神经纤毛蛋白-1与肿瘤的关系*

董 萍 综述，蔡华伟，李 林 审校

(四川大学华西医院核医学科，成都 610041)

·综述·

神经纤毛蛋白-1与肿瘤的关系*

董 萍 综述，蔡华伟，李 林△审校

(四川大学华西医院核医学科，成都 610041)

神经系统；纤毛；神经纤毛蛋白-1；肿瘤；C末端元件多肽；综述

神经纤毛蛋白-1(neuropilin-1,NRP-1)为一种多功能信号传导跨膜蛋白，其参与转化生长因子-β(TGF-β)、血管内皮生长因子(VEGF)等信号通路的信号传导[1-3]，在生长发育、免疫、肿瘤方面起着重要的作用。近年来关于NRP-1的研究已从最初的神经系统发育扩展到血管形成、肿瘤发生与发展、造血系统疾病、免疫系统功能等多个领域[4]，而关于NRP-1在肿瘤发生、发展机制中的作用也逐渐成为研究热点。研究表明，NRP-1表达于内皮细胞及肿瘤细胞，可作为血管内皮生长因子165(VEGF165)及与血管新生相关的其他几种VEGF家族成员的受体，在肿瘤血管新生方面发挥重要作用，NPR-1在某些肿瘤中过度表达，是其不良预后的独立危险因素[5]。Teesalu等[6]研究发现，具有C末端R/KXXR/K(X为任意氨基酸)特征的肿瘤导向肽能与NRP-1高效、特异性结合，该类C末端元件依靠肿瘤识别序列与肿瘤细胞特异性结合，在细胞表面经肽酶剪切后暴露出C末端的R/KXXR/K序列，能被细胞表面的跨膜转运蛋白NRP-1所识别结合，并携带进入细胞内部。

1 NRP-1的结构及生物学特性

1995年Fujisawa等首次报道位于形成中的神经纤维轴突上的跨膜糖蛋白NRP-1，其相对分子质量约130×103，并进一步证实其为轴突导向分子(Semaphorin，Sema)家族受体，在神经细胞导向、轴突生长方面发挥调节作用。之后发现的NRPs 家族中的另一成员NRP-2，与NRP-1有44%的同源性，尽管二者在胚胎神经系统及成人部分组织中的表达有重叠，但在配体结合、下游调控功能上均不同。人NRP-1与NRP-2 分别定位于染色体10p12 和2q34，基因长度各为112 kb 和110 kb，均由17 个外显子和16 个内含子组成。NRP 家族由胞外区、跨膜区及胞内区3部分组成。其中胞外区又有3个不同的结构域，分别称为a1/a2，b1/b2 和c。其中a1/a2结构域与b1/b2结构域是NRP-1与配体(Sema3A)结合的位点，b1/b2 区负责与VEGF165结合并与NRP-1介导细胞的黏附作用有关，a1/a2 区和c 区负责形成NRP 二聚体。近膜的c 结构域与NRP-1传导其配体的信号密切相关[7]。

大量的体外和体内实验研究证实，NRP-1和NRP-2在多种细胞表面均有一定表达，包括内皮细胞、神经元细胞、胰岛细胞、肝细胞、黑色素细胞和成骨细胞等。最新研究表明，NRP表达于多个器官的内皮细胞，如皮肤、乳腺、前列腺、肺、肾脏及膀胱[8]。动脉的内皮细胞主要表达NRP-1，而静脉及淋巴管的内皮细胞则主要表达NRP-2。在免疫系统中，NRP-1主要表达于胸腺细胞、类浆细胞、树突细胞、调节性T细胞。在老鼠体内，NRP-1主要表达于静息或活化的调节性T细胞，但在人体内，NRP-1主要表达在活化的调节性T细胞表面[6]。

