IgSF CAMs在神经系统疾病中的作用

冯京汇，杨皓翔，马梦宇，刘艺丹，褚 旭，张彦可综述，孔庆霞审校

免疫球蛋白超家族分子(immunoglobulin superfamily，IgSF)是指至少含有一个免疫球蛋白样结构域的蛋白质，该家族是基因组编码的最常见蛋白质类别之一。IgSF中的细胞粘附分子(cell adhesion molecule，CAMs)部分成员在神经系统中高度表达，包括接触蛋白亚家族(Contactins，CNTNs)、神经细胞粘附分子(Neural cell adhesion molecule，NCAM)、L1 亚家族，通过调节神经元发育、神经网络形成，突触维持发挥重要作用。除了成员内的嗜同性或异嗜性相互作用以外，IgSF CAMs还与离子通道、细胞因子和神经递质受体存在相互作用。近年来表明IgSF CAMs与脑部疾病密切相关，本文对以往IgSF CAMs在神经系统疾病中的研究进行回顾总结、系统阐述。

1 CNTNs

CNTNs由六个成员组成：CNTN1-6，成员间具有45%～65%的相同氨基酸序列，它们通过含有糖基磷脂酰肌醇的脂尾与细胞膜结合[1]。CNTN1和CNTN2是最早被发现并得到广泛研究的成员。转基因小鼠模型表明，CNTNs表达及功能改变可能影响神经发育事件，这些变化可能会导致特异性神经系统疾病的表型[2]。慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病(Chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy，CIDP)患者血清中存在针对CNTN1的自身抗体，CNTN1在脱髓鞘性疾病中具有潜在作用[3]。CNTN2与神经退行性疾病有关，阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)患者脑脊液中CNTN2水平降低，提示其可能是神经退行性病变的生物学标志物[1]。另外CNTN2、CNTN6可能是新的癫痫易感基因[4～6]。

1.1 CNTN1与CIDP

研究发现大约10%CIDP患者血清中存在针对郎飞氏结相关区域的自身抗体，包括CNTN1、接触蛋白相关蛋白1(contactin associated protein 1，CASPR1)、神经束蛋白155(neurofascin155，NF155，L1亚家族成员)，并且这部分患者具有发病年龄早、易出现感觉性共济失调和血浆置换(PE)或糖皮质激素治疗效果优于免疫球蛋白治疗的特点。一般认为CIPD的病理特点为节段性脱髓鞘、T细胞和巨噬细胞浸润以及较轻的轴索变性。然而CNTN1 IgG4阳性的CIPD患者没有巨噬细胞介导的脱髓鞘和炎性细胞浸润，轴索变性更为严重为此类患者病理特点[7]，提示血清CNTN1 IgG4阳性的患者与血清阴性患者在发病机制上有所不同。在吉兰-巴雷综合征(Guillain-Barre syndrome，GBS)患者中，抗CNTN1、NF155和CASPR1的抗体很少被检测到，因此在GBS患者中检测到这些抗体可能是CIDP急性起病的标志[8]。综上所述，早期识别上述针对CNTN1等郎飞氏结相关区域的自身抗体对CIDP诊断及治疗具有重要意义。

1.2 CNTN2与AD

当前AD的诊断主要基于临床表现，脑脊液(CSF)成分可反映大脑的病理变化[9]，理想的AD生物标志物可用于筛查、诊断和监测疾病进展。研究者通过全基因组关联研究(GWAS)在编码CNTN2的基因中发现了与AD相关的单核苷酸多态性(SNPs)[10]。CNTN2是一种突触和轴突膜蛋白，与AD相关蛋白存在相互作用，例如淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)和β分泌酶1(beta-secretase 1，BACE1)[11，12]。最新研究发现AD患者CSF中的 CNTN2 水平显著降低，并且与磷酸化tau水平和认知减退的严重程度相关，这表明 CSF 中的 CNTN2可作为 AD 的潜在生物标志物[13]。有趣的是既往也有报道称AD患者CSF样本中CNTN2水平升高[14]。如其他神经元损伤标记物的纵向研究所示，在AD的早期阶段，CNTN2的水平可能升高，然后随着疾病的严重程度而降低[15]。综上所述，CNTN2可能参与了AD的发生与发展，并且有必要研究疾病不同阶段的AD患者CSF中CNTN2水平，这将有助于确保基于体液生物标志物诊断的可靠性。

