Robos在神經(jīng)精神疾病中的研究進(jìn)展

黃唯 綜述 徐忠祥 審校

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，貴州 遵義 563000

Robo是由SEEGER等[1]最先于1993年從黑腹果蠅中克隆得到，是一種與發(fā)育相關(guān)的跨膜蛋白，與其配體Slit結(jié)合在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中起重要作用。Robo家族有4名成員，Robo1蛋白為神經(jīng)細(xì)胞黏附分子家族成員之一，其結(jié)構(gòu)包括由5個免疫球蛋白(immunoglobulin，Ιg)樣序列和3個Ⅲ型纖維連接蛋白(fibronectin typeⅢ，F(xiàn)NⅢ)結(jié)構(gòu)域組成的胞外區(qū)、跨膜區(qū)和4個保守的Robo特異性序列CC0-CC3組成的胞內(nèi)區(qū)[2]。Robo2、Robo3與Robo1相比，有相似的胞外區(qū)，但胞內(nèi)區(qū)缺乏CC2、CC3序列[3]。Robo4胞外域的排列方式與所有其他Robo家族成員的排列方式明顯不同，其胞外區(qū)只有2～3個Ιg樣序列 和2個FNΙΙΙ，胞內(nèi)區(qū)缺少CC1和CC3[4]。研究發(fā)現(xiàn)Robos蛋白參與神經(jīng)軸突和樹突定向生長、神經(jīng)細(xì)胞遷移及外周神經(jīng)修復(fù)等生理病理過程[5-7]。在多種神經(jīng)精神疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。故本文就Robos在相關(guān)神經(jīng)精神疾病中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期為其發(fā)病機(jī)制及治療提供新的理論依據(jù)。

1 Robo1調(diào)控神經(jīng)軸突導(dǎo)向及細(xì)胞遷移

Robo1在神經(jīng)軸突導(dǎo)向方面具有非常重要的作用，主要是維持腹部軸突導(dǎo)向以阻止其穿越中線[8]。其機(jī)制可能是Robo1與Slit2結(jié)合引起肌動蛋白細(xì)胞骨架重組調(diào)節(jié)肌動蛋白絲聚合和細(xì)胞遷移[9-10]。另外GTPase活化蛋白(GAPs)、Cdc42也參與Robo1/Slit介導(dǎo)的中線排斥，Robo1與Slit2結(jié)合在體內(nèi)減弱ADP-核糖基化因子4A(Arl4A)-Robo1的相互作用，從而減弱Cdc42介導(dǎo)的細(xì)胞遷移[11-12]。

1.1 神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是一種預(yù)后較差的原發(fā)性腦腫瘤[13]。以往有很多研究表明Robo/Slit信號通路在腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、血管生成等過程中起重要作用[14]。有研究發(fā)現(xiàn)Robo1在不同級別膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中mRNA和蛋白質(zhì)水平上均呈高表達(dá)，并且Robo1/Slit2信號傳導(dǎo)通過Cdc42-GTPase失活抑制瘤細(xì)胞遷移和侵襲[10]，其可能成為神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤防治的潛在靶標(biāo)[15]。NGUEMGO KOUAM等[10]研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系U-373 MG和U-87 MG的遷移能力與Robo1和Slit2存在相關(guān)性，Robo1或Slit2高表達(dá)可降低遷移相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而抑制瘤細(xì)胞的遷移。最近一項研究表明，Robo1-CAR-NK92細(xì)胞對神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和膠質(zhì)瘤細(xì)胞具有很強(qiáng)的靶向殺傷作用[16]。另外小分子RNA也參與了Robo1在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的作用，microRNA-218降低Robo1表達(dá)抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的遷移和侵襲[17]，miR-219-5p負(fù)性調(diào)控Robo1表達(dá)抑制瘤細(xì)胞增殖和侵襲并誘導(dǎo)其凋亡[18]，值得注意的是，在越高級別腫瘤組織中Robo1的表達(dá)越高，而microRNA-218與之相反，提示臨床治療中調(diào)控Robo1表達(dá)水平至關(guān)重要[19]，并且現(xiàn)已有研究將Robo1列為神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤基因治療的一個靶標(biāo)[20]。在此基礎(chǔ)上深入研究Robo1在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的作用機(jī)制,可為今后膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的診斷、靶向治療及預(yù)后提供全新的診療思路。

