神经调节素受体降解蛋白1的研究进展

苏 里(综述)，张 圆(审校)

(1.包头医学院第一附属医院神经外科，内蒙古 包头 014010； 2.包头医学院基础学院病理生理学教研室，内蒙古 包头 014060)

泛素-蛋白酶体系统是蛋白质降解的主要途径[1]。其主要由泛素激活酶、泛素交联酶、泛素连接酶和26s蛋白酶体组成，可有效地识别和泛素化蛋白底物或酶底物，其中泛素连接酶是促进蛋白底物降解的限速酶，它决定了泛素化反应的特异性。神经调节素受体降解蛋白1(neuregulin receptor degradation protein 1，Nrdp1)也称为环指蛋白41，是一种泛素连接酶，2001年Abdullah等[2]在小鼠造血干细胞和祖母细胞的研究过程中发现，它通过特异性地作用于某些底物分子参与多种生理或病理过程。现就Nrdp1的结构、生物学功能及其与疾病的关系予以综述。

1 Nrdp1的结构和功能

人的Nrdp1基因长度大约为12 kb，定位于染色体12q13，含有8个外显子。Nrdp1由外显子2～6编码，环指结构域由外显子2和3编码，外显子1、6、7和8包含该基因的5′和3′非翻译区。Nrdp1具有高度的进化保守性，其同源物存在于果蝇、斑马鱼、非洲爪蟾、小鼠和人中，同时Northern杂交显示，Nrdp1在成人各组织中具有广泛的分布，尤其在心脏、大脑、骨骼肌、睾丸、前列腺和卵巢中表达丰富[2]。Nrdp1蛋白含317个氨基酸，分子质量为35.9×103，属于RBCC(RING，B-box，coiled-coil)亚家族。在N端含有一个环指结构域、一个B-box结构域、一个卷曲螺旋结构域[3]。

Nrdp1具有泛素连接酶活性，在细胞内不稳定,蛋白酶体抑制剂MG132和蛋白酶体抑制剂1可以增强Nrdp1的稳定性。研究表明，Nrdp1可以自我泛素化，并通过蛋白酶体降解[3]。Nrdp1的自我降解依赖于环指结构，C34S/H36Q突变可以破坏环指结构域，导致泛素连接酶活性丧失，Nrdp1不能自身泛素化，从而增加其稳定性[3-4]。进一步的研究表明，脱泛素酶泛素特异性肽酶8(ubiquitin specific peptidase 8,USP8)可与Nrdp1结合，促进Nrdp1在细胞内的稳定性，而USP8催化活性丧失的突变体不能稳定内源的Nrdp1[5]。

2 Nrdp1的生物学功能

2.1抑制细胞增殖 研究表明，Nrdp1可通过表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor，EGFR)信号分子抑制细胞增殖[3-4]。ErbB酪氨酸激酶受体家族包括EGFR、ErbB2、ErbB3和ErbB4，在调节细胞存活、增殖和分化方面具有重要作用。研究表明，Nrdp1特异性地与ErbB3和ErbB4结合，但是不结合ErbB2和EGFR[3]。在非洲绿猴肾细胞中表达Nrdp1，导致ErbB3从细胞膜转移到细胞质，ErbB3和ErbB4的蛋白水平降低。进一步研究表明，Nrdp1通过C端的结构域和ErbB3的胞内结构相互作用，通过N端的环指结构域促进ErbB3的泛素化降解[3-4]。

Nrdp1对ErbB3的作用存在神经调节蛋白1介导的反馈机制。神经调节蛋白1激活ErbB3，导致下游蛋白激酶B活化，蛋白激酶B介导USP8苏氨酸残基T907磷酸化，导致USP8稳定，USP8进一步稳定Nrdp1，从而引起ErbB3的泛素化和降解[6]。同时Fry等[7]研究发现，Nrdp1在内质网与ErbB3前体结合激活ErbB3的降解过程，而且提出一个受体酪氨酸激酶数量控制的新机制，即信号感受态受体的稳态水平通过内质网局限性的降解途径来控制。

