接触蛋白-1在神经系统生长发育、脱髓鞘疾病及神经退行性疾病中的作用机制及研究现状

梁玉梅， 高君雅， 严进华， 高彩红， 周玉玲综述， 陈嘉峰， 赵 阳审校

接触蛋白-1 (Contactin 1，CNTN1) 是一种非跨膜的神经细胞黏附分子，属于免疫球蛋白超家族成员，通过糖基磷脂酰肌醇尾锚定在细胞表面，可介导多种神经系统生长发育及疾病过程。近年来，CNTN1因被发现为慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病的特异性抗原而成为研究热点，研究者通过查阅CNTN1相关文献，发现其作为神经系统细胞黏附分子广泛参与神经系统的生长发育及慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病、多发性硬化、阿尔茨海默病等疾病过程。本文对CNTN1在神经系统生长发育及相关疾病中的不同作用进行阐述，提高研究者对其在神经系统功能作用的认识。

1 CNTN1的分子特点和功能

1988年，Ranscht第一次从鸡的胚胎神经元中分离出一种分子量为130kD的神经细胞表面糖蛋白，其与其他参与细胞间交流的分子存在结构相似性，主要位于细胞间的接触区域，因此将其命名为接触蛋白(contactin，CNTN)[1]。1991年，接触蛋白首次于人脑组织中被分离提取[2]。接触蛋白属于免疫球蛋白超家族 (immunoglobulin superfamily)，根据结构特点，具体分为6个亚型，即CNTN1-6。其中，CNTN1为研究最多的亚型，CNTN2次之，而目前对于其余四型的研究甚少[3]。人CNTN1是一种分子量为135kD的非跨膜糖基化单链蛋白质，主要包含6个C2型免疫球蛋白样的结构域和4个Ⅲ型纤连蛋白样的结构域，此外，还包含一个糖基磷脂酰肌醇尾，该糖基磷脂酰肌醇尾与接触蛋白的主体部分共价连接，将其锚定在细胞膜上[4，5]。每个C2型免疫球蛋白样结构域包含2个半胱氨酸残基，二者通过链内二硫键形成免疫球蛋白样的球形结构域，每个Ⅲ型纤连蛋白样结构域富含色氨酸及酪氨酸/苯丙氨酸残基，C2型免疫球蛋白样结构域与L1细胞黏附分子有30%的同源性，与瞬变轴突糖蛋白 (transient axonal glycoprotein，TAG-1) (CNTN2) 有50%的同源性，而CNTN1整个分子与神经细胞黏附分子 (neural cell adhesion molecule，NCAM) 有31%的氨基酸同源性，并包含与NCAM和纤连蛋白 (fibronectin，Fn) 相似的配体结合区域[4，6]。一个胶原蛋白样的富含脯氨酸和甘氨酸的短链形成一个铰链区，将C2型免疫球蛋白样结构域和Ⅲ型纤连蛋白样结构域分开，并保证整个分子结构的灵活性，使CNTN1在与邻近轴突上的受体相互作用时能适应不同的细胞膜之间的距离[4，5]。编码CNTN1的基因定位于染色体12q11-q12，其附近有编码整合素、胶原蛋白、角蛋白、原癌基因erb-b3和int-1等的基因，而染色体12q13区域是一个遗传脆性位点，该位点基因突变可导致胚胎致死、良性与恶性增生性疾病等[7]。

