肿瘤防治研究  2014, Vol.41 Issue (4): 409-412.   PDF    
引用本文
徐之超，陈 晨，李文智，陈 强，姚春和，耿西林，王 林，耿智敏. 神经菌毛素促进VEGF介导的血管生成作用及其机制研究进展[J]. 肿瘤防治研究, 2014, 41(04): 409-412.   
XU Zhichao,CHEN Chen,LI Wenzhi,CHEN Qiang,YAO Chunhe,GENG Xilin,WANG Lin,GENG Zhimin.Research Progression on Angiogenesis Effect and Mechanism of VEGF Promoted by NRP-1 . Cancer Research on Prevention and Treatment, 2014, 41(04): 409-412.  
神经菌毛素促进VEGF介导的血管生成作用及其机制研究进展
徐之超，陈 晨，李文智，陈 强，姚春和，耿西林，王 林，耿智敏    
710061 西安，西安交通大学第一附属医院 肝胆外科
收稿日期：2013-01-16；修回日期：2013-02-21
基金项目：国家自然科学基金资助项目（30971340）
通信作者：耿智敏，E-mail：gengzhimin@mail.xjtu.edu.cn
作者简介：徐之超(1988-)，男，硕士，住院医师，主 要从事NRP-1在肿瘤微环境中作用机制研究；陈晨(1987-), 男，硕士，住院医师，主要从事PDGF在肿瘤微环境中作 用机制研究（*：并列第一作者）
摘要：神经菌毛素（neuropilin-1, NRP-1）作为NRP家族中重要成员之一，常表达于内皮细胞及一些 肿瘤细胞，是信号素（Sema 3A）、血管内皮生长因子(VEGF)、血小板源性生长因子（PDGF）等相 关因子的共受体。因此，它在神经轴突的生长、血管的生成发育和肿瘤生长转移中起重要作用。而血 管内皮生长因子（VEGF）作为重要的血管生成调节因子，同样在促进肿瘤血管形成，发生及发展中 发挥着重要作用。近年来越来越多研究证实NRP-1可以促进VEGF介导的血管形成，进而促进肿瘤发 生发展。本文就近年来NRP-1促进VEGF血管形成作用及机制作一综述。
关键词: 神经菌毛素     血管内皮生长因子     血管形成    
Research Progression on Angiogenesis Effect and Mechanism of VEGF Promoted by NRP-1
XU Zhichao,CHEN Chen,LI Wenzhi,CHEN Qiang,YAO Chunhe,GENG Xilin,WANG Lin,GENG Zhimin    
Department of Hepatobiliary, The First Affiliated Hospital of Xi'an JiaoTong Universityɼ Xi'an 710061,China
Abstract：Neuropilin-1(NRP-1), acted as one important member of NRP family,expressed in endothelial cells and certain tumour cells and conducted common receptor of Sema 3A,VEGF,PDGF and TGF. Therefore, it plays an important role in axon growth,angiogenesis and tumor growth. VEGF acts as one important regulating factor in angiogenesis, also played an important role in tumor angiogenesis, growth and development. More and more researches had confirmed that VEGF could facilitate angiogenesis, tumor growth and development as combined with NRP-1. This article mainly summarizes angiogenesis and mechanism of VEGF promoted by NRP-1.
Key words: Neuropilin-1(NRP-1)     VEGF     Angiogenesis    

0 引言

肿瘤血管形成(tumor angiogenesis)在肿瘤增 殖、侵袭转移中发挥重要作用，其形成过程受多 种生长因子调节，如VEGF、PDGF、FGF、BGF 等，其中VEGF的调节起关键作用。而NRP-1作为 VEGF共受体，可以增强VEGF促血管形成作用， 对肿瘤的发生发展有重要意义，而关于NRP-1增 强VEGF促进肿瘤血管形成的机制目前研究较多， 如促进VEGF亚型与其受体结合，NRP-1/VEGF/ VEGFR-2复合体形成，激活P38/MAPK、PI3K/Akt 通路，GIPC蛋白调控等，这些机制的研究为肿瘤 的早期诊治，生物治疗及预后评估提供了可靠的 依据，并且一部分已经在临床得到应用。本文就 NRP-1促进VEGF血管形成作用作一综述，以了解 其最新进展。 1 NRP-1的结构与表达 1.1 NRP-1的结构

