Npn-2與小兒神經系統疾病相關性的研究進展

李彩霞 楊光路*

（內蒙古醫科大學附屬醫院兒科，內蒙古 呼和浩特 010000）

Npn-2與小兒神經系統疾病相關性的研究進展

李彩霞 楊光路*

（內蒙古醫科大學附屬醫院兒科，內蒙古 呼和浩特 010000）

神經氈蛋白-2（Npn-2）是軸索引導中介腦信號蛋白3F（SEMA3F）的受體，Npn-2基因突變會造成發育中的腦的興奮性和抑制性失衡，改變突觸的可塑性，Npn-2的基因突變與孤獨癥、癲癇、惡性膠質瘤相關。Npn-2在兒童癲癇、兒童智力發育障礙、兒童孤獨癥譜系障礙以及上述3種疾病的合并癥中已被識別。有關Npn-2與小兒神經系統疾病相關性的基因、分子、細胞機制的研究有助于我們進一步認識這些疾病的病理生理學機制和探索新的治療手段。

神經氈蛋白2；腦信號蛋白3F；癲癇；惡性膠質瘤

Npn-2（神經氈蛋白2）是腦信號蛋白（SEMA）3家族的跨膜受體，也是血管內皮生長因子（VEGF）的異構體，Npn-2既是Npn-1（神經氈蛋白1）的同型二聚體，也是Npn-1的異型二聚體。SEMA3F信號系統的分析證實SEMA3F與Npn-2以及Plexin A1（叢狀蛋白A1）形成復合物，這一復合物引導ABL2酪氨酸激酶，刺激P190 Rho型GTP酶活化蛋白（Rho GAP），引起Rho A的失活，小劑量GTP酶會使GTP轉變為GDP，引起F-肌動蛋白的裂解和彈力纖維的損傷，而彈力纖維的損傷抑制內皮細胞和腫瘤細胞的遷移。SEMA3F-Npn-2信號系統抑制PI-3K-Akt/mTOR（磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白）信號系統[1]，而mTORC1是蛋白質翻譯的關鍵因子，mTORC2通過磷酸化蛋白激酶B、糖皮質激素調節蛋白激酶1（SGK1）、PKC-α調節細胞的存活和活動，mTOR也參與自身免疫性疾病、慢性炎癥、腫瘤細胞的發生、腫瘤的血管生成和同種異體移植物的排斥反應，而Npn-2廣泛表達于人類免疫細胞、上皮細胞和腫瘤細胞[2]，免疫組化方法發現Npn-2和VEGF-C同時高表達提示兒童惡性膠質瘤預后不良。

1 Npn-2與兒童神經系統腫瘤的關系

Npn-2表達于由第二菱腦原節遷移而出的胸神經嵴細胞，主要發育為感覺神經節，參與三叉神經節的神經元和神經膠質的遷移和聚合，Npn-2的神經嵴細胞沿三叉神經節的軸索途徑產生施旺細胞[3]。Npn-2作為一個受體，與Sema 3F結合，抑制腫瘤的血管生成和轉移，而VEGF促進腫瘤的血管生成。惡性腫瘤生長過程中處于相對缺氧狀態，惡性膠質瘤和黑素瘤細胞在轉錄和翻譯中抑制Npn-2的表達，Npn-2作為SEMA3F的單獨受體，腫瘤細胞的Npn-2表達缺失抑制SEMA3F以下活動：Rho A的失活、F-肌動蛋白的解聚和抑制腫瘤細胞的遷移。Npn-2在腫瘤細胞的表達缺失使VEGF在蛋白質水平增加，而VEGF的m RNA水平無變化，VEGF在蛋白質水平的增加促進內皮細胞的旁分泌，包括VEGFR-2磷酸化和下游信號蛋白如P42/44 MAPK（絲裂原活化蛋白激酶P42/44）和P38 MAPK（絲裂原活化蛋白激酶P38）的活動。缺氧通過抑制Npn-2的轉錄調節VEGF和SEMA3F的活動，神經氈蛋白作為VEGF受體的共受體，其在內皮細胞的表達促進VEGF（血管內皮生長因子）和VEGFR（血管內皮生長因子受體）的結合，促進VEGFR的磷酸化，促進依賴VEGF的VEGFR的血管生成，增強內皮細胞的趨化性。腫瘤的血管生成被抑制還是被促進，取決于SEMA3F還是VEGF是配體。在腫瘤患者中，Npn-1、Npn-2以及NRPs的表達上調與腫瘤的侵襲性和預后有關，腫瘤細胞很少表達VEGFR-2，因此，神經氈蛋白代表了腫瘤細胞唯一的VEGFR，然而，在腫瘤細胞，NRPs的表達與腫瘤的存活和轉移都依賴VEGF。缺氧對SEMA3F的表達無影響，但缺氧抑制腫瘤細胞Npn-2的轉錄，下調SEMA3F的生理活動，SEMA3F水平和VEGF水平用于估計腫瘤的預后，例如：幾乎所有的腫瘤細胞均表達Npn-1或Npn-2或二者均表達，缺氧抑制惡性膠質瘤的Npn-2的表達，缺氧使星形細胞瘤的Npn-1的表達水平下降[4]。惡性膠質瘤和星形細胞瘤屬于較常見的神經系統腫瘤，幼兒期多表現為癲癇樣癥狀，甚至半數患者以癲癇為首發癥狀[5]。