在中枢神经系统 (central nervous system，CNS) 中，CNTN1主要由神经元、少突胶质细胞及其祖细胞表达[8]，主要分布于额叶和小脑皮质，在尾状核、壳核、丘脑、苍白球、海马、下丘脑中含量中等，而在脑桥、延髓、大脑皮质下的白质中含量较低，其在神经元的树突及无髓轴突上高度表达，并在髓鞘形成过程中表达下调[9，10]。CNTN1在大脑皮质发育的不同阶段发挥着复杂的作用，与神经元突起的发生和延长[11]、轴突生长和定向[12～15]、神经纤维成束、突触的形成、连接和功能的建立及重塑[16～19]以及髓鞘形成[20]有关，调节正常的神经发生[21]。其在神经生长发育方面的作用具体表现为： (1) CNTN1调节小脑的生长发育、结构和功能。CNTN1基因敲除影响小脑颗粒细胞和高尔基细胞树突的形成以及颗粒细胞轴突的定向，导致严重的共济失调和小鼠产后早期死亡，而CNTN1表达紊乱可导致发育中的小脑颗粒细胞减少、浦肯野细胞终末分化延迟、轴突生长受限和小脑体积可逆性地发育受限，随后尽管小脑体积恢复正常生长大小，小鼠仍表现出感觉运动发育延迟、探索活动减少、运动活动、运动协调性和运动学习能力受损，说明CNTN1能调控小脑中间神经元的生长分化、神经突起的生长以及小脑结构的微观排布和小脑功能[22～24]；此外，CNTN1的Ⅲ型纤连蛋白样结构域能与小脑中的Fyn激酶相互作用，调节神经元的延长和(或)收缩，并通过与蛋白酪氨酸激酶 (protein tyrosine kinase，PTK) 的关联和酪氨酸磷酸化介导信号转导，调节小脑功能活动[25]。 (2) CNTN1高度参与少突胶质细胞的存活、成熟及髓鞘形成。CNTN1是少突胶质细胞表面Notch受体的功能性配体，通过CNTN1/Notch/Deltex1信号通路促进少突胶质细胞前体细胞分化、促进少突胶质细胞成熟，并通过诱导少突胶质细胞表达髓鞘相关蛋白 (myelin-associated glycoprotein，MAG) 参与髓鞘形成[20]；此外，受体型蛋白酪氨酸磷酸酶β (receptor protein tyrosine phosphatase β，RPTPβ) 的碳酸酐酶结构域是CNTN1的功能性配体，CNTN1通过与该结构域相互作用可诱导神经突起生长和细胞间黏附[26]，而CNTN1与RPTPβ形成的复合物能抑制少突胶质细胞前体细胞增殖，促进其发育成熟为少突胶质细胞[27]。 (3) CNTN1与其他分子相互作用调节神经生长。CNTN1可与蛋白酪氨酸磷酸酶α (protein tyrosine phosphatase α，PTPα)、tenascin-C、tenascin-R、NrCAM、L1、CNTN2、硫酸软骨素-E、RhoA等分子相互作用调节神经生长[28～36]；CNTN1还能与钠离子通道 (voltage-gated sodium channel，Nav) β1亚单位结合，明显增加细胞和轴突表面功能性钠离子通道的密度[37～39]；此外，有研究发现CNTN1与黑质纹状体的发育有关，其下调能导致多巴胺能上调[40]；CNTN1还能通过改变胼胝体中髓鞘的结构和轴突的密度调节大脑半球间信息传递和信息整合的效率[41，42]。

在周围有髓神经中，CNTN1在郎飞氏结两侧的轴膜上聚集，与同样聚集于此的接触蛋白相关蛋白1 (contactin-associated protein1，Caspr1) 形成二聚体，该二聚体可进一步与表达在髓鞘终末环的神经束蛋白155 (neurofascin 155，NF155) 聚合成三聚体，成为一个隔膜样的轴突胶质连接体[43～45]。该连接体对于有髓神经纤维结构域的形成和维持至关重要，它作为分子屏障和电荷屏障，能防止邻近区域膜蛋白的弥散，保证神经冲动的跳跃式传导，维持正常的冲动传导速度和神经细胞兴奋性。其作用具体表现为： (1) 防止郎飞氏结处局部电流的分流，但仍保留一个狭窄的通道，将郎飞氏结处的轴突周围空隙和结旁空隙连接起来，使得结旁区在某些条件下能影响结区的活动性，并且葡萄糖和其他代谢物可以通过该通道在不同结构域中弥散；(2) 防止轴膜上的离子通道复合物侧向扩散到邻近结构域，保持郎飞氏结及其邻近结构域的完整性、差异性和不连续性，使得钠离子通道、钾离子通道在正确的结构域聚集，保证电传导的正常进行；(3) 轴突胶质连接体将髓鞘附着在郎飞氏结两侧的轴突上，使郎飞氏结在与拉伸有关的机械应力或其他可能导致轴膜与髓鞘分离的局部因素作用下保持正常大小[46]。

2 CNTN1与慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病

慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病(Chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy，CIDP) 是最常见的可治疗的慢性炎性周围神经病，主要表现为进行性四肢无力、远端感觉障碍和腱反射减弱或消失。尽管临床和实验室证据已经证明CIDP的发病机制与免疫系统有关[47]，确切的病理生理机制尚未被阐明。目前，CIDP的诊断仍主要建立在临床表现和电生理特点上。然而，不同患者的临床特点、疾病严重程度和对免疫抑制治疗的反应存在较大的异质性。2013年CNTN1首次作为CIDP的靶抗原被发现[48]，临床和实验室研究揭示了抗CNTN1 IgG4抗体阳性的CIDP患者的临床特点、发病机制和病理表现，以抗CNTN1 IgG4抗体阳性为特征的CIDP已经成为具有特定临床表现、发病机制、病理特点和治疗方案的CIDP亚型。

