Merlin信號通路在Ⅱ型神經纖維瘤病中作用的研究進展

王國棟 王 菊 黃敏光 徐茂義 丁悅敏

Ⅱ型神經纖維瘤病(neurofibromatosis type 2，NF2)是一種常染色體顯性遺傳病，與NF2基因突變有關。現(xiàn)階段該疾病以手術治療為主，但術后復發(fā)率高，目前尚無其他有效治療方法。自NF2基因被克隆以來，其分子結構與特征、生物學功能及其作用機制受到了國內外相關領域專家的廣泛關注[1，2]。人類的NF2基因定位于22號染色體長臂1區(qū)2帶2亞帶(22q12.2)，含17個外顯子，其中16和17外顯子為可變剪接外顯子[1]。由NF2基因編碼的蛋白質名為Merlin或Schwannomin，Merlin相對分子質量約為66000，可定位于細胞膜、細胞質和細胞核等處，通過不同的機制發(fā)揮其相應的作用。Merlin能抑制神經纖維瘤的發(fā)生，隨著對Merlin功能及其信號通路研究的深入，以Merlin信號通路上關鍵信號分子為治療靶點的研究開始出現(xiàn)，或將為NF2的治療開創(chuàng)新時代。

一、Merlin亞型

NF2基因轉錄時，由于可變剪接而產生兩種Merlin亞型：Merlin1由外顯子1～15和外顯子17拼接而成，含有595個氨基酸殘基；Merlin2由外顯子1～15和外顯子16拼接而成，含有590個氨基酸殘基[3]。

Merlin1蛋白由3個功能區(qū)構成：氨基末端FERM結構域由位于N-末端的第1～311個氨基酸組成，為第1功能區(qū)；隨后是α-螺旋結構域，由第312～505個氨基酸組成，為第2功能區(qū)；最后是羧基末端親水結構域，由C-末端的第506～595個氨基酸組成，為第3功能區(qū)(圖1)。Merlin1的FERM結構域進一步細分為3個球狀的子域[4]。

圖1 Merlin蛋白結構示意圖

Merlin2含有攜帶終止密碼子的外顯子16，產生C-末端截斷的蛋白。Merlin2的C-末端帶正電荷，親水性強，而Merlin1的 C-末端不帶凈電荷，親水性弱，但Merlin1的C-末端能緊密連接到N-末端FERM結構域，而Merlin2的C-末端與N-末端FERM結構域的結合能力就很弱。此外，兩個不同亞型的C-末端可以相互作用，形成異二聚體[5]。由于其C-末端的結構和電荷差異，兩種主要的Merlin亞型可能具有不同的結合伴侶。

二、Merlin與神經系統(tǒng)相關疾病

1.Ⅱ型神經纖維瘤病:NF2基因突變是導致顯性遺傳疾病Ⅱ型神經纖維瘤病NF2的原因，這種多瘤綜合征發(fā)生率為1∶25000[6]。一般認為，NF2是由Schwann細胞起源的良性腫瘤發(fā)展而來，臨床上常表現(xiàn)為雙側第8對顱神經受損的神經鞘瘤(前庭神經鞘瘤)。這類腫瘤常常發(fā)生在靠近Obersteiner-Redlich區(qū)，即中樞神經系統(tǒng)(central nervous system, CNS)與周圍神經系統(tǒng)(peripheral nervous system, PNS)的交界處，此部位也是Schwann細胞和少突細胞髓鞘形成的過渡區(qū)[7]。神經鞘瘤對前庭蝸神經的壓迫作用可能導致聽力和平衡感的喪失，也常累及其他顱神經，導致發(fā)聲、吞咽、視力等功能障礙[8]。此外，NF2基因突變也與所有散發(fā)的非遺傳性神經鞘瘤和50%的散發(fā)性腦膜瘤有關[9]。由NF2基因突變引起的NF2個體中35%～53%發(fā)展為室管膜瘤，其中62%～86%的腫瘤位于頸部或胸部脊髓[10,11]。

2.多發(fā)性神經病:除了影響CNS外，不少NF2患者在其一生中將會出現(xiàn)周圍神經病變。受影響的個體可能出現(xiàn)襪套樣分布的痛覺減退和感覺遲鈍以及失去振動感覺等癥狀。有的患者還可能存在遠端反射消失，疾病晚期出現(xiàn)緩慢而進行性的遠端肌肉萎縮并發(fā)生輕癱[12]。周圍神經病變可以為局部表現(xiàn)(單發(fā)性)，也可以多部位同時發(fā)生(多發(fā)性)。