1.2 閱讀障礙 閱讀障礙是一種常見的學(xué)習(xí)障礙，其病因涉及神經(jīng)生物學(xué)和遺傳學(xué)[21]。HANNULA-JOUPPΙ等[21]研究發(fā)現(xiàn)Robo1是閱讀障礙的易感基因之一，Robo1可通過調(diào)節(jié)胼胝體的纖維軸突生長和纖維結(jié)構(gòu)發(fā)育等微結(jié)構(gòu)來影響人的閱讀能力[22]。由于Robo1基因編碼產(chǎn)物可導(dǎo)向樹突及軸突的生長[2]，故有研究人員推測Robo1基因編碼異常能對神經(jīng)軸突造成影響，導(dǎo)致中樞神經(jīng)發(fā)育異常而致病[23]。另有研究表明轉(zhuǎn)錄因子Lhx2是Robo1的負(fù)調(diào)控因子，Lhx2通過調(diào)節(jié)Robo1的表達(dá)參與丘腦發(fā)育，其缺失影響丘腦內(nèi)側(cè)膝狀體纖維投射，從而導(dǎo)致聽覺皮層區(qū)域的受損影響閱讀[24]。此外發(fā)現(xiàn)閱讀障礙易感性單倍體內(nèi)的三種新型變異體，可能是Robo1基因的低表達(dá)致病的原因[24]。

1.3 脊髓損傷 脊髓損傷后功能恢復(fù)的關(guān)鍵是促進(jìn)軸突分支生長，研究發(fā)現(xiàn)Robo1/Slit2信號是參與增強(qiáng)軸突再生及重建神經(jīng)元回路的關(guān)鍵通道，Robo1、Slit2、RhoA可定位于脊髓的同一神經(jīng)元中，Slit2通過抑制Robo1下調(diào)RhoA表達(dá)，從而刺激軸突分支生長來改善脊髓的功能恢復(fù)[25]。另外，通過脊髓內(nèi)注射RNAi慢病毒敲除Robo1也可以改善受損脊髓的功能[25]。因此，在涉及脊髓損傷中是否可通過調(diào)節(jié)Robo1的表達(dá)來恢復(fù)脊髓功能，提高患者的生活質(zhì)量具有潛在的研究價值。

2 Robo2介導(dǎo)神經(jīng)軸突導(dǎo)向及調(diào)控多巴胺能系統(tǒng)功能

Robo2是指導(dǎo)背部軸突導(dǎo)向的主要受體[8]，其既可促進(jìn)Slit在神經(jīng)中線的排斥作用，也可抑制Robo1/Slit信號的排斥作用而促進(jìn)軸突穿越中線[24]。另外，Robo2/Slit2信號通路控制著下行多巴胺能縱向軸突的側(cè)向定位和正確導(dǎo)向[26]。

2.1 周圍神經(jīng)損傷 研究發(fā)現(xiàn)，切斷背根神經(jīng)節(jié)的軸突可以改變Robo/Slit基因的表達(dá)，Robo/Slit主要受提供營養(yǎng)支持的靶組織的影響，外周神經(jīng)損傷后Robo2/Slit1可誘導(dǎo)受損初級感覺神經(jīng)元的再生，并可促進(jìn)斷裂背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的生長[7]。另外，小鼠坐骨神經(jīng)損傷后在脊髓運(yùn)動神經(jīng)元和背根神經(jīng)節(jié)的感覺神經(jīng)元中檢測到Robo1-2 mRNA、Slit1-3 mRNA的表達(dá)，并且在損傷的第4～14天Robo1和Robo2在坐骨神經(jīng)殘端軸突再生中表達(dá)，而Slit3是再生過程中神經(jīng)橋和遠(yuǎn)端神經(jīng)殘端表達(dá)的主要配體，提示Robo/Slit3信號通路在周圍神經(jīng)修復(fù)中起關(guān)鍵作用[27]。

2.2 精神分裂癥 中腦多巴胺系統(tǒng)由中腦腹側(cè)被蓋區(qū)和黑質(zhì)致密部組成，對運(yùn)動功能、動機(jī)、獎賞、學(xué)習(xí)和記憶至關(guān)重要，并且中腦腹側(cè)背蓋區(qū)與認(rèn)知和心理活動的精神行為存在一定關(guān)聯(lián)[28]。研究發(fā)現(xiàn)，Robo1和Robo2在多巴胺能神經(jīng)元的形成中起重要作用，且可能不依賴與slit結(jié)合[29]。Robo2在中腦腹側(cè)被蓋區(qū)高表達(dá)，且對于維持腹側(cè)被蓋區(qū)中的抑制性突觸至關(guān)重要，在小鼠實驗中，Robo2失活后自發(fā)性抑制性突觸后電位頻率降低[30]。GORE等[30]證實在腹側(cè)被蓋區(qū)，Robo2失活會增強(qiáng)多巴胺作用，導(dǎo)致大腦興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)失去平衡，這可能是精神分裂癥的發(fā)病機(jī)理。并且已有研究鑒定出Robo2是精神分裂癥的易感基因之一[31]。

3 Robo3基因突變及其對神經(jīng)軸突的影響

Robo3可競爭性抑制Robo1與Slit的結(jié)合，消除Robo1對神經(jīng)中線的排斥作用，促進(jìn)軸突穿越中線[32]。Robo3在中腦、小腦和脊髓回路中廣泛表達(dá)[33]。

