富亮氨酸纖連跨膜蛋白3調控個體發育及相關疾病的研究進展*

張 鳴 綜述，李偉豪，許艷華 審校

(昆明醫科大學附屬口腔醫院正畸科 650000)

富亮氨酸纖維連接跨膜蛋白(fibronectin leucine-rich transmembrane protein，FLRT)家族最初在人類骨骼肌細胞外基質蛋白的篩選中被發現。FLRT3作為其家族主要成員之一，由10個富含亮氨酸的重復序列(leucine-rich repeats，LRR)、Ⅲ型纖連蛋白域(type Ⅲ fibronectin domain，FNⅢ)、跨膜結構域和短的細胞質內尾部構成[1]。FLRT3定位于細胞膜上，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，在胚胎發育和神經系統發育中也扮演著重要的角色。越來越多的研究表明，FLRT3在顱頜面部發育中調節神經嵴細胞遷移、軟骨形成和上皮-間充質轉化[2]，并且充當顱頜面部血管內皮生長因子的信號轉導介質，參與顱頜面部血管的生成及構型[3]。此外，FLRT3還可誘導神經性疼痛的發生，與注意力缺陷/多動障礙有關[4]。FLRT3被證實在結腸癌、黑色素瘤、前列腺癌等癌癥中幫助癌細胞逃避宿主的免疫監視，促使疾病惡化[2]。目前對FLRT3的研究還較為局限，深入了解FLRT3的潛在功能和調節機制，對進一步研究顱頜面生長發育及相關疾病的防治具有重要意義，為此筆者對FLRT3在個體發育及相關疾病中的研究進展做一綜述。

1 FLRT3的分子結構

FLRT3的分子結構中包含了10個 LRR、FNⅢ結構域、跨膜結構域和短的細胞質內尾。LRR區域可以促進同型細胞分選/黏附；FNⅢ結構域可與成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)受體(FGFR)結合；細胞質內尾可增強FGF信號傳導，還具有使細胞去黏附的功能[5]。FLRT3蛋白的亞細胞定位表明，FLRT3的前28個氨基酸生成了一個HA-FLRT3構建體，該構建體包含一個鼠IgK鏈V-J2-C信號肽和一個融合到FLRT3氨基酸29～649位上的HA標記序列,見圖1。

圖1 FLRT3結構顯示了信號肽、富含亮氨酸的重復序列、Ⅲ型纖連蛋白域和跨膜結構域的相對位置

2 FLRT3在胚胎發育中的功能作用

顱頜面形態發生是一個復雜的過程，涉及許多生物學效應，以協調神經嵴細胞的生長、增殖、遷移和隨后的分化[6]。在脊椎動物顱面區發育的早期，神經嵴細胞首先沿著神經管的背側邊緣形成。這些細胞起源于后中腦和后腦的神經褶皺，并遷移到咽弓，在那里它們分化為骨、軟骨及面頸部的結締組織。大多數面部結構來源于第一咽弓的上頜突和下頜突，上皮細胞和神經嵴細胞來源的外胚層細胞之間的信號交換導致了面部骨骼、牙齒和毛發等結構的形成[7]。

FLRT3在顱頜面發育過程中介導神經嵴細胞遷移、軟骨形成和上皮-間充質轉化等重要活動。胚胎發育期，FLRT3最初在頂端外胚層嵴(apical ectodermal crest，AER)和下層間充質中表達，隨后被限制于頂嵴背腹側、后肢、胸帶和骨盆帶區域[2]。在顱頜面發育早期，FLRT3最初存在于中腦，之后位于咽部。在上皮-間充質轉化的部位，例如牙胚、毛囊和眼睛中也可發現FLRT3的表達。從細胞水平上來看，FLRT3的表達局限于下頜原基和前鼻區上皮下方的間充質及融合之前的內外側鼻突上皮細胞中。在牙胚蕾狀期至帽狀期階段，FLRT3在最終形成成釉細胞的上皮細胞中表達，且位于整個成牙本質細胞層及上皮根鞘中。

