Rnd2介导的生命活动及其作用机制＊

梁琰，彭海冰，曹莹，徐天琪，宋瑞龙

Rnd2介导的生命活动及其作用机制＊

梁琰，彭海冰，曹莹，徐天琪，宋瑞龙

（扬州大学兽医学院，江苏 扬州 225009；江苏高校动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心，江苏 扬州 225009）

Rnd2是Rho GTPase超家族下的Rnd亚家族中非典型成员之一，且Rnd2主要以活性鸟苷三磷酸结合态存在。研究表明，Rnd2通过调节细胞骨架，可在影响细胞的运动与突起的生长在神经元发育以及妊娠的维持等过程中发挥着重要作用。主要概述了Rnd亚家族成员Rnd2通过与上下游信号分子相互作用调节其相关生理学活性，并影响下游信号的通路的转导，进而调控细胞骨架的重塑等过程影响的一系列生理活动及其相关作用机制。

Rho GTPase家族；Rnd亚家族；Rnd2；细胞骨架

Rnd2是Rho GTPases超家族成员之一，在细胞迁移的过程中发挥着重要作用。细胞迁移等生命过程包括多个阶段：细胞极化、质膜突起、细胞黏附的重组，这些过程紧密相连。目前研究表明，内在因素PI3K促进细胞迁移，且Rho GTPases在这一过程中起着重要的作用[1]。到目前为止，Rho GTPases超家族已经发现了大约20个成员，根据其结构和功能，Rho GTPases超家族成员一般分为7个亚家族，其中包括典型的与非典型的成员。Rnd亚家族作为Rho GTPases超家族中非典型的家族之一，在对细胞迁移等过程中的调控方式与其他成员不同，Rnd家族不能水解GTP，因此，总是处于激活状态，并通过与一些下游效应蛋白的相互作用，激活多条信号通路，但关于Rnd2的相关研究尚不全面。

Rho GTPases活性的失调可能导致肿瘤的发生和迁移以及神经细胞成熟等过程的失调，在这些过程中细胞骨架的重排等起到至关重要的作用[2]。越来越多研究表明，Rnd亚家族成员主要以活性鸟苷三磷酸结合态存在，但其在调节细胞骨架的重排、肿瘤发生和迁移以及神经细胞成熟等过程中也发挥着至关重要的作用。目前，越来越多的文献表明Rnd1和Rnd3在肿瘤发生和治疗中起着重要作用，另有研究证明其与细胞的增殖与分裂等多个过程密切相关[3-4]。另外，Rnd2被证明与神经元的成熟以及细胞迁移等也存在一定联系，但Rnd2介导的神经元的发育等过程涉及的细胞骨架的影响与Rnd1以及Rnd3存在一定差异，本文主要通过介绍Rnd亚家族成员Rnd2通过调控细胞骨架的动态过程影响细胞的生命活动，为未来研究提供理论支持。

1 Rnd2在正常组织中的表达水平

与动物组织中普遍表达的Rnd3不同，Rnd2并非在所有组织中都表达。与Rnd1相比，Rnd2在健康组织中的表达更局限于某些特定的组织细胞。研究表明Rnd2在脑、脊髓以及肝脏中特异性的表达，并主要集中于神经元细胞以及肝星状细胞，对于胚胎皮层内的神经细胞的发生和细胞迁移有重要作用[5-6]。此外，Rnd2在睾丸中也有一定水平的表达[7]。

Rnd家族成员在动物的子宫组织中也有一定水平的表达，并对子宫肌层的收缩以及正常妊娠状态的维持起到重要作用。在未妊娠的子宫肌层中均检测到了Rnd1、Rnd2和Rnd3的表达，但Rnd2是唯一在子宫肌层中表达但在其他子宫内组织中不表达的Rnd相关蛋白。在怀孕的大鼠子宫肌层中，Rnd1、Rnd2和Rnd3的mRNA表达水平显著增加，这种表达水平的变化受到雌二醇和孕酮的影响。但在人类的子宫肌层中仅Rnd1的表达含量出现了显著升高，Rnd2和Rnd3在这个过程中发挥的作用仍然有待进一步的研究[8-9]。另外，雌二醇也可以上调回肠组织中Rnd2的表达，从而调节肠道生理活动[10]。

