]。這預(yù)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(jié)合，這些藥物可能還同時抑制其他結(jié)合于b1位點的配體。Jarvis等[18]最近通過分子設(shè)計發(fā)現(xiàn)了一種類似的小藥盒(EG00229)，它能阻止VEGF-A與NRP-1結(jié)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(dǎo)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(jié)合在腫瘤血管內(nèi)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(jié)合，在細胞表面經(jīng)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(zhuǎn)運蛋白NRP-1所識別結(jié)合，并進入細胞內(nèi)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(xué)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?dāng)前導(dǎo)向序列和C末端序列內(nèi)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(shè)計出的一種C末端元件多肽iNGR (CRNGRGPDC)，包含了識別血管內(nèi)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(jié)合到CD13陽性的腫瘤細胞表面，經(jīng)肽酶酶切后暴露出C末端元件RNGR，進一步識別和結(jié)合NRP-1，從而攜帶藥物進入腫瘤細胞內(nèi)。裸鼠原位腫瘤模型證實，這種新多肽能有效地結(jié)合CD13陽性腫瘤細胞，并能比標(biāo)準的NGR多肽更加深入腫瘤組織內(nèi)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(jié)果表明腫瘤特異性組織導(dǎo)向肽能夠根據(jù)現(xiàn)有的序列進行設(shè)計加工，而這一原理也有望應(yīng)用于其他疾病的治療。

5 展望

綜上所述，NRP-1在絕大多數(shù)腫瘤細胞表面均高表達，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，是腫瘤細胞的表面標(biāo)志物之一。如果NRP-1與配體VEGF家族成員結(jié)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(jié)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(guān)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(yù)示不良預(yù)后，這可能與NRP-1促腫瘤血管新生有關(guān)。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(zhuǎn)運蛋白NRP-1所識別結(jié)合，并攜帶藥物分子進入細胞內(nèi)部；將偶聯(lián)藥物分子的CRMP序列與其他腫瘤識別序列偶聯(lián)，可進一步增強多肽藥物對腫瘤細胞的篩選結(jié)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(zhì)等抑制NRP-1的抗腫瘤療法[5]，藥物既能通過作用于VEGF來調(diào)節(jié)NRP-1，研究發(fā)現(xiàn)NRP-1結(jié)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(tǒng)的放射性粒子包埋技術(shù)，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(xué)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(biāo)記多肽用于腫瘤靶向治療方向研究?！?/p>

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R817.1

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1671-8348(2015)03-0412-03

2014-08-21

2014-11-14)