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)在顱頜面骨的發育中，參與調節軟骨內成骨和膜內成骨，是成骨前體細胞形成的關鍵，阻斷顱神經嵴細胞中的BMP2和BMP4可以使目標區域的神經嵴細胞消失[8]。FLRT3與BMP4密切相關，它不僅存在于大腦和眼睛，并且在中鼻突外胚層下的間質及下頜原基生長區域與BMP4的表達相重疊，參與指導上下頜原基的生長[9]。在肢體形成、心臟分化和前腦發育過程中，BMP 信號可以通過抑制FLRT3的表達來下調 FGF。這一作用可能與T-box 轉錄因子2(Tbx2)有關，Tbx2可以直接與 FLRT3 基因啟動子區域的T-box 元件結合[10]。由此可見，FLRT3可能參與顱頜面部的成骨分化過程[11]，并在一定情況下起到抑制BMP信號轉導的作用，BMP信號傳導通過抑制FLRT3的表達，與FGF信號通路形成了新型串擾，FLRT/BMP信號傳導的階段性表達可能是調節顱頜面發育的重要途徑[11]。

此外，FLRT3還介導了顱頜面部血管內皮生長因子的信號轉導，通過調節內皮細胞的存活、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型[3]。血管內皮生長因子是血管生成中內皮細胞發揮功能的關鍵介質，FLRT3在未受刺激的人臍靜脈內皮細胞中停止轉錄，經血管內皮生長因子刺激后，新的RNA和mRNA水平迅速上調，這提示FLRT3的表達調控主要發生在轉錄延伸階段。siRNA阻斷FLRT3可降低內皮細胞的存活率，在創傷愈合實驗中可促進細胞遷移和傷口閉合。FLRT3在內皮細胞中發揮著獨特的作用，是參與血管內皮生長因子信號轉導和內皮細胞功能調控軸突引導相關因子中的新成員。但目前對于FLRT3與FGF和BMP信號通路在下頜生長發育中的關系及Tbx2在其中所扮演的角色尚不清楚，在顱頜面部血管中，FLRT3又是通過何種機制參與血管生成的，今后還需進一步探究。

3 FLRT3與疾病

3.1 神經系統性疾病

神經性疼痛是一種慢性疾病，通常在神經損傷后發生，會導致超敏反應或異常性疼痛，其特征是在脊髓背角處出現神經元興奮性異常。FLRT3是神經突增生，軸突和細胞黏附的調節劑，在周圍神經損傷后的背角中上調。脊髓性FLRT3參與并誘導了神經性疼痛，源自受損背根神經節中的FLRT3，可增加背角的興奮性并誘導機械異常性疼痛[12]。成熟的外周神經系統(peripheral nervous system，PNS)具有在軸突損傷后使其存活并再生的能力，FLRT3則促進了軸突再生。在成人神經系統中，FLRT3豐富存在于海馬體、基底神經節、CA3區域及小腦顆粒層中[13]。周圍神經損傷及坐骨神經損傷后， FLRT3的表達急劇上調，隨后被轉運到外周和中樞，聚集于突觸前軸突末端[14]。FLRT3還可以通過增強FGF信號，刺激施萬細胞有絲分裂，從而在PNS中誘導軸突再生[15]。由此可見，盡管FLRT3導致了神經性疼痛，但也有促進軸突再生從而修復神經損傷的作用。

注意力缺陷/多動障礙是一種常見的神經發育障礙，具有終生損害[16]。該疾病的持續性與神經精神疾病的易感性有關，如抑郁、焦慮等。功能磁共振研究已多次證實注意力缺陷/多動障礙患者的紋狀體表現為灰質體積和功能減少[17]。FLRT3參與了注意力缺陷/多動障礙的病理生理過程。蛛毒素受體3(latrophilin 3，LPHN3)是一種突觸黏附G蛋白偶聯受體，可與內源性配體FLRT3相結合，跨突觸的LPHN3-FLRT3相互作用是谷氨酸能信號轉導的核心，因此也是調節突觸強度和密度的關鍵[18]。高活性紋狀體中LPHN3和FLRT3表達水平的降低導致突觸強度和密度降低，從而引發了紋狀體中興奮性突觸減少或異常，最終導致了注意力缺陷/多動障礙癥狀的發生[19]。FLRT3表達水平的維持對注意力缺陷/多動障礙的預防及治療至關重要。