在研究中发现，Rnd2在破骨细胞的分化过程中起到重要作用，在破骨细胞分化过程中，Rnd2的表达含量存在显著差异，提示Rnd2可能在破骨细胞前体细胞中的表达，并对其运动及分化过程起至关重要的作用。

2 Rnd2的生物学功能

2.1 Rnd2调节神经元的发育

Rnd蛋白在大脑中高度表达，多项研究表明，Rnd蛋白通过对RhoA/ROCK的直接作用或与plexins的相互作用而影响神经元功能的多个方面。例如Rnd3通过抑制RhoA的活化，从而阻断RhoA/ROCK信号传导，进而诱导PC12神经元细胞神经突的生长，并有助于神经生长因子NGF诱导的神经突延伸；另外，Rnd1在调节树突棘的形成等过程中发挥着重要作用[11]。而与其他经典Rho家族成员不同，Rnd2不受RhoGEFs上游信号通路的影响，越来越多的研究指出多种调节途径直接调控神经元中Rnd2基因的表达水平，从而调控大脑皮层神经元的的发育与迁移等多个过程，但对Rnd2控制细胞迁移的细胞内信号通路仍知之甚少。

有研究指出，与其他Rho家族经典成员不同，Rnd2介导细胞骨架重组等生命过程似乎是浓度依赖性的。在神经细胞中Rnd2可以受到多种上游信号因子的调控，比如转录激活因子bHLH家族成员以及一些转录阻遏物等，从而影响Rnd2的翻译水平，进而调节新生的大脑皮层神经元的迁移过程[12-13]。另外Rnd2通过其浓度依赖性，介导其下游信号的激活与转导，如Rapostlin、Pragmin和Bacurd2等，进而调节细胞骨架的重组，影响细胞突起的形成[14-16]。

2.2 Rnd2调控生殖系统的功能

Rnd2已被证明在雄性睾丸和雌性子宫中特异性表达，并发挥重要作用。在雄性睾丸组织中，Rnd2在精母细胞和早期精子细胞中稳定表达，并可以在体外以及细胞内与MgcRacGAP（雄性生殖细胞Rac GTPase激活蛋白，The male-germ-cell Rac GTPase-activating protein）共定位，并可能对细胞分裂分化过程起至关重要的作用[7]。

在雌性动物子宫组织中，虽然Rnd2在子宫肌层稳定表达，但在妊娠过程中Rnd2的表达含量显著升高，说明Rnd2对雌性动物维持妊娠的过程发挥着重要作用。另外，有研究指出类固醇激素雌二醇在平滑肌细胞中上调Rnd1、Rnd2和Rnd3的表达，并与平滑肌收缩减少相关，因此，雌性动物维持妊娠过程中Rnd2的表达可能受其雌激素的影响，并调节子宫的收缩从而维持妊娠。与Rnd1和Rnd3不同，Rnd2基本不在除子宫肌层外其他组织中表达，因此Rnd2是否存在某些特定作用尚不清楚[8-9]。

3 Rnd2介导的信号通路

3.1 Rnd2参与微管蛋白途径调节细胞骨架

在神经元细胞中，Rnd2介导的信号通路在神经元的发育与迁移过程中起到至关重要的作用。研究指出Rnd2介导的相关功能似乎与其表达含量相关。Neurog2、NeuroD1和NeuroD2等bHLH家族成员可以刺激Rnd2的表达，比如Neurog2可以直接与Rnd2基因上增强子结合诱导Rnd2的转录与表达[12]；而诸如COUP-TFI和RP58等的转录阻遏物可以负调控Rnd2的表达：一方面RP58可以直接抑制Rnd2的表达，另一方面Scrt2、RP58等可以通过抑制Neurog2的表达调控Neurog2-Rnd2抑制Rnd2表达。另外，Rnd2可以被LP3活化从而调控Rnd2-Rapostlin信号通路[13-17]。Rapostlin是最早被发现可以作为Rnd2下游调节因子的蛋白，并以GTP依赖性方式特异性结合Rnd2，另外Rapostlin还可以直接与微管蛋白相互作用。

Rapostlin具有3个结构域：HR1中间结构域（调控与Rnd2的结合）、SH3结构域以及F-BAR/EFC结构域。Rnd2与Rapostlin结合诱导SH3结构域结合并活化N-WASP，活化的N-WASP刺激Arp2/3复合物，形成突起结构所需的肌动蛋白丝，另外，Rnd2通过激活Rapostlin蛋白N末端F-BAR/EFC结构域诱导其与磷脂酰肌醇双磷酸酯和微管相互作用，诱导质膜的内陷等过程[18]。