2.2促进细胞凋亡 BRUCE(BIR repeat-containing ubiquitin-conjugating enzyme)是一个膜结合的凋亡抑制蛋白，含有一个泛素结合酶结构域。体内外泛素化实验证明，Nrdp1与BRUCE存在相互作用，Nrdp1通过C端与BRUCE结合将其泛素化降解[8]。在多种类型的细胞中，凋亡刺激因素促进BRUCE通过蛋白酶体降解，通过RNA干扰降低Nrdp1的表达后，可以减少BRUCE的降解，同时干扰RNA可降低BRUCE的表达或者过表达Nrdp1，均可促进细胞凋亡。以上结果提示，Nrdp1介导BRUCE的降解可能是引起凋亡的一种新途径[8]。心内膜心肌活检是诊断心脏移植后急性细胞性排斥反应的金标准，研究发现Nrdp1表达水平的上调和BRUCE表达水平的下调与心内膜心肌活检引起的心肌细胞凋亡程度密切相关，在心脏移植中对BRUCE和Nrdp1转录水平进行定量和特异性检测，可以作为判断急性细胞性排斥反应引起细胞凋亡严重程度的指标[9]。

2.3抑制炎症反应 许多炎症刺激因子通过Toll样受体反应通路来发挥作用。最近体外研究显示，脂多糖刺激过度表达Nrdp1的巨噬细胞后，细胞内致炎细胞因子生成减少，而Ⅰ型干扰素合成增多，Nrdp1通过泛素化降解髓样分化因子和激活TANK(TRAF-associated NF-κB activator)结合激酶1来调控Toll样受体反应通路，且利用Nrdp1转基因小鼠和基因剔除小鼠也验证了Nrdp1与炎症之间的密切关系[10]。此外，研究表明过度表达Nrdp1的巨噬细胞可使M2的标志分子表达增多，而剔除Nrdp1表达可以有效抑制巨噬细胞M2相关基因的表达[11]。最新研究结果表明，Nrdp1可以作为调控USP8稳定性的重要调控子来控制细胞因子受体的运输[12]。Nrdp1还可与细胞因子受体复合物相互作用来调节它们在细胞表面的表达[13]。

3 Nrdp1与疾病

3.1Nrdp1与肿瘤 肿瘤细胞中Nrdp1发挥作用主要通过与ErbB3的相互作用来实现。人的乳腺癌细胞系中过度表达Nrdp1可导致ErbB3蛋白水平降低，抑制细胞增殖和迁移。相反，剔除Nrdp1或者过表达无泛素连接酶活性的Nrdp1后，增强了ErbB3的水平，并诱导细胞增殖。另外，在人的乳腺癌组织和小鼠乳腺癌模型中，Nrdp1的表达水平与ErbB3呈负相关[14]。去势抵抗型前列腺癌的形成中Nrdp1和ErbB3均发挥作用，研究显示雄激素撤退疗法通过降低Nrdp1的表达和促进ErbB3蛋白的聚集促进细胞扩增，前列腺癌发展过程中对去势疗法产生抵抗的原因可能与Nrdp1的功能缺失有关[15]。此外，研究发现乳腺癌发病过程中通过较强的转录后机制来抑制Nrdp1的表达，而且Nrdp1蛋白的不稳定状态构成其在肿瘤组织中表达缺失的主要原因[16]。