NRP-1作为神经菌毛素家族中的一员,其基因 长度为112 kb，定位于染色体10p12，由17个外显 子和16个内含子组成。从结构上讲，NRP-1由胞外 区、跨膜区及胞内区三部分组成，胞外区是其主 要作用区域，包括三个不同的结构域，分别称为 al/a2、bl/b2和c。al/a2又称CUB结构域(compement binding proteinhomology)，bl/b2结构域与凝血因子 V和Ⅷ同源，而在c结构域的中部含有MAM结构 域，此结构域在酪氨酸磷酸中也存在。胞外区中 以上不同结构域与不同受体结合，介导传出信号 不同，执行不同的功能。如ala2区和c区负责形成 NRP二聚体，在与VEGF相互作用，即形成VEGFNRP-1聚合体。单体(sNRP-1)能抑制VEGFl65与内 皮细胞或肿瘤细胞上受体的结合，而NRP-1二聚体 可促进VEGF-l65与其受体结合，从而促进血管形 成或肿瘤生长等，这表明二聚体形式的NRP-1对 促进VEGFl65与VEGFR的结合是必需的[1]。最近 也有研究通过成纤维细胞与内皮细胞共培养证实 外源性重组NRP-1二聚体(rNRP-1)对于促进血管形 成是必须的，而这种作用是不依赖VEGF-165促血 管形成作用（VEGF-A的一种亚型），这可能与二 聚体NRP-1诱导VEGFR-2不同磷酸化作用及促进 VEGFR-2在特定部位表达水平高低有关[2]。而bl/b2 结构域主要负责与VEGF结合，促进血管形成， 刺激内皮细胞迁移与分化，而Li等[3]根据这一机制 成功设计了人工抗体(A6-26-11-26)可阻断NRP-1 的b1b2结构域与VEGF165结合来降低NRP-1及 VEGF165的促血管形成作用，进而提出了NRP-1 的b1b2结构域可成为抗肿瘤治疗的一个靶点。 a1a2结构域主要与Sema结合，介导神经轴突生长 中级联式信号传递，从而发挥神经轴突生长中轴 突排斥和生长锥转向等作用[4]。 1.2 NRP-1的表达

NRP-1除了表达于血管内皮细胞、平滑肌细胞 及一些免疫细胞外，在肿瘤细胞中均可见表达。 在肿瘤组织中，NRP-1不仅表达于肿瘤细胞，也表 达于肿瘤间质细胞，如肿瘤血管内皮细胞。在乳腺 癌组织周围，NRP-1从癌组织周围到癌组织均有高 表达，癌组织表达水平较周围组织明显升高，且以 肿瘤血管周围高表达明显[5]。因此，有研究者提出 NRP-1在肿瘤组织中的表达及强度可以为评估肿 瘤预后及肿瘤危险因素提供标记和指标[6]。NRP-1 在不同组织中与不同的配体结合分别发挥不同的 作用，不同作用之间可能会相互影响。如NRP-1与 VEGFl65结合可以促进肿瘤血管的新生及肿瘤细 胞的增殖、侵袭转移[7]。在神经系统发育过程中， Sema3A/NRP-1也可以促进血管形成。Vacca等[8]发 现Sema 3A与NRP-1结合可以拮抗VEGF165的促血 管形成作用，并认为在不同内皮细胞血管形成中， 内源性Sema 3A/VEGF165比例失衡从而使Sema 3A 与VEGF-165发挥不同的作用。随后，Acevedo等[9] 再次证实在血管形成过程中，Sema 3A可以抑制 VEGF介导的促血管形成作用，因此Sema 3A可以 看作是VEGF的一种选择性拮抗剂。 2 NRP-1促进VEGF介导的血管形成作用及机制研究