抗CNTN1抗体阳性CIDP的发病率为2.4%～7.0%[48～51]，与抗CNTN1抗体阴性的CIDP相比，具有发病年龄高、急性起病、病情较重、以运动症状为主、早期轴索受累、对静注免疫球蛋白 (intravenous immunoglobulin，IVIG) 治疗反应差等临床特点[48，52]，此外，还可有感觉性共济失调、震颤、病程呈复发-缓解等特点[52～54]，个别患者可合并肾病综合征[55，56]。抗CNTN1抗体阳性CIDP的病理特点为：(1) 郎飞氏结增宽，结旁区缩短、结构紊乱、丢失[57，58]；(2) 轴突胶质连接体缺失，髓鞘终末环与轴膜脱离、结构变得不规则且无方向性，胶质和轴突膜之间间隙不规则增宽[44，52]；(3) 无脱髓鞘及洋葱头样改变，无巨噬细胞等炎细胞浸润[59]；(4) 另外，也有人观察到轴突丢失、神经纤维变性[53]。电生理学特点有脱髓鞘、传导速度减慢、传导阻滞、动作电位波幅降低和急性失神经[48]。有研究指出，正中神经运动传导速度<24m/s，尺神经运动传导速度<26m/s，尺神经运动远端潜伏期>7.4ms，提示抗CNTN1抗体阳性，敏感性59%，特异性93%[60]。

抗CNTN1抗体阳性CIDP的抗体亚型主要为IgG4[49，52，54，57，58]，IgG4型抗体不激活补体，也不与效应细胞的Fc受体结合，而是直接功能性地阻断CNTN1以及CNTN1/Caspr1二聚体与NF155之间的黏附反应，从而导致该类患者对IVIG 的治疗反应差[57]。该CIDP亚型对利妥昔单抗的治疗反应好，利妥昔单抗能显著降低IgG4的抗体滴度，治疗有效率>80%[52，54]。另外，有研究报道血浆置换的治疗反应好，而环孢素的治疗反应差，皮质类固醇激素治疗效果不确切，多数患者能获得部分恢复，仅个别患者对皮质类固醇激素反应良好，但需全量的维持剂量[48，49，52]。

3 CNTN1与多发性硬化

多发性硬化 (Multiple sclerosis，MS) 是一种好发于20～40岁女性的可导致CNS脱髓鞘和轴突丢失的神经免疫性疾病，辅助检查可发现头部核磁共振成像 (magnetic resonance imaging，MRI) 上的局灶性脑白质病变和脑脊液生化分析中的IgG寡克隆带。然而，病理改变很可能发生在临床症状出现前，早期治疗可延缓疾病进展、防止轴突和脑组织的严重损伤。因此，有效的生物学标志物对于早期诊断和治疗来说至关重要。近年来，通过对MS患者脑脊液蛋白的分析发现，CNTN1是一种潜在的早期诊断MS的生物学标志物，其在MS患者脑脊液中的含量与疾病对照组及健康对照组相比均有统计学差异，且在不同类型的MS患者中含量亦不同。

研究发现，复发-缓解型多发性硬化 (relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS) 患者脑脊液中CNTN1含量明显低于对照组[61]，而表现为临床孤立综合征 (clinically isolated syndrome，CIS) 的早期RRMS的脑脊液中CNTN1含量比RRMS和对照组低[52]。另外，有实验证明RRMS和继发进展型多发性硬化 (secondary progressive multiple sclerosis，SPMS) 患者脑脊液中CNTN1的含量比对照组降低了1.4倍[63]。CNTN1在SPMS中的显著降低可以反应疾病进展期的慢性轴突变性，因此，CNTN1除了可作为MS的早期诊断标志物，甚至可能是疾病进展到下一阶段的标志。在一项比较47位CIS患者 (其中21位在后期的随访期间被确诊为MS) 与对照组脑脊液中蛋白质含量变化的研究中，CNTN1明显降低，而其含量在CIS是否进展为MS的亚组中无显著差异[64]。