2 Npn-2與兒童孤獨癥及癲癇的關系

2.1 Npn-2與兒童孤獨癥的關系：Npn-2也稱為Nrp-2，人類編碼Npn-2的基因位于2q34，該區域作為孤獨癥的敏感區域，其單核苷酸的多態性已被證實。Npn-2是化學性軸索引導中介SEMA3F的受體，也是參與腦損傷和環境變化反應的軸索引導信號家族的成員，與發育中的神經元的遷移和分化相關。SEMA3F和Npn-2高度表達于邊緣區。Npn-2信號系統可能與突觸前和突觸后的位置并置相關，Npn-2信號系統促進海馬突觸功能的發育和成熟。Npn-2缺陷小鼠的物體認知記憶受損、社交認知記憶受損、重復運動力受損，并且喜歡到新的環境中，Npn-2缺陷的小鼠的海馬和皮層環路功能失調，而這些與孤獨癥及精神分裂癥相關[6]。

2.2 Npn-2與癲癇的關系：Sema3F-Npn-2信號系統有助于腦部神經環路的形成和完善，與海馬、皮質、嗅覺區、杏仁核的功能相關。在嚙齒類動物研究中，當有化學誘導（海人酸/戊四唑）的癲癇持續狀態或有NMDA（N-甲基-D-天門冬氨酸）受體阻塞時，Npn-2的表達水平下降。基因損傷研究發現Npn-2基因敲除的動物、SEMA3F基因敲除的動物或Plexin A3基因敲除的動物具有更廣泛的齒狀回下錐體苔蘚纖維軸索途徑和更頻繁的自發性驚厥發作[7]。在海人酸/戊四唑的作用下，我們發現Npn-2缺陷小鼠與同窩Npn-2基因未敲除小鼠相比，表現為更短的發作潛伏期，更易于發生發作相關性死亡，更易于有自發性、周期性的驚厥發作，利用免疫組化技術和免疫印跡技術發現，其γ氨基丁酸、小清蛋白、Y-神經肽-中間神經元數量、突觸體Npn-2蛋白質水平以及γ氨基丁酸突觸數量均減少，CA1錐形細胞顯示出更短的樹突長度和更低的復雜性和更多的樹突棘，而與γ氨基丁酸功能相關的基因所表達的突觸蛋白質的表達水平升高，γ氨基丁酸受體明顯增加，這表明一種失神經超敏性效應（即突觸后興奮性神經元不是表現出普通的抑制效應，而是呈現增強的抑制效應），此外，Npn-2缺陷小鼠的CA1區細胞層呈現更高的興奮性，體現出更少的突觸更強的信號，這可能反映了一種補償機制。遷移的γ氨基丁酸表達Npn-2，Npn-2缺陷會削弱γ氨基丁酸的遷移；發育期的皮層/海馬γ氨基丁酸能神經元遷移通路表達SEMA3F，SEMA3F-Npn-2信號系統參與γ氨基丁酸能神經元的遷移和分化，該系統也參與興奮性突觸和γ氨基丁酸能突觸的形成、穩定性和功能[8]。γ氨基丁酸是腦的抑制性神經遞質，γ氨基丁酸A受體參與最快的突觸抑制，γ氨基丁酸A受體α亞單位被認為是皮質可塑性和海馬依賴性空間記憶的關鍵因素，突觸可塑性的改變與NMDA（N-甲基-D-天冬氨酸）的受體NR2A的表達減少和AMPA（α-甲基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸）的受體GluR1（谷氨酸受體1）的表達減少有關，當突觸受到刺激，AMPA受體調節的去極化使鎂抑制劑釋放，而NMDA受體調節的鈣離子通道開放，這就導致鈣離子依賴性激酶的激活和某些信號通道的開放，使基因轉錄和受體的運輸增強，這將造成更強大/更快速的突觸聯系。癲癇和自發性的驚厥發作可能會造成不正常的突觸可塑性，使興奮性和抑制性失衡，從而造成學習障礙和行為異常。突觸可塑性依賴許多蛋白質的參與，而與這些蛋白質相關的基因異常在小兒神經系統疾病被發現，例如：伴熱性驚厥家族史的兒童癲癇的GABARG2基因突變、West綜合征的CDKL5基因異常、雷特氏綜合征的MeCP2基因異常、脆性X綜合征的X染色體脆性智力遲鈍蛋白（FMRP）基因異常、結節性硬化的mTOR基因異常、先天性無腦回畸形的reelin蛋白基因異常、Dravet綜合征的SCN1A基因突變、嬰兒期癲癇性腦病的SCN8A基因突變[9]。