3.2 癌癥

FLRT3作為一種跨膜蛋白和轉錄抑制因子，在癌癥病理學中具有重要意義。FLRT3與已建立的結腸癌調控因子共同發生，其表達水平的升高與較差的患者存活率相關[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，并通過促進p53介導的細胞周期停滯和凋亡，以及p53非依賴性機制，抑制癌細胞生長。FLRT3是p14ARF的下游靶點，受p14ARF調控。p14ARF的突變通過調節FLRT3的表達來激活對黑色素瘤發展必不可少的FGF信號通路。當p14ARF功能喪失時，FLRT3便調控黑色素瘤的發展[21]。

此外，FLRT3還與腫瘤的生長和侵襲有關，影響著癌細胞轉移、正常細胞死亡和傷口愈合[22]。FLRT3與P4HA1在侵襲性前列腺癌中特異性表達，P4HA1的高表達加速了前列腺癌細胞的增殖和侵襲，FLRT3則在P4HA1介導的前列腺癌細胞遷移和侵襲中起關鍵作用[23]，促進了前列腺癌的發展。同時，FLRT3也參與了一些液體腫瘤，如急性髓系白血病的發展，通過生物信號途徑幫助癌細胞實現免疫逃逸[24]。

肺鱗狀細胞癌是肺癌的主要亞型。近期有學者發現LUSC中10個中樞基因表達水平顯著上調，于是構建了新的7個基因標記。其中，FLRT3作為肺鱗狀細胞癌獨有的預后標記，在肺鱗狀細胞癌總體生存率中具有重要的預測價值[25]。還有研究尋找了與頭頸部鱗狀細胞癌相關的基因，發現FLRT3也在其中顯著表達[26]。由此可見，FLRT3 與多種癌癥的發生發展都緊密相關，未來還應探索它的作用機制，延緩甚至抑制癌細胞的侵襲和擴散，開發針對性藥物阻斷癌細胞的免疫逃逸，尋求更好的臨床治療方法。

4 FLRT3的信號調控分子機制

在個體生長發育過程中，AER對肢體發育起關鍵作用，FLRT3可在BMP和WNT信號調控下，調節AER與下層間充質細胞間的黏附以確定嵴的背腹位置，促進AER的形成和維持[27]。FGF活性和細胞外信號調節蛋白激酶(ERK)途徑的激活對AER來說至關重要。在AER形成前，通過FGF10→FGFR2b→ Wnt/β-catenin→FGF8信號級聯在肢芽形成區域的外胚層細胞中誘導了FGF8的表達。來自間充質的FGF10通過Wnt3a向AER發出信號，從而激活了FGF8。其中Wnt3a誘導了AER中FLRT3的表達，BMP則特異性抑制了AER中FLRT3的表達。最終，FGF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，FLRT3在原腸胚階段引導細胞運動并調節FGF信號[29]。FLRT3作為FGF-MAPK信號的正向調節劑，與FGF受體FGFR相互作用調節FGF并指導細胞運動[30]。FLRT3與FGF8的表達位點相吻合，通過Ras-MAPK途徑增強FGF8信號的同時也受FGF8信號的正向調控[31]。在胚胎發育期，細胞間黏附有利于協調組織運動及細胞排列。其中，Activin/Nodal介導了形態發生的信號通路，即Activin/Nodal→FLRT3/Rnd1→C-cadherin，FLRT3可通過Rnd1抑制C-cadherin介導的細胞間黏附。在小鼠早期發育中敲除FLRT3會導致各種形態缺失，因為FLRT3或Rnd1的缺失影響了胚胎的收縮和延伸運動[32]。FLRT3的LRR區域促進同型細胞分選/黏附，細胞質內尾通過Rnd1使細胞去黏附，這種雙重功能在形態發生中十分關鍵[33]，使得FLRT3既可以減小原腸胚細胞間黏附性使其移動，又可以將同型細胞群聚集在一起防止組織崩解。Netrin受體Unc5B則與FLRT3在結構和功能上相互作用，調節其整體粘合性能。最近，LI等[34]還發現了1種PAPC-FLRT3-cadherin復合物，近軸原鈣黏蛋白將FLRT3的活性維持在最佳水平，使FLRT3可以生理性調節C-cadherin的黏附作用。