1.3 CNTNs与癫痫

截至目前超过 140 个癫痫相关基因或位点被报道[16]。在患有常染色体隐性遗传性皮质肌阵挛震颤和癫痫的埃及人中发现了CNTN2纯合单碱基对缺失(c.503_503delG)[4]。动物实验进一步提示CNTN2与癫痫有关。研究显示CNTN2基因敲除小鼠的大体脑形态与野生型同窝仔难以区分，但仍表现出自发性癫痫发作，且对惊厥刺激的敏感性高于野生型小鼠[17]。据报道，人类CNTN6拷贝数变异可导致精神分裂症和癫痫[18]。这表明CNTN6可能是新的癫痫易感基因，需要进一步的动物模型研究验证这一假说。

2 NCAM

NCAM主要在神经元和胶质细胞表面表达，在神经系统的发育和可塑性中起重要作用，也参与受损神经组织的再生[19]。NCAM 与聚唾液酸(PSA) 的转录后修饰被认为是 NCAM 功能的关键决定因素，PSA-NCAM是一种高度糖基化形式的NCAM，它是参与调解突触可塑性，并且在学习和记忆形成过程中增加[20]。NCAM与许多基质成分存在相互作用，其水平的降低或增高都与脑部疾病有关[21]。NCAM的模拟肽已成功地进行临床前研究，通过诱导NCAM下游通路信号转导发挥神经保护作用，有望用于治疗卒中、创伤性脑损伤和神经退行性疾病[22]。

2.1 NCAM与MS

可溶性NCAM(sNCAM)存在于人的血液和脑脊液中，生理情况下其在血清中的浓度高于脑脊液(CSF)中的浓度[23]。脑脊液中sNCAM水平通常随年龄增长而降低[24]，多项研究表明与对照组相比多发性硬化症(multiple sclerosis，MS)患者CSF中的sNCAM水平更低，并且随着疾病的进展而逐步降低，在接受类固醇治疗后进行髓鞘修复过程中sNCAM水平升高[24]，提示NCAM的耗竭可能导致MS疾病进展。近年来研究者开始关注血清中的sNCAM，一项研究发现与健康受试者相比，周围神经脱髓鞘或轴突损伤的患者血清中sNCAM水平显著升高，并认为sNCAM可作为周围神经脱髓鞘的特异性标志物和周围神经损伤的敏感标志物[23]。最近一项研究发现进展性MS患者血清中sNCAM水平较健康受试者高，但没有同时调查CSF中的sNCAM水平[25]，进展性MS患者血清中sNCAM水平升高是否与周围神经病变同时存在有关需要进一步验证。由此可见，NCAM可能参与神经系统脱髓鞘性疾病的发生与发展，但sNCAM是否是此类疾病的特异性标志物尚需进一步研究。

2.2 NCAM与AD

AD典型的病理学改变为神经炎性斑和神经原纤维缠结，分别由β-淀粉样蛋白(Aβ)和过度磷酸化的tau蛋白组成。NCAM基因单核苷酸多态性(SNPs)与CSF中Aβ水平相关，并已被报道为日本人群中与AD进展相关的危险因素[26]。NCAM参与AD发生发展的具体机制尚不明确，可能成为新的治疗靶点。FGL是目前最有希望进行临床转化的NCAM模拟肽，已被证明可以减轻Aβ引起的锥体细胞丢失和认知障碍，并且能预防由胆碱能系统功能紊乱而导致的记忆丧失[22]。