三、發(fā)病機制

神經纖維瘤的發(fā)病機制：關于NF2相關腫瘤的起源，有一種假說認為源自Schwann細胞，由于Schwann細胞與軸突緊密和直接的接觸產生廣泛的細胞間交互對話，使得軸突和/或軸突衍生的信號分別產生了致瘤活性。研究表明，神經元表達Merlin也可能參與到軸突和Schwann細胞之間嚴格控制的交互對話中。Merlin的N-末端可以與Caspr/paranodin相結合，paranodin是有髓軸突的特殊分子域，富含paranodal連接，可促進Schwann細胞和軸突之間的黏附，因而對軸突和膠質細胞間信號的相互作用很重要[13]。另外，βⅡ Spectrin是另一種支持軸索細胞骨架的分子，對于有髓軸突組織是必需的。研究表明，Merlin能夠與βⅡ Spectrin相互作用[14]。這些結果提示神經元表達的Merlin可以直接參與軸突與Schwann細胞之間接觸的形成，Merlin蛋白缺失導致Schwann細胞與軸突的接觸不足是神經纖維瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的重要事件。

四、Merlin的信號通路及其治療價值

1.Hippo通路：Hippo通路控制細胞增殖和促進細胞凋亡，該通路在多個水平的破壞導致組織過度生長和腫瘤發(fā)生[15]。Hippo通路由Ste20樣激酶Mst1和Mst2來驅動，隨后激活NDR家族激酶Lats1和Lats2，活化的Lats磷酸化和滅活的轉錄效應因子TAZ/YAP。在缺乏Hippo信號轉導的情況下，活化的TAZ/YAP易位到細胞核以刺激stemness的轉錄和促進增殖，逃避凋亡基因轉錄[16]。Merlin可被Angiomotin募集到細胞緊密連接處，作為Hippo通路信號分子的支架[17]。

最近幾項研究揭示了Merlin調控Hippo信號的獨立機制。研究發(fā)現(xiàn)，在果蠅和哺乳動物中，Merlin能夠直接結合Wts/Lats，招募這些蛋白質到細胞膜，并被活化的Mst1/2磷酸化，從而揭示了Merlin與Hippo途徑間的重要關聯(lián)[18]。Merlin還可通過Rac/PAK1通路激活YAP[19]。此外，Merlin缺失對LRP6磷酸化的抑制減弱，導致Hippo通路中Wnt/β-catenin信號持續(xù)激活，這也可能是腫瘤發(fā)生的機制之一[20，21]。最近Cooper等[22]研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合應用NEDD8活化酶和mTOR的抑制劑可通過CRL4DCAF1泛素連接酶降低YAP活性，有望成為一種新型的治療NF2的藥物。

2.p75NTR/JNK/NF-κB信號通路：在正常神經系統(tǒng)中，Schwann細胞與軸突接觸并保持在靜息狀態(tài)。當神經損傷軸突變性后，Schwann細胞失去與軸突的接觸，導致神經營養(yǎng)素受體(p75 neurotrophin receptor，p75NTR)表達快速增加，介導細胞死亡。研究表明，Merlin在體內外均能抑制Schwann細胞中的p75NTR水平[23]。當軸突被切斷后，Merlin蛋白磷酸化失活，允許與軸突失去接觸的Schwann細胞重新進入細胞周期，p75NTR表達增加。p75NTR可通過JNK通路激活NF-κB，在前庭神經鞘瘤(vestibular schwannomas, VS)細胞中產生促生存效應[24]。最近的研究發(fā)現(xiàn)異常NF-κB激活是VS細胞增殖的根本原因，且NF-κB抑制劑在體外可減少VS細胞增殖，進一步證實該途徑在VS腫瘤發(fā)生中的重要作用[25]。這部分解釋了神經鞘瘤細胞為何在沒有軸突接觸的情況下具有長期生長和存活的能力[26]。因此，Merlin/p75NTR信號通路可以作為針對神經鞘瘤的特異性治療靶點。