VEGF家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、 VEGF-D及PIGF，均有不同的基因所编码，通过 mRNA的剪接及转录修饰后，表达不同的亚型[10]。 不同的亚型通过与不同受体结合来调节血管形成 与淋巴管形成，常见的受体如酪氨酸激酶受体， VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3及一些共受体，如 NRP-1作为VEGF的一种共受体，可促进VEGF在正 常组织中血管形成作用，也可介导VEGF在肿瘤组 织中血管生成作用。 2.1 NRP-1促进VEGF介导的血管形成作用

既往大量研究证实NRP-1作为VEGF亚型特异 性受体，可增强VEGF165与EGFR-2的结合，增强 VEGF165诱导的内皮细胞趋化性及有丝分裂原性， 从而促进VEGF介导的血管形成作用。Kawakami 等[11]研究非小细胞肺癌中NRP-1和NRP-2存在共 表达，同时表达NRP-1和NRP-2的非小细胞肺癌与 没有同时表达NRP-1与NRP-2的非小细胞肺癌相 比，肿瘤间质内皮细胞增殖，血管数大量增加，肿 瘤进展迅速。由于大多数非小细胞肺癌强烈表达 VEGF，说明NRP-1与NRP-2共表达可以促进VEGF 介导的非小细胞肺癌间质血管形成，进而参与肿瘤 的发展。Hess等[12]指出在子宫内膜细胞增殖阶段， NRP-1的表达较内膜分泌阶段明显增强，且子宫内 膜血管形成较前明显，那么NRP-1可能促进VEGF 介导子宫内膜血管作用，并为胚胎细胞在子宫内 膜着床作准备。最近，Raatz等[13]用Ⅱ型胶原诱导 并建立小鼠关节炎模型，发现在关节炎组织匀浆 中NRP-1及VEGF的mRNA水平与血管形成密度一 致，同时可观察到NRP-1信号转导可增强血管内皮 细胞趋化作用，尤其在关节炎炎症反应期作用明 显。这说明NRP-1在慢性病变组织及肿瘤组织中均 能通过促进VEGF介导的血管形成作用。 2.2 NRP-1促VEGF介导血管形成作用机制

已有很多研究表明NRP-1在胃癌、乳腺癌等 组织中呈高表达，并与肿瘤的发生发展密切相 关，其中就NRP-1促进血管形成，进而促进肿瘤的 转移及相关机制研究较多。

NRP-1主要是通过影响不同VEGF亚型与 NRP-1的结合或VEGF亚型与其受体的结合能力， 起到放大VEGF信号作用。既往研究证实NRP-1与 VEGFR-1或VEGFR-2结合是经由外显子3和外显 子4编码的多肽介导，NRP-1与VEGF-l65的结合由 VEGF基因外显子7编码的多肽介导，而外显子7恰 好在VEGFl21基因上缺失，这解释了为何NRP-1可 与VEGF-165结合而不与VEGF-121结合，从而导致 VEGF-121不能促进血管形成。随着研究的深入， Parker等[14]指出VEGF基因外显子8编码的多肽也介 导NRP-1与VEGF-l65的结合，外显子8的缺失可以 导致VEGF与NRP-1不能有效结合。同样，在研究 证明VEGF-A亚型时，尤其是VEGF-165a与VEGF-165b调控VEGFR-2的胞内外运输与交换，NRP-1起 到调控它们信号输出的平衡。VEGF-165a与NRP-1 结合可导致可溶性NRP-1介导的VEGFR-2运输， 而这一运输交换作用是通过Rab5，Rab4，Rab11囊 泡完成，在Rab4与Rab11囊泡之间实现VEGFR-2的 脱磷酸化，进而改变此信号输出。用VEGF-165b 刺激细胞，Rab11囊泡未能促进VEGFR-2的运输 及信号转导，而是逐渐降解信号输出效应，因此 VEGF-165b不能与NRP-1结合[15]。随后发现在裸 鼠结肠癌组织中若注入VEGF-165b，可以观察到 结肠癌组织的生长明显受到抑制癌旁组织中血管 的密度也明显减少，而且血管的萌芽形成，血管 生长方向，原始血管结构形成都会受到抑制[16]。 VEGF-165b虽然不能与NRP-1结合，但其可导致 VEGFR-2的信号传达减弱或抑制某些信号转导， 而这对于维持血管的完整性却是必须的，两者不 同作用可能是VEGFR-2以不同的脱磷酸化输出不 同的信号作用所致[17]。相反，应用NRP-1拮抗剂 3287可以明显抑制VEGF-165与NRP-1结合，抑制 肿瘤血管形成和肿瘤发展，但并不影响VEGF与其 受体结合[18]。