小兒神經系統疾病的病因涉及遺傳、基因異常、感染、腫瘤、免疫等諸多因素，目前，小兒神經系統疾病的基因學研究已經進入外顯子和基因組排序領域，這些研究成果可能會幫助我們了解未來5～10年有關小兒神經系統疾病的生理學和治療的基因機制。Npn-2作為Sema家族的受體，Npn-2的基因多態性與孤獨癥、癲癇、智力發育障礙、腫瘤、免疫性疾病相關，相信在不久的將來，Npn-2與小兒神經系統疾病相關性的病理生理學、基因機制、分子機制將被徹底揭開。

[1] Nakayama H,Bruneau S,Kochupurakkal N,et al.Regulation of mTOR Signaling by Semaphorin 3F-Neuropilin 2 Interactions In Vitro and In Vivo[J].Sci Rep,2015,5:11789.

[2] 文思思.神經纖毛蛋白及其配體的免疫調節機制[J].國際輸血及血液學雜志,2015,38(2):178-181.

[3] Lumb R,Wiszniak S,Kabbara S,et al.Neuropilins define distinct populations of neural crest cells[J].Neural Dev,2014,9:24.

[4] Zhao H,Hou C,Hou A,et al.Concurrent Expression of VEGF-C and Neuropilin-2 Is Correlated with Poor Prognosis in Glioblastoma[J].Tohoku J Exp Med,2016,238(2):85-91.

[5] 馬遠寧,高麗,王艷,等.先天代謝缺陷病合并癲癇臨床特點探討[J].醫藥論壇雜志,2015,36(1):141-142.

[6] Shiflett MW,Gavin M,Tran TS.Altered hippocampal-dependent memory and motor function in neuropilin 2-deficient mice[J]. Transl Psychiatry,2015,5:e521.

[7] Matsuda I,Shoji H,Yamasaki N,et al.Comprehensive behavioral phenotyping of a new Semaphorin 3 F mutant mouse[J].Mol Brain,2016,9:15.

[8] 張青,丁成赟,王源慧,等.癲癇耐藥機制的研究進展[J].中華臨床醫師雜志(電子版),2015,20(4):115-119.

[9] Brooks-Kayal A.Molecular mechanisms of cognitive and behavioral comorbidities of epilepsy in children[J].Epilepsia,2011,52 (Suppl.1):13-20.

R729

A

1671-8194（2017）20-0023-02

內蒙古自治區自然科學基金項目（2015MS08103）；內蒙古醫科大學科技百萬工程項目（kjbw2012005）

*通訊作者:E-mail: nmygl15@126.com