Rnd2介導的生命活動及其作用機制＊

梁琰，彭海冰，曹瑩，徐天琪，宋瑞龍

Rnd2介導的生命活動及其作用機制＊

梁琰，彭海冰，曹瑩，徐天琪，宋瑞龍

（揚州大學獸醫學院，江蘇 揚州 225009；江蘇高校動物重要疫病與人獸共患病防控協同創新中心，江蘇 揚州 225009）

Rnd2是Rho GTPase超家族下的Rnd亞家族中非典型成員之一，且Rnd2主要以活性鳥苷三磷酸結合態存在。研究表明，Rnd2通過調節細胞骨架，可在影響細胞的運動與突起的生長在神經元發育以及妊娠的維持等過程中發揮著重要作用。主要概述了Rnd亞家族成員Rnd2通過與上下游信號分子相互作用調節其相關生理學活性，并影響下游信號的通路的轉導，進而調控細胞骨架的重塑等過程影響的一系列生理活動及其相關作用機制。

Rho GTPase家族；Rnd亞家族；Rnd2；細胞骨架

Rnd2是Rho GTPases超家族成員之一，在細胞遷移的過程中發揮著重要作用。細胞遷移等生命過程包括多個階段：細胞極化、質膜突起、細胞黏附的重組，這些過程緊密相連。目前研究表明，內在因素PI3K促進細胞遷移，且Rho GTPases在這一過程中起著重要的作用[1]。到目前為止，Rho GTPases超家族已經發現了大約20個成員，根據其結構和功能，Rho GTPases超家族成員一般分為7個亞家族，其中包括典型的與非典型的成員。Rnd亞家族作為Rho GTPases超家族中非典型的家族之一，在對細胞遷移等過程中的調控方式與其他成員不同，Rnd家族不能水解GTP，因此，總是處于激活狀態，并通過與一些下游效應蛋白的相互作用，激活多條信號通路，但關于Rnd2的相關研究尚不全面。

Rho GTPases活性的失調可能導致腫瘤的發生和遷移以及神經細胞成熟等過程的失調，在這些過程中細胞骨架的重排等起到至關重要的作用[2]。越來越多研究表明，Rnd亞家族成員主要以活性鳥苷三磷酸結合態存在，但其在調節細胞骨架的重排、腫瘤發生和遷移以及神經細胞成熟等過程中也發揮著至關重要的作用。目前，越來越多的文獻表明Rnd1和Rnd3在腫瘤發生和治療中起著重要作用，另有研究證明其與細胞的增殖與分裂等多個過程密切相關[3-4]。另外，Rnd2被證明與神經元的成熟以及細胞遷移等也存在一定聯系，但Rnd2介導的神經元的發育等過程涉及的細胞骨架的影響與Rnd1以及Rnd3存在一定差異，本文主要通過介紹Rnd亞家族成員Rnd2通過調控細胞骨架的動態過程影響細胞的生命活動，為未來研究提供理論支持。

1 Rnd2在正常組織中的表達水平

與動物組織中普遍表達的Rnd3不同，Rnd2并非在所有組織中都表達。與Rnd1相比，Rnd2在健康組織中的表達更局限于某些特定的組織細胞。研究表明Rnd2在腦、脊髓以及肝臟中特異性的表達，并主要集中于神經元細胞以及肝星狀細胞，對于胚胎皮層內的神經細胞的發生和細胞遷移有重要作用[5-6]。此外，Rnd2在睪丸中也有一定水平的表達[7]。

Rnd家族成員在動物的子宮組織中也有一定水平的表達，并對子宮肌層的收縮以及正常妊娠狀態的維持起到重要作用。在未妊娠的子宮肌層中均檢測到了Rnd1、Rnd2和Rnd3的表達，但Rnd2是唯一在子宮肌層中表達但在其他子宮內組織中不表達的Rnd相關蛋白。在懷孕的大鼠子宮肌層中，Rnd1、Rnd2和Rnd3的mRNA表達水平顯著增加，這種表達水平的變化受到雌二醇和孕酮的影響。但在人類的子宮肌層中僅Rnd1的表達含量出現了顯著升高，Rnd2和Rnd3在這個過程中發揮的作用仍然有待進一步的研究[8-9]。另外，雌二醇也可以上調回腸組織中Rnd2的表達，從而調節腸道生理活動[10]。