3.2 Rnd2参与RhoA信号传导调控细胞骨架

RhoA介导的信号通路对细胞骨架的重塑过程至关重要，在神经细胞中，Pragmin与Bacurd2等可以作为Rnd2下游信号分子调节RhoA信号通路：Rnd2通过结合到Pragmin含有激酶样结构域的COOH末端区域，调节其NH2端结构域对RhoA的活化作用从而诱导骨架重塑[16]；而Bacurd2的COOH末端结构域具有与Rnd2特异性结合的活性，其NH2末端结构域可以与E3泛素连接酶（Cul3）相互作用，并募集Cul3以泛素化RhoA，从而抑制其蛋白质水平，导致F-肌动蛋白细胞骨架重塑并抑制细胞迁移，但Rnd2是否调节Bacurd2的活性尚不明确[14]。另外，与Rnd1和Rnd3不同，Rnd2虽然能够与Socius和p190RhoGAP特异性结合，但不因此调节RhoA下游信号通路的传导。

此外，在雌性动物的子宫组织中，Rnd蛋白与RhoA的动态平衡有利于ROCK的稳定，从而调节Ca2+致敏现象，进而调控子宫平滑肌的收缩。研究指出，Rnd2与Rnd3在动物子宫肌层中可能直接抑制RhoA-ROCK信号通路，进一步调节PPP1R12A亚基磷酸化，从而抑制肌动蛋白与肌球蛋白的重组，调节组织细胞的收缩。另外，Rnd2被证明在子宫基层组织中诱导F-action的重组，直接对抗RhoA的功能，但Rnd2的这种功能可能是组织特异性的[8-9]。

3.3 Rnd2参与Plexin相关途径调控细胞迁移

Plexin是一个跨膜细胞表面受体家族，根据结构标准分为4个家族：Plexin-A、B、C、D。Plexin的细胞质区域是高度保守的，存在2个RasGAP结构域，并在其中间存在Rho结合结构域（RBD）。研究表明，Rnd家族成员可与Plexin-B（Plexin-B1、Plexin-B2、Plexin-B3）相互作用并调节其生理活性：RND1被发现是Plexin-B1发挥R-RasGAP活性所必需的，而RND3与Plexin-B2结合，刺激皮层神经元迁移中的RhoA活性[19-20]。虽然Rnd2均可以与Plexin-B族相互作用，但其生物学功能尚不明确。除此之外有研究表明，虽然Plexin-D1与3个Rnd家族蛋白之间均有相互作用，但Plexin-D1显示出R-RasGAP活性通常需Rnd2的参与[21]。

研究发现Plexin-D1与Sema3E（信号素3E）相互作用，并在神经元发育过程中起到重要作用。Sema3E/Plexin-D1介导的轴突生长抑制需要Rnd2，且只有当Rnd2存在时，Plexin-D1的R-Ras GAP活性才会下调。Rnd2通过与NH2端结构域相互作用，破坏C1结构域与N-末端区域以及C2结构域与C-末端区域的相互作用，进而结合于Plexin-D1的C1和C2结构域之间的区域，并诱导R-RAS GAP结构域形成开放构象，调节R-RAS GAP活性进而调节由Sema/plexin-R-RAS GAP-细胞外基质（ECM）介导的细胞迁移[21-22]。

4 未来与展望

综上所述，Rnd2通过其下游蛋白等介导不同信号通路，并通过调节细胞骨架相关蛋白的表达与重组影响细胞发育等多种生理过程。由于目前Rnd2在动物机体内的表达较为局限，对其相关功能的了解较少，可能作为细胞骨架的新的调节位点，并可能在例如肿瘤发育、细胞分化等多个生理过程中发挥重要作用，可能作为相关疾病新的研究方向与治疗靶点。

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R392

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.008

2095－6835（2020）18－0021－03

国家自然科学基金项目（编号：31502128）；江苏高校优势学科建设工程资助项目；江苏省大学生科技创新项目（编号：201811117015Z）

梁琰（1998—），男，安徽人，本科。

宋瑞龙（1984—），男，江苏人，实验师，主要从事破骨细胞分裂与动物代谢病和中毒病的研究。

〔编辑：张思楠〕