2 NRP-1在肿瘤中的作用机制

2011年Jubb等[9]通过抗体染色免疫组织化学分析和原位杂交技术证实了NRP-1，NRP-2在正常组织和肿瘤组织中表达不一致，绝大部分肿瘤细胞、肿瘤新生血管内皮细胞及肿瘤新生淋巴管内皮细胞均会高表达NRP-1和NRP-2。但NRPs在不同肿瘤细胞中的表达明显不同。对肺癌和乳腺癌患者及大鼠模型的肿瘤细胞的研究发现，NRP-1在原发性乳腺癌和转移性乳腺癌组织中的表达阳性率分别为6%和14%，而在原发性非小细胞肺癌中为36%，在转移性非小细胞肺癌中可达50%[9]。Jubb等[9]发现85%的恶性黑色素瘤患者肿瘤组织中NRP-2表达呈阳性，如果对病理样本中NRP-1与NRP-2进行复染，NRPs的阳性率可能会更高[10]。由于NRPs可与多种癌症相关分子相互作用，所以其在肿瘤发生、发展中的作用机制非常复杂，目前尚无明确的单一结论。NRP-1主要表达在喉癌、食管癌、胃癌、胰腺癌等肿瘤细胞表面，这可能与两方面因素有关。首先是NRP-1的分布特点，Barr等[11]用5-(6)-羧基氢化荧光素(FAM)标记的抗NRP-1抗体与乳腺癌细胞MDA-MB-231和正常脐静脉内皮细胞HUVEC分别孵育18 h，在共聚焦显微镜下观察发现，NRP-1既分布于肿瘤血管内皮细胞上，也直接分布于肿瘤细胞表面上，因此NRP-1可在肿瘤的这两个部位上分别发挥作用。另有研究表明，NRP-1还表达于各种间质细胞，如纤维母细胞、免疫细胞等，这些细胞可与肿瘤细胞相互作用；且NRP-1与纤连蛋白结合后可激活α5β1整合素，该整合素调节纤维母细胞和可溶性纤连蛋白的相互作用，从而促进依赖α5β1整合素的纤连蛋白在肿瘤细胞的聚集，进而促进肿瘤生长[12]。其次，NRP-1作用结果可能根据与其结合配体的不同而不同。研究证实，NRP-1为跨膜的非酪氨酸蛋白激酶受体，且为Sema家族及VEGF家族的共受体，但其与2种配体结合时发挥的作用不同[13]。Sema家族与VEGF家族的成员能竞争性与NRP-1结合，相互间可视为拮抗剂。具体来说，如果NRP-1与配体VEGF家族成员结合，则可促进肿瘤血管的新生及肿瘤细胞的增殖；反之，如果NRP-1与配体Sema家族成员结合，则可抑制肿瘤血管的新生及肿瘤细胞的增殖。而NRP-2是肿瘤淋巴管生成过程中一个重要影响因素，Caunt等[14]利用NRP-2的抗体来竞争性抑制NRP-2与VEGF-C的结合，能抑制VEGF-C所诱导的肿瘤细胞向淋巴管内皮细胞的侵袭，抑制肿瘤性淋巴管生成，防止肿瘤向局部及远端淋巴结转移。最近的研究表明，在小鼠模型中，抗VEGF、抗NRP-1治疗和单克隆抗体治疗具有协同抗癌作用[15]。

3 NRP-1与肿瘤治疗预后的关系

NRPs在部分人类肿瘤细胞中的过度表达对肿瘤预后有重要影响，包括胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、结肠癌、肾癌，黑色素瘤，胶质母细胞瘤，白血病和淋巴瘤等。在恶性肿瘤中，NRP-1的高表达通常预示不良预后，这可能与NRP-1的表达与肿瘤新生血管相关[9,16-17]。NRP-1可通过依赖于VEGF的方式或独立作用于VEGF的方式参与肿瘤新生血管的调节；NRP-1能增强VEGF受体对VEGF的效应，从而增强VEGF信号在细胞间的传导；或在某些没有表达VEGF受体而表达了NRP-1的肿瘤细胞中，NRP-1也可与VEGF结合从而诱导肿瘤细胞增殖。研究发现，NRP-1或NRP-2表达与乳腺癌的不良预后关系密切，目前已被评价为乳腺癌患者术后的一个独立预后因素[10]，此外，NRPs在肿瘤细胞上表达量的高低，同样与临床肿瘤的侵袭性相关，在活检中发现恶性程度高的乳腺癌比恶性程度低的表达更多的NRP-1[9]。Hong等[16]发现NRP-1表达是非小细胞肺癌不良预后的一个独立因素，抑制NRP-1在肺癌细胞中的表达，能够降低肺癌的侵袭性并抑制肺癌的远处转移。此外，抑制小鼠正常上皮内NRP-1表达，可降低皮肤癌的发生率。NRP-1与多种生长因子相互作用，如VEGF、TGF-β、肝细胞生长因子(HGF)等都可以促进癌症的发生，这些信号通路相互影响，NRP-1在这些应答中起着非常重要的作用，尤其是与TGF-β的相互作用。研究表明，与αvβ3整合素结合后的TGF-β容易被NRP-1或NRP-2激活，当生长因子(GF)低表达时，活化的TGF-β抑制肿瘤细胞生长；而当其高表达时，活化的TGF-β促进肿瘤远处转移[2]。综上所述，由于NRPs的多功能性，它很可能参与肿瘤发生、发展、转移整个过程。