在研究中發現，Rnd2在破骨細胞的分化過程中起到重要作用，在破骨細胞分化過程中，Rnd2的表達含量存在顯著差異，提示Rnd2可能在破骨細胞前體細胞中的表達，并對其運動及分化過程起至關重要的作用。

2 Rnd2的生物學功能

2.1 Rnd2調節神經元的發育

Rnd蛋白在大腦中高度表達，多項研究表明，Rnd蛋白通過對RhoA/ROCK的直接作用或與plexins的相互作用而影響神經元功能的多個方面。例如Rnd3通過抑制RhoA的活化，從而阻斷RhoA/ROCK信號傳導，進而誘導PC12神經元細胞神經突的生長，并有助于神經生長因子NGF誘導的神經突延伸；另外，Rnd1在調節樹突棘的形成等過程中發揮著重要作用[11]。而與其他經典Rho家族成員不同，Rnd2不受RhoGEFs上游信號通路的影響，越來越多的研究指出多種調節途徑直接調控神經元中Rnd2基因的表達水平，從而調控大腦皮層神經元的的發育與遷移等多個過程，但對Rnd2控制細胞遷移的細胞內信號通路仍知之甚少。

有研究指出，與其他Rho家族經典成員不同，Rnd2介導細胞骨架重組等生命過程似乎是濃度依賴性的。在神經細胞中Rnd2可以受到多種上游信號因子的調控，比如轉錄激活因子bHLH家族成員以及一些轉錄阻遏物等，從而影響Rnd2的翻譯水平，進而調節新生的大腦皮層神經元的遷移過程[12-13]。另外Rnd2通過其濃度依賴性，介導其下游信號的激活與轉導，如Rapostlin、Pragmin和Bacurd2等，進而調節細胞骨架的重組，影響細胞突起的形成[14-16]。

2.2 Rnd2調控生殖系統的功能

Rnd2已被證明在雄性睪丸和雌性子宮中特異性表達，并發揮重要作用。在雄性睪丸組織中，Rnd2在精母細胞和早期精子細胞中穩定表達，并可以在體外以及細胞內與MgcRacGAP（雄性生殖細胞Rac GTPase激活蛋白，The male-germ-cell Rac GTPase-activating protein）共定位，并可能對細胞分裂分化過程起至關重要的作用[7]。

在雌性動物子宮組織中，雖然Rnd2在子宮肌層穩定表達，但在妊娠過程中Rnd2的表達含量顯著升高，說明Rnd2對雌性動物維持妊娠的過程發揮著重要作用。另外，有研究指出類固醇激素雌二醇在平滑肌細胞中上調Rnd1、Rnd2和Rnd3的表達，并與平滑肌收縮減少相關，因此，雌性動物維持妊娠過程中Rnd2的表達可能受其雌激素的影響，并調節子宮的收縮從而維持妊娠。與Rnd1和Rnd3不同，Rnd2基本不在除子宮肌層外其他組織中表達，因此Rnd2是否存在某些特定作用尚不清楚[8-9]。

3 Rnd2介導的信號通路

3.1 Rnd2參與微管蛋白途徑調節細胞骨架

在神經元細胞中，Rnd2介導的信號通路在神經元的發育與遷移過程中起到至關重要的作用。研究指出Rnd2介導的相關功能似乎與其表達含量相關。Neurog2、NeuroD1和NeuroD2等bHLH家族成員可以刺激Rnd2的表達，比如Neurog2可以直接與Rnd2基因上增強子結合誘導Rnd2的轉錄與表達[12]；而諸如COUP-TFI和RP58等的轉錄阻遏物可以負調控Rnd2的表達：一方面RP58可以直接抑制Rnd2的表達，另一方面Scrt2、RP58等可以通過抑制Neurog2的表達調控Neurog2-Rnd2抑制Rnd2表達。另外，Rnd2可以被LP3活化從而調控Rnd2-Rapostlin信號通路[13-17]。Rapostlin是最早被發現可以作為Rnd2下游調節因子的蛋白，并以GTP依賴性方式特異性結合Rnd2，另外Rapostlin還可以直接與微管蛋白相互作用。

Rapostlin具有3個結構域：HR1中間結構域（調控與Rnd2的結合）、SH3結構域以及F-BAR/EFC結構域。Rnd2與Rapostlin結合誘導SH3結構域結合并活化N-WASP，活化的N-WASP刺激Arp2/3復合物，形成突起結構所需的肌動蛋白絲，另外，Rnd2通過激活Rapostlin蛋白N末端F-BAR/EFC結構域誘導其與磷脂酰肌醇雙磷酸酯和微管相互作用，誘導質膜的內陷等過程[18]。