3.Neuregulin1/ErbB2/3通路：軸突和Schwann細胞之間研究得最清楚的信號通路為神經調節(jié)蛋白1(Neuregulin1，Nrg1)/表皮生長因子受體ErbB2/3通路。Alexander Schulz等[27]分析了神經元表達的Merlin對該通路的影響。在軸突膜上表達的Nrg1 Ⅲ型是Schwann細胞的一種近分泌生長因子的受體，研究發(fā)現(xiàn)，在敲除Merlin后該受體表達降低。此外，從NF2患者獲取的人腓腸神經活檢顯示Nrg1 Ⅲ型的表達銳減，并伴隨ErbB2的表達代償性上調。神經元特異性Merlin敲除的小鼠和NF2患者樣本所得的結果一樣。此外，Schwann細胞中的Merlin與CD44相互作用，CD44是一種能誘導ErbB2磷酸化的膜糖蛋白[28]。由于過表達Merlin蛋白可抑制CD44與透明質酸結合及腫瘤生長，而CD44結合結構域缺失的突變型Merlin蛋白則不能抑制腫瘤生長，因此Merlin蛋白至少部分通過負性調控CD44發(fā)揮其腫瘤抑制作用[29]。可見，Merlin在神經元和Schwann 細胞中都具有調節(jié)ErbB2/3受體表達的功能，因此，ErbB2/3受體已被認為是治療NF2的潛在靶標，可使用單克隆抗體Trastuzumab或酪氨酸激酶抑制劑拉帕替尼來治療。

4.CRL4DCAF1 E3泛素連接酶：去磷酸化的Merlin可轉移到細胞核，結合并抑制CRL4DCAF1 E3泛素連接酶。研究發(fā)現(xiàn)Merlin的去磷酸化形式優(yōu)先轉移到細胞核，而磷酸化形式則無法入核，這與Merlin以其去磷酸化形式抑制腫瘤發(fā)生的觀察一致。雖然Merlin缺乏經典的核定位序列，但它在羧基末端含有促進CRM1核輸出蛋白通路的核輸出基序。另外，Merlin的FERM區(qū)對于核定位至關重要。研究發(fā)現(xiàn)CRL4DCAF1通過泛素化和抑制Lats1/2在細胞核中促進Hippo通路的YAP功能和TEAD依賴性轉錄，而Merlin可抑制CRL4DCAF1的功能，從而發(fā)揮腫瘤抑制功能。盡管如此，Merlin抑制CRL4DCAF1的具體機制仍需進一步研究。

5.Rho-GTPase信號通路：研究發(fā)現(xiàn)，Merlin通過作用于small GTPase-RhoA信號，促進神經元損傷后的再生。該研究通過建立小鼠坐骨神經擠壓損傷模型，條件性敲除Merlin可引起小鼠功能恢復不良，這與它調節(jié)外周神經RhoA的活性有關。RhoA是small GTPase的下游信號組分，能調節(jié)局部細胞骨架重排，是神經系統(tǒng)發(fā)育和再生過程中的關鍵調節(jié)信號。Merlin通過作用于RhoA影響神經再生的能力，符合NF2患者接受前庭神經纖維瘤手術后面神經麻痹恢復緩慢的發(fā)生率更高的臨床觀察。此外，在神經細胞間成熟的緊密連接處，Merlin與支架蛋白Angiomotin相互作用，調節(jié)接觸抑制和潛在的腫瘤抑制。Merlin與Angiomotin結合并取代富含Rac的GTPase活化蛋白，從而抑制Rac/PAK信號轉導。該種抑制作用加強了細胞間的接觸抑制，并且阻礙促有絲分裂信號，從而抑制腫瘤的發(fā)生。

五、展 望

自1993年發(fā)現(xiàn)Ⅱ型神經纖維瘤病是由NF2基因突變引起，對該基因編碼產物Merlin蛋白的研究一直方興未艾。雖然目前已經發(fā)現(xiàn)Merlin在神經系統(tǒng)以外組織也發(fā)揮重要作用，但其主要作用是抑制神經系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生。手術治療是目前最常用的方法，但預后較差，復發(fā)率很高，積極探索其他治療方法是腫瘤科醫(yī)生的迫切任務。近年來，對Merlin功能及其信號通路的研究使得治療NF2的潛在靶標逐漸增多，已經出現(xiàn)針對Hippo、p75NTR/JNK/NF-κB、Neuregulin1-ErbB2/3等信號通路關鍵分子的靶向治療探索。隨著對Merlin信號通路研究的不斷深入，相信不遠的將來會出現(xiàn)更多靶向藥物，為NF2的臨床治療帶來光明的前景。