3.2Nrdp1和造血系统疾病 人的Nrdp1基因定位于染色体12q13，而此区域常发生与急性髓细胞白血病和非霍金森淋巴瘤相关的染色体异常。通过对小鼠和人的Nrdp1基因外显子1进行测序，发现其启动子中包含几个与造血相关的转录因子的多个结合位点，Nrdp1基因在胚胎细胞、成人造血干细胞及祖母细胞中进化的保守性和表达的特异性，表明其与造血细胞系的延续及分化密不可分，提示Nrdp1可能与恶性造血系统疾病相关[2]。进一步的研究表明，在鼠多能造血祖细胞系中过表达Nrdp1，明显削弱细胞因子促红细胞生成素、白细胞介素3和视黄酸介导的红系和髓系的分化[17]。通过检测慢性淋巴细胞性白血病患者和正常对照人群中微小RNA-15a/16-1和92个预测的微小RNA-15a/16-1的靶基因发现，患者组Nrdp1表达显著上调[18]。

3.3Nrdp1与中枢神经系统疾病 Parkin是帕金森病发病过程中的关键分子，Parkin同时也是一种泛素连接酶。酵母双杂交实验表明，Nrdp1可与Parkin直接结合，随后的体外结合实验、免疫共沉淀实验等均证实Nrdp1和Parkin之间存在相互作用，且Parkin是Nrdp1的底物[19]。脑组织中Nrdp1活性增高会降低Parkin蛋白水平，导致脑内Parkin底物的聚集，Nrdp1可通过降低Parkin表达水平而调节帕金森病的发病，也可能直接参与到帕金森病的发病过程中[19]。进一步研究表明，过表达Nrdp1会明显降低内源性的Parkin水平，且过度表达Nrdp1可增加活性氧类的水平，反之，通过干扰RNA抑制Nrdp1后，可导致活性氧类水平降低，由此提示Nrdp1-Parkin的相互作用可造成细胞内的氧化-抗氧化失衡，进而造成多巴胺能神经元的退行性变[20]。另有细胞实验也发现，过度表达Nrdp1可提高人胚肾细胞对氧化刺激因素的敏感性[21]。此外，采用过表达和剔除Nrdp1的果蝇模型的研究中发现，Parkin可抑制Nrdp1对多巴胺神经元的毒性作用[22]。虽然以上的功能学研究表明Nrdp1基因可能是帕金森病的候选诱发因子，但研究者利用基因测序技术从遗传学角度来探讨两者的相关性，结果未发现其多态性与帕金森病有关[23]。

此外，在动物实验中发现，Nrdp1的表达水平在小鼠海马区中表达较高，并在随后人体尸检研究中发现抑郁症和双相性精神障碍患者的额前皮质中Nrdp1的转录水平较正常人显著降低[24]。

3.4Nrdp1与心血管疾病 虽然Abdullah等[2]研究证明Nrdp1在心脏中表达丰度高，但是关于Nrdp1在调节心肌细胞和心脏功能中作用的报道并不多。近期通过应用转基因动物模型和体外心肌细胞实验，发现Nrdp1可通过抑制其靶蛋白ErbB3及下游的信号分子的激活，从而加重缺血/再灌注诱导的心肌损伤[25]。另外，采用动物模型和细胞模型研究了Nrdp1在阿霉素诱导的心肌损伤及分子机制，结果表明Nrdp1通过抑制一些与细胞增殖相关信号通路分子的激活而促进了阿霉素诱导的心脏功能失调[26]。因此，这些研究结果提示Nrdp1可能是一个潜在的药物靶标。

4 结 语

Nrdp1是近期发现的一种泛素连接酶，它的已知作用底物有ErbB3、BRUCE和Parkin等,通过作用于这些底物蛋白，Nrdp1可以调节某些正常生理过程或参与某些疾病的发生、发展，如促进凋亡、抑制炎症等。关于Nrdp1的研究目前并不多，主要集中在肿瘤和神经系统疾病方面，在其他器官组织中作用的报道较少，因此，Nrdp1的生物学功能仍需进一步探讨，如需要继续寻找Nrdp1的作用底物，并深入挖掘Nrdp1如何参与某些疾病的发生、发展,或者检测Nrdp1在其他已发现其高表达组织中的作用。有关Nrdp1的生理功能及调节机制等诸多问题有待今后更深入的探讨。

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