在研究NRP-1促进VEGF亚型与其受体结合 时，发现配体与受体结合后激活了P38/MAPK通 路，从而调节血管萌芽形成及内皮细胞组成相应的 内皮结构，而VEGF-165b虽然能与VEGFR-2结合， 但不能激活P38/MAPK通路，因此不能进一步促进 血管形成，因此P38/MAPK通路激活对内皮结构形 成是必须的[19]。VEGF165可以通过活化的VEGFRNRP-1复合体诱导动脉血管平滑肌细胞的迁移，同 时激活下游PI3K/Akt通路，促进血管形成[20]。

近年来，越来越多学者发现GIPC(GAIP— interacting protein C terminus)蛋白在NRP-1介导的 VEGF促血管形成作用中是必不可少的调节分子， 而且是参与NRP-1与VEGF之间相互作用的目前 唯一可知调控分子。GIPC蛋白其编码区含有一典 型的PDZ结构域序列，可以与含有SEA结构域的 分子结合。而NRP-1的羧基端存在SEA结构域， 可以与GIPC有效结合[21]，同时该结构域也可促进 VEGF与其受体结合[22]。GIPC高表达，可以增强 NRP-1促血管形成作用；若沉默GIPC的表达，则 NRP-1的促血管形成，及促细胞迁移作用明显受 到抑制，这表明GIPC对于NRP-1介导的促血管形 成作用是必须的[23]。而GIPC是以何种方式参与 NRP-1促血管形成作用，是形成NRP-1-GIPC聚合 体还是GIPC参与NRP-1下游信号转导或GIPC本身 是否有促血管形成作用。大多数研究支持GIPC主 要协助NRP-1与VEGF及VEGF受体结合来促进血 管形成作用。如Lähteenvuo等[24]研究发现血管形 成中，GIPC与NRP-1结合后，可促进VEGF-186与 VEGFR-1受体的有效结合，放大VEGF促血管效 应，且GIPC对于VEGF下游促血管形成信号转导 也是必需的。由于GIPC可以结合APPL，结合后可 以促进GIPC与RTK，TrkA相互作用[25]，那么我们 同样设想APPL可能会促进RTK与GIPC的结合或者 GIPC与NRP-1的结合进而增强VEGF介导的血管形 成信号转导作用。

VEGF-A(165)的诱导基因碱性磷酸酶-肌动蛋 白调节因子1 (Phactr-1)，Phactr-1以前被认为是蛋 白磷酸酶-1（PPI）a结合蛋白，其还有一个肌动 蛋白结构域，在大脑组织中高表达，可以调控PPI 的活性及肌动蛋白的重塑，Phactr-1的缺失可降低 PPI的活化，进而破坏了肌动蛋白聚合酶聚合作用 的微调功能，同时也破坏了板状伪足的动力学特 性，这一特性对于原始血管形成是很重要的。最 近研究发现，在小管形成实验中，沉默该基因可 以阻止小管形成，同样沉默NRP-1及VEGFR-1的 表达，会发现Phactr-1的表达水平也明显下降，而 VEGFR-2与NRP-2的沉默，Phactr-1的水平却没有 明显变化。这说明诱导基因Phactr-1影响NRP-1与 VEGF之间的结合及结合后的作用，且对小管形成 的稳定性也进行调控[26]。