CSF中Aβ42已被用于AD的诊断，APP和NCAM的相互作用可以调节Aβ的产生，最新研究表明血液中的APP、NCAM、Aβ40以及Aβ42的组合可能是诊断和监测AD的一种经济有效、较为无创的生物标志物，具有较高的敏感性和特异性[27]，这将有助于改善AD临床诊断在很大程度上依赖患者心理测试和影像技术的现状。

3 L1亚家族

L1亚家族成员包括L1cam、CHL1、NrCAM和神经束蛋白(Neurofascins，Nf，如前所述与神经系统脱髓鞘性疾病有关)。L1cam参与神经系统的发育，L1cam基因的突变已被证明会导致神经发育障碍，如X-连锁脑积水、痉挛性截瘫和智力低下[28]。NrCAM结构和或表达的改变与自闭症、药物成瘾等精神障碍以及肿瘤进展有关，近年来有学者在AD中进一步研究了NrCAM[29]。

3.1 L1CAM与AD

L1CAM是免疫球蛋白样细胞黏附分子家族的重要成员，通过激活成纤维细胞生长因子、表皮生长因子和神经生长因子的酪氨酸激酶受体，参与细胞信号转导[19，30]。L1CAM的纤维连接蛋白1-3重复序列直接与淀粉样蛋白B40和B42的活性片段结合[31]。Djogo等在AD小鼠模型中，将编码全长L1cam的腺相关病毒注射到AD小鼠模型的海马和枕叶皮质，可通过减少Aβ聚集降低AD病理学特征[31]，因此 L1可能是改善AD病理的候选分子。另外研究表明L1CAM具有神经保护和促进神经再生作用[30]，L1CAM和NCAM一样已成为神经系统疾病的药理学研究热。L1CAM的多肽模拟物也在研究中[30]，尚未进行临床试验。

3.2 NrCAM与AD

一项蛋白质组学研究表明临床痴呆评定量表(Clinical Dementia Rating，CDR)为0分的AD患者CSF中NrCAM无变化，CDR1.0患者NrCAM降低[32]，提示NrCAM是阿尔茨海默病的潜在脑脊液生物标记物，CSF中NrCAM降低可用于早期阿尔茨海默病和轻度认知损害的进一步分期。据报道，AD患者NrCAM水平以每年约10%的速度下降[33]。Mareike等通过ELISA法测定AD患者、额颞叶痴呆患者、路易体痴呆患者和非痴呆对照组的CSF中NrCAM水平，与前述结果相似NrCAM水平与痴呆病程呈负相关，但不能用于区分痴呆类型[34]。脑脊液NrCAM水平可能与AD的疾病分期有关。因此有必要对处于不同疾病阶段AD患者脑脊液NrCAM水平进行更广泛的分析，以此作为疾病严重程度的衡量标准。

金属蛋白酶10(ADAM10)是阿尔茨海默病的药物靶点，通过裂解APP减少Aβ的产生，然而ADAM10在大脑和其他器官中有许多额外的底物，这可能会在治疗性ADAM10激活过程中引起副作用[29]。在之前的蛋白质组学研究中，NrCAM在体外被发现是ADAM10的底物[35]。最新研究表明ADAM10通过不同机制裂解NrCAM和APP[29]，因此，NrCAM有可能成为使用ADAM10激活剂的临床试验的辅助工具，在开发APP选择性ADAM10激活剂时具有标志物作用。

4 总结与展望

IgSF CAMs在神经系统扮演着重要角色，细胞间黏附、神经元迁移、轴突导向和突触形成。遗传学的进展使其中众多成员被发现与人类神经发育障碍和精神疾病(精神分裂症、双相情感障碍、孤独症谱系障碍等)之间存在关联。越来越多的证据表明IgSF CAMs在癫痫、神经退行性疾病、退髓鞘性疾病等神经系统疾病中发挥作用。进一步研究IgSF CAMs结构及功能将有助于理解这些疾病背后的分子机制，并有可能为神经内科医生临床实践提供新手段。