3.2 Rnd2參與RhoA信號傳導調控細胞骨架

RhoA介導的信號通路對細胞骨架的重塑過程至關重要，在神經細胞中，Pragmin與Bacurd2等可以作為Rnd2下游信號分子調節RhoA信號通路：Rnd2通過結合到Pragmin含有激酶樣結構域的COOH末端區域，調節其NH2端結構域對RhoA的活化作用從而誘導骨架重塑[16]；而Bacurd2的COOH末端結構域具有與Rnd2特異性結合的活性，其NH2末端結構域可以與E3泛素連接酶（Cul3）相互作用，并募集Cul3以泛素化RhoA，從而抑制其蛋白質水平，導致F-肌動蛋白細胞骨架重塑并抑制細胞遷移，但Rnd2是否調節Bacurd2的活性尚不明確[14]。另外，與Rnd1和Rnd3不同，Rnd2雖然能夠與Socius和p190RhoGAP特異性結合，但不因此調節RhoA下游信號通路的傳導。

此外，在雌性動物的子宮組織中，Rnd蛋白與RhoA的動態平衡有利于ROCK的穩定，從而調節Ca2+致敏現象，進而調控子宮平滑肌的收縮。研究指出，Rnd2與Rnd3在動物子宮肌層中可能直接抑制RhoA-ROCK信號通路，進一步調節PPP1R12A亞基磷酸化，從而抑制肌動蛋白與肌球蛋白的重組，調節組織細胞的收縮。另外，Rnd2被證明在子宮基層組織中誘導F-action的重組，直接對抗RhoA的功能，但Rnd2的這種功能可能是組織特異性的[8-9]。

3.3 Rnd2參與Plexin相關途徑調控細胞遷移

Plexin是一個跨膜細胞表面受體家族，根據結構標準分為4個家族：Plexin-A、B、C、D。Plexin的細胞質區域是高度保守的，存在2個RasGAP結構域，并在其中間存在Rho結合結構域（RBD）。研究表明，Rnd家族成員可與Plexin-B（Plexin-B1、Plexin-B2、Plexin-B3）相互作用并調節其生理活性：RND1被發現是Plexin-B1發揮R-RasGAP活性所必需的，而RND3與Plexin-B2結合，刺激皮層神經元遷移中的RhoA活性[19-20]。雖然Rnd2均可以與Plexin-B族相互作用，但其生物學功能尚不明確。除此之外有研究表明，雖然Plexin-D1與3個Rnd家族蛋白之間均有相互作用，但Plexin-D1顯示出R-RasGAP活性通常需Rnd2的參與[21]。

研究發現Plexin-D1與Sema3E（信號素3E）相互作用，并在神經元發育過程中起到重要作用。Sema3E/Plexin-D1介導的軸突生長抑制需要Rnd2，且只有當Rnd2存在時，Plexin-D1的R-Ras GAP活性才會下調。Rnd2通過與NH2端結構域相互作用，破壞C1結構域與N-末端區域以及C2結構域與C-末端區域的相互作用，進而結合于Plexin-D1的C1和C2結構域之間的區域，并誘導R-RAS GAP結構域形成開放構象，調節R-RAS GAP活性進而調節由Sema/plexin-R-RAS GAP-細胞外基質（ECM）介導的細胞遷移[21-22]。

4 未來與展望

綜上所述，Rnd2通過其下游蛋白等介導不同信號通路，并通過調節細胞骨架相關蛋白的表達與重組影響細胞發育等多種生理過程。由于目前Rnd2在動物機體內的表達較為局限，對其相關功能的了解較少，可能作為細胞骨架的新的調節位點，并可能在例如腫瘤發育、細胞分化等多個生理過程中發揮重要作用，可能作為相關疾病新的研究方向與治療靶點。

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R392

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.008

2095－6835（2020）18－0021－03

國家自然科學基金項目（編號：31502128）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目；江蘇省大學生科技創新項目（編號：201811117015Z）

梁琰（1998—），男，安徽人，本科。

宋瑞龍（1984—），男，江蘇人，實驗師，主要從事破骨細胞分裂與動物代謝病和中毒病的研究。

〔編輯：張思楠〕