尽管有研究提出NRP-1促进VEGF介导肿瘤发 生发展，可以不依赖其促血管形成作用[27]。但目 前大多数研究认为NRP-1促进VEGF下游信号放 大作用涉及NRP-1促进VEGF的表达，VEGF与受 体结合，NRP-1与VEGF相关分子调控，并影响 VEGF下游不同信号转导，协同放大VEGF下游信 号作用，调控肿瘤血管形成过程，促进肿瘤发生 发展。 3 展望

NRP-1作为VEGF共受体，可以在多种内皮细 胞或肿瘤细胞表达，并放大VEGF的信号效应，最 终导致新生血管形成和肿瘤生长。目前NRP-1研究 也有一些进展，但实验和临床资料相对较少，仍 有许多关键性的问题尚未解决。如NRP-1在神经细 胞、上皮细胞、肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移等 效应机制及NRP-1基因表达的调控，抑制剂的研制 和临床应用等方面仍需要进一步研究。这些机制 研究不仅让我们能够了解NRP-1的多种功能，而且 还为许多肿瘤的早期诊治和生物治疗指明了新的 方向。

参考文献
[1] Yamada Y,Oike Y,Ogawa H, et al. Neuroplin-1 on hematopoietie cells as a source of vascular development[J]. Blood,2003,101(5):1801-9.
[2] Uniewicz KA, Cross MJ, Fernig DG. Exogenous recombinant dimeric neuropilin-1 is sufficient to drive angiogenesis[J].J Biol Chem,2011,286(1): 12-23.
[3] Li X,Luo F,Wang S,et al.Monoclonal antibody against NRP-1 b1b2[J]. Hybridoma (Larchmt),2011,30(4):369-73.
[4] Geretti E,Shimizu A,Klagsbrun M.Neuropilin structure governs VEGF and semaphorin binding and regulates angiogenesi[J]. Angiogenesis, 2008,11(1):31-9.
[5] Jubb AM,Strickland LA,Liu SD,et al. Neuropilin-1 expression in cancer and development[J].J Pathol,2012,226(1):50-60.
[6] Schneider BP,Radovich M,Sledge GW,et al.Association of polymorphisms of angiogenesis genes with breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat,2008 ,111(1):157-63.
[7] Wang ZL,Tang ZC,Zhang Y,et al.Neuropilin-1 down-regulation impairs cell migration and induces the differentiation of human tongue squamous cell carcinoma cells[J].Head Neck Oncol,2012,4(2):54.
[8] Vacca A,Scavelli C,Serini G,et al.Loss of inhibitory semaphoring 3A autocrine loops in bone marrow endothelial cells of patients with multiple myeloma[J].Blood,2006,108(5):1661-7.
[9] Acevedo LM,Barillas S,Weis SM,et a1.Semaphorin 3A suppresses VEGF-mediated angiogenesis yet acts as a vascular permeability factor[J]. Blood,2008,111(5):2674-80.
[10] Grünewald FS, Prota AE, Giese A,et al. Structure-function analysis of VEGF receptor activation and the role of coreceptors in angiogenic signaling[J]. Biochim Biophys Acta,2010,1804(3):567-80.
[11] Kawakami T,Tokunaga T,Hatmmka H,et al.Neuropilin-1 and neuropilin- 2 co-expression is significantly correlated with increased vascularity and poor prognosis in nonsmall cell lung carcinoma [J].