在神經系統中，FLRT3作為軸突導引信號的相關調制器正確引導了軸突的發育。FLRT3的胞外域從神經元脫落，充當遷移神經元(表達Unc5B)的突觸排斥性指導分子，在胚胎發育過程中發揮軸突引導的功能[35]。在下丘腦神經元發育過程中，FLRT3作為Robo1的共受體，可以調節Netrin-1/Slit1信號，在喙端丘腦皮層軸突中影響Netrin-1的吸引力。FLRT3修改了Slit1信號下游Robo1的功能，激活了蛋白激酶A，從而上調了生長錐表面的結腸癌缺失蛋白(DCC)，使喙端丘腦皮層軸突被Netrin-1所吸引[36]。LPHN3是具有多個跨突觸配體的細胞黏附分子，介導由黑寡婦蜘蛛毒素拉特羅毒素引起大規模突觸胞吐作用，并且通過與多種異親配體結合跨神經元相互作用[37]。LPHN3與FLRT3作為跨突觸配體-受體對，它們之間的相互作用是突觸發育和功能所必需的，尤其是對興奮性突觸而言[38]。FLRT3還可同時結合LPHN3及Unc5D，形成三聚體復合物，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，FLRT3和teneurin-2兩個黏附分子同時與LPHN3結合，并跨突觸相互作用來誘導特異性突觸的形成[40-41]。

在癌癥的發展中，P4HA1可加速侵襲性前列腺癌細胞的遷移和侵襲。FLRT3可被P4HA1負向調控，抑制P4HA1會使FLRT3在腫瘤中被激活。相反，P4HA1過表達后會削弱腫瘤抑制因子FLRT3的表達，從而觸發癌細胞的侵襲和轉移。與此同時，FLRT3還通過FLRT3/LPHN/TIM-3/Galectin-9途徑參與調控癌細胞的生長，使癌細胞運行各種有效的分子和信號機制逃避宿主的免疫監視。神經元受體LPHN1及其配體FLRT3觸發的TIM-3-Galectin-9途徑被眾多人類癌細胞所操控，在很多癌細胞中都發揮作用，尤其是乳腺癌細胞系和原發腫瘤。來自多種不同癌癥的人類細胞系都可檢測到TIM-3和Galectin-9，并且表達至少一種LPHN亞型和FLRT3。一些液體腫瘤(急性髓系白血病)和一些實體腫瘤(結直腸腫瘤)都運行TIM-3-Galectin-9分泌途徑，急性髓系白血病癌細胞分泌Galectin-9后使細胞毒性淋巴細胞失效，從而發生免疫逃逸。乳腺腫瘤細胞中的FLRT3/LPHN/TIM-3/Galectin-9途徑則是將Galectin-9轉移到細胞表面[24]。

5 小結與展望

FLRT3在口腔顱頜面生長發育、神經系統發育等方面具有廣泛的功能，參與了諸多重要臟器的形成，并且還與神經性疼痛、注意力缺陷/多動障礙及多種癌癥的發展緊密相關。然而，關于FLRT3的研究仍存在許多尚待發現和急需解決的問題。越來越多的研究表明，FLRT3在顱頜面成骨形成過程中具有顯著的時空表達特異性，但有關FLRT3的分子機制仍未闡明。因此，深入探索FLRT3在顱頜面生長發育及在相關疾病中的功能機制具有重要意義，可為相關臨床疾病的預防及治療提供新的方向。