3.1 水平注視麻痹伴進(jìn)行性脊柱側(cè)彎(horizontal gaze palsy and progressive scoliosis，HGPPS) HGPPS是一種罕見的先天性疾病，為常染色體隱性遺傳，其特征是在兒童期或青春期出現(xiàn)眼球水平運(yùn)動受限和進(jìn)行性脊柱側(cè)彎[34]。值得注意的是，HGPPS患者具有腦干發(fā)育異常和腦干神經(jīng)元通路交叉的缺陷[35]。遺傳研究證實，HGPPS的發(fā)病機(jī)制與Robo3基因突變有關(guān)，Robo3通過阻斷軸突對排斥性Slit受體的反應(yīng)來允許神經(jīng)中線交叉，這種作用機(jī)制決定了腦干神經(jīng)軸突交叉以及由此產(chǎn)生的腦干形態(tài)變化[32]。目前為止，Robo3引起HGPPS的突變存在40余種，主要致病基因位于11q23-25號染色體上，該基因包含28個外顯子，編碼1386個氨基酸的跨膜受體蛋白，對軸突的引導(dǎo)和調(diào)控具有重要意義[36]。因Robo3基因突變導(dǎo)致腦干的神經(jīng)通路交叉出現(xiàn)異常，故推測患者的水平注視麻痹可能與腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及內(nèi)側(cè)縱束中發(fā)育的軸突不能穿過中線從而導(dǎo)致信號無法向外展神經(jīng)傳達(dá)有關(guān)[37]。關(guān)于脊柱側(cè)彎方面的機(jī)制，目前認(rèn)為Robo3突變通過改變配體識別或蛋白質(zhì)折疊來影響蛋白質(zhì)功能變化，對神經(jīng)纖維束的形成發(fā)展或?qū)怪鶄?cè)彎產(chǎn)生影響[38]。另外也有學(xué)者認(rèn)為Robo3基因突變可能誘發(fā)病理性骨骼肌肉改變，從而促進(jìn)脊柱側(cè)彎[39]。此外神經(jīng)源性機(jī)制學(xué)說認(rèn)為腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的下行脊髓纖維束與皮質(zhì)脊髓束一起，介導(dǎo)從大腦到脊髓的控制信號，以驅(qū)動運(yùn)動和調(diào)節(jié)肌肉張力[32]。綜上所述，Robo3基因在腦干神經(jīng)軸突中起重要作用，其突變會導(dǎo)致功能喪失，是HGPPS發(fā)生的關(guān)鍵因素。

3.2 自閉癥(Autism) 自閉癥是一種由神經(jīng)精神發(fā)育障礙導(dǎo)致的疾病，主要表現(xiàn)為在兒童期就出現(xiàn)的社交障礙及一些機(jī)械的重復(fù)行為。自閉癥的主要治療靶點是5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(SERT)，已證實果蠅中SERT的表達(dá)受到Robo2和Robo3的正調(diào)控[40]。通過對252個家庭的基因組分析，得到Robo3的四個內(nèi)含子單核苷酸變異體(SNP)和Robo4的三個SNP與自閉癥有關(guān)聯(lián)[41]。Robo基因的異?？赡芡ㄟ^干擾血清素能系統(tǒng)的功能或通過軸突導(dǎo)向受損影響神經(jīng)發(fā)育[41]。自閉癥發(fā)病機(jī)制中不僅只有Robo3介導(dǎo)，Robo1也參與其中。研究發(fā)現(xiàn)，自閉癥患者大腦發(fā)育的特征是樹突棘生長增加，其中硫酸肝素(HS)的缺乏對Robo1和Slit的結(jié)合過程有重要影響，Robo1與Slit之間的相互作用減少會降低Robo1中CC3與srGAP1的SH3的結(jié)合，最終導(dǎo)致肌動蛋白聚合增加，樹突棘形成增加[41-42]。

3.3 癲癇 癲癇是由多種病因?qū)е碌哪X部神經(jīng)元高度同步化異常放電引起的臨床綜合征[43]。在顳葉癲癇大鼠模型中的研究發(fā)現(xiàn)，Robo3在癲癇模型慢性期表達(dá)降低，其Robo/Slit信號通路下游活化的srGAP會造成Rho GTPases失活，引起軸突的異常生長，從而使正常的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞[44]。另外，有研究認(rèn)為Robo3可能參與了皮質(zhì)發(fā)育過程中中間神經(jīng)元的遷移和形態(tài)分化，而這些中間神經(jīng)元的缺失會導(dǎo)致大腦興奮和抑制失衡[45]。綜上所述，Robo3可能通過調(diào)節(jié)神經(jīng)軸突異常生長及神經(jīng)元的興奮和抑制失衡參與癲癇的發(fā)生。