4 NRP-1的结构及与C末端元件多肽的特异性结合

每种组织的脉管系统在蛋白质表达方面都是具有特异性的，这种分子差异性被称为“血管邮政编码”，这些选择性表达的蛋白质为特异性诊断和治疗的化合物提供靶点。目前，各种各样的肿瘤导向肽存在于临床前期和临床期的发展中。可是，细胞外基质中血管畸形、纤维变性、收缩有助于增加肿瘤组织液压力，从而阻碍药物进入血管外肿瘤组织。晶体学研究表明，VEGF的C末端元件能与NRP-1的b1位点结合[17]。这预示可以通过制备能进入b1位点的小药盒来抑制NRP-1与VEGF结合，这些药物可能还同时抑制其他结合于b1位点的配体。Jarvis等[18]最近通过分子设计发现了一种类似的小药盒(EG00229)，它能阻止VEGF-A与NRP-1结合，降低肺癌细胞A549的生存能力。值得注意的是，它还能增加细胞毒药物(如5-氟尿嘧啶)对肿瘤细胞的杀伤效力。Alberici等[19]和Sugahara等[20]报道了一类新的环状组织穿透型肿瘤导向肽iRGD多肽(CRGDK/RGPDC)。它包含两段序列：一段是RGD肿瘤特异性识别序列，可特异地结合在肿瘤血管内皮和肿瘤细胞的整合素αvβ3/5上；另一段是隐藏的R/KXXR/K-OH序列，X为任意氨基酸，首尾为R或K。iRGD多肽首先依靠肿瘤识别RGD序列与肿瘤细胞特异性结合，在细胞表面经肽酶剪切后暴露出C末端的R/KXXR/K序列，该序列能被细胞表面的跨膜转运蛋白NRP-1所识别结合，并进入细胞内部[17,19]。这段C末端序列(R/KXXR/K)能增加多肽对肿瘤组织的穿透性，并能携带小分子化学药物、生物毒性药物，放射性治疗核素或纳米粒子药物深入肿瘤组织中。基于当前导向序列和C末端序列内在化受体这一知识体系，发展出的一类新的多肽被称为C末端元件多肽 (C-end Rule motif peptides,CRMP)。最新人工设计出的一种C末端元件多肽iNGR (CRNGRGPDC)，包含了识别血管内皮细胞CD13的NGR序列，C末端元件序列(RNGR)，以及iRGD中被证实的肽酶酶切位点(GPDC)3个部分。iNGR多肽首先通过NGR序列结合到CD13阳性的肿瘤细胞表面，经肽酶酶切后暴露出C末端元件RNGR，进一步识别和结合NRP-1，从而携带药物进入肿瘤细胞内。裸鼠原位肿瘤模型证实，这种新多肽能有效地结合CD13阳性肿瘤细胞，并能比标准的NGR多肽更加深入肿瘤组织内部，连接有iNGR的阿霉素明显比单纯的阿霉素有更好的肿瘤抑制效果[5]。这些结果表明肿瘤特异性组织导向肽能够根据现有的序列进行设计加工，而这一原理也有望应用于其他疾病的治疗。

5 展望

综上所述，NRP-1在绝大多数肿瘤细胞表面均高表达，在肿瘤的发生、发展、转移过程中发挥重要作用，是肿瘤细胞的表面标志物之一。如果NRP-1与配体VEGF家族成员结合，则可促进肿瘤血管的新生及肿瘤细胞的增殖。反之，如NRP-1与配体Sema家族成员结合，则可抑制肿瘤血管的新生及肿瘤细胞的增殖。由于NRPs与很多癌症相关分子相互作用，所以其在肿瘤中的作用机制难以明确。在恶性肿瘤中，NRP-1的高表达通常预示不良预后，这可能与NRP-1促肿瘤血管新生有关。具有C末端R/KXXR/K特征的多肽序列能被细胞表面的跨膜转运蛋白NRP-1所识别结合，并携带药物分子进入细胞内部；将偶联药物分子的CRMP序列与其他肿瘤识别序列偶联，可进一步增强多肽药物对肿瘤细胞的筛选结合能力并提高药物抗肿瘤的效果。

近年来，以NRP-1作为肿瘤治疗靶点成为了抗肿瘤研究的热点之一。例如，用抗体、肽类物质等抑制NRP-1的抗肿瘤疗法[5]，药物既能通过作用于VEGF来调节NRP-1，研究发现NRP-1结合肽还能抑制癌细胞生长并增加癌细胞对化疗药的敏感性(如5-氟尿嘧啶、紫杉醇、顺铂)[17]。此外，随着NRP-1与肿瘤形成、侵袭机制的逐渐明确，以C末端元件为代表的NRP-1靶向小分子多肽，也有可能被开发为新型放射性同位素药物载体，用于改善传统的放射性粒子包埋技术，达到靶向性抗肿瘤治疗的目的，有望成为抗肿瘤药物发展的新方向。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.03.047

国家自然科学基金面上项目(81371585；81301250)。 作者简介：董萍(1989-)，硕士，主要从事放射性核素标记多肽用于肿瘤靶向治疗方向研究。△

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

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