中枢髓鞘的丢失是导致神经元功能紊乱和退行性变的主要原因。组织学、电镜和生化分析发现，CNTN1缺乏可导致CNS髓鞘形成明显减少，髓鞘丢失率高达60%[65]。目前，CNTN1促进髓鞘形成的假说有：表达于少突胶质细胞上的CNTN1激活Src相关的细胞内激酶Fyn，进而在少突胶质细胞形成髓鞘的过程中诱导髓鞘碱性蛋白 (myelin basic protein，MBP) mRNA的运输和翻译，从而促进髓鞘的扩张[66，67]；CNTN1基因敲除的小鼠在CNS的多个有髓区出现髓鞘减少和MBP减少，与Fyn缺乏小鼠的模型相似，进一步证实了这一假说[68]。此外，CNTN1可与整合素相互作用形成复合物，该复合物通过控制Fyn激酶活性来协调细胞外基质和轴突表面的信号传递，进而调节少突胶质细胞的活性和髓鞘形成[69]。Nav1.2的弥漫性轴突高表达已经在MS斑块中被发现[70]，而CNTN1可增强Nav1.2的表面表达[71]。因此，CNTN1也可能通过调节Nav1.2的表面表达参与早期MS轴突功能恢复的代偿机制，进而导致脑脊液中CNTN1释放减少和在MS中的表达降低。

4 CNTN1与阿尔茨海默病

阿尔茨海默病 (Alzheimer's disease，AD) 是最常见的神经系统退行性疾病，通常发生在60岁以上的人群中。海马体损伤和皮质神经元的死亡导致认知功能的逐渐下降，早期临床表现为记忆力减退，可进行性发展为严重痴呆甚至死亡。大脑的病理改变被认为发生在临床症状出现前10～20年，并可引起与疾病不同阶段和持续活动有关的脑脊液蛋白质组的变化。对有症状的AD患者来说，脑脊液中Aβ42减少2倍、tau蛋白增加3倍及磷酸化tau蛋白的含量分析具有诊断意义，但上述指标对临床前AD的预测价值较低。CNTN1在神经系统生长发育中具有重要作用，有研究发现，CNTN1与海马神经元及记忆有关，并在AD的发病机制中扮演了重要的角色，是潜在的AD早期诊断的生物学标志物。

CNTN1在大脑发育的不同阶段及成年大脑的不同部位作用不同，这取决于神经遗传模式。在大脑皮质和小脑的发育过程中，CNTN1通过Notch依赖性方式抑制神经发生[21，23]，而在成年海马中，CNTN1可通过增强环磷腺苷效应元件结合蛋白 (cyclic AMP response element-binding protein，CREB) 磷酸化促进海马神经发生及突触可塑性[72]，并提高空间和识别记忆能力[73]。此外，CNTN1介导细胞外基质中tenascin-C诱导的海马神经元的突起生长过程[74]。CNTN1在海马CA1～CA3区域的锥体神经元和齿状回的颗粒层中均有表达[75]，在海马中的表达为持续性。其在发育中的海马中高度表达[72，75]，在出生后表达逐渐增加[76]，但随着年龄的增长，其表达水平逐渐下降，老年大鼠海马CA1区锥体神经元和齿状回颗粒神经元中CNTN1的含量显著降低，可能与年龄相关性认知障碍有关[77，78]。CNTN1过表达可减少海马神经元的凋亡，介导前体细胞和齿状回神经元谱系CA区域增殖，促进海马神经发生，提高突触可塑性，增强长时程增强和记忆力，并可显著改善年龄相关性记忆力减退[78，79]。此外，CNTN1与海马选择性神经元突触可塑性、双脉冲易化和长时程抑制有关，这可能与CNTN1参与调节突触与周围胶质细胞的相互作用有关[80]。

5 小 结

CNTN1作为一种神经系统细胞黏附分子，在神经系统的生长发育及神经系统疾病中发挥了重要作用，尤其在脱髓鞘疾病及阿尔茨海默病中扮演了至关重要的角色。虽然这些疾病的临床表现不同，但很可能存在某些共同的发病机制。由于CNTN1在神经系统的分布和在神经生长、神经免疫性疾病及神经退行性疾病中的作用，使得CNTN1成为连接神经系统生理和病理、免疫性和退行性疾病的新桥梁。然而，目前对于其在相关疾病中发病机制的研究仍处于初步探索阶段，进一步的实验研究尚待开展，以揭示新的可能致病机制和潜在研究方向，寻求以CNTN1为突破口的新的诊断和治疗策略。