4 Robo4在血管內(nèi)皮細(xì)胞中作用

Robo4主要與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能和血管通透性有關(guān)，Robo4/Slit2信號通路對內(nèi)皮細(xì)胞通透性的調(diào)控起重要作用[46]。Robo4在發(fā)育中的大腦廣泛表達(dá)，可通過抑制Slit的排斥作用來調(diào)節(jié)新生大腦皮層中神經(jīng)元的放射狀遷移[47]。

研究認(rèn)為腦損傷中血腦屏障的破壞加重腦水腫和神經(jīng)功能障礙[48]。有研究證實Robo4與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能和血管通透性有關(guān)[49]，且Robo4/Slit2信號通路對內(nèi)皮細(xì)胞通透性的調(diào)控起重要作用[46]。并可通過阻斷血管內(nèi)皮生長因子抑制血管生成[50]，Robo4在反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，可與Slit2結(jié)合后通過旁分泌或自分泌的形式參與星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)變化[51]，同時可通過抑制Robo1/Slit2通路減弱血管內(nèi)皮生長因子作用，維持正常的血管通透性及內(nèi)皮細(xì)胞遷移[52]。有研究顯示缺血性腦卒中損傷早期Robo4和Slit2的表達(dá)即明顯升高，且表達(dá)水平均為梗死側(cè)大于非梗死側(cè)，提示Robo4/Slit2可能參與卒中早期損傷后的保護(hù)機(jī)制[53]。Robo4的內(nèi)皮穩(wěn)定作用是通過下游的Paxillin24介導(dǎo)的，Slit2可能通過Robo4-Paxillin介導(dǎo)的Rac1激活部分穩(wěn)定了內(nèi)皮連接蛋白，從而降低了血腦屏障的通透性[48]。另外，腦損傷后通過Robo4-Paxillin依賴性的Rac1活化穩(wěn)定緊密連接蛋白[54]，Robo4和Paxillin參與了Slit2激活Rac1的過程[55]。此外，Robo4/Slit2可通過抑制Src激酶磷酸化來干擾血管生成[56]。近年有研究發(fā)現(xiàn)膜聯(lián)蛋白A2是Robo4配體，可調(diào)節(jié)Robo4-paxillin-ARF6信號傳導(dǎo)，在維持血腦屏障功能方面起重要作用[57]。除了Robo4在缺血性腦損傷中的作用外，其它Robo亞型也參與了腦缺血損傷過程。有研究發(fā)現(xiàn)腦缺血損傷后神經(jīng)保護(hù)作用可能是通過Robo1及Slit2表達(dá)增加來介導(dǎo)的，并且Robo1/Slit2信號通路可調(diào)節(jié)下游分子Rho GTPase以穩(wěn)定細(xì)胞骨架，從而維持缺血腦細(xì)胞的功能、預(yù)防或減少突觸和樹突的破壞[58]。在小鼠缺血性腦卒中模型研究中，神經(jīng)元中Slit1缺失或反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞中Robo2降低抑制神經(jīng)母細(xì)胞向病變部位遷移，神經(jīng)母細(xì)胞通過Robo2/Slit1信號傳導(dǎo)及反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生遷移至病變部位，而由Robo2/Slit1信號介導(dǎo)的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生中肌動蛋白細(xì)胞骨架的重排是其有效遷移的關(guān)鍵[55]。綜上所述，Robo/Slit信號在缺血性腦血管疾病中的研究已成為熱點，尤其是Robo4在血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)，有望成為缺血性腦血管疾病治療的重要靶點。

5 展望

綜上所述，Robos在神經(jīng)精神疾病中的作用主要與其在軸突導(dǎo)向上的正確定位及引導(dǎo)有關(guān)，也與其和各種小分子受體結(jié)合后發(fā)揮作用緊密相關(guān)。目前研究的比較集中的是Robo1和Robo3，Robo1與神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究是個熱點，可以從基因?qū)用嫔蠟槠渲委熖峁┬碌乃悸?。Robo3基因突變的類型及新的突變是HGPPS的重點研究方向，其是否參與癲癇發(fā)生和發(fā)展仍需要進(jìn)一步研究。Robo2在精神疾病方面未來或許有較大發(fā)展?jié)摿Αobo4/Slit信號通路在新生血管方面的研究比較充足，可為缺血性腦血管病提供一些理論基礎(chǔ)，未來也可為其治療提供新思路。雖然目前對于Robos在部分神經(jīng)精神疾病方面的研究已取得一定進(jìn)展，但對于如何應(yīng)用到臨床診斷或治療上還尚未實現(xiàn)，相信未來隨著研究的不斷深入，對Robos的研究會為神經(jīng)精神疾病的臨床診斷和治療提供更充足的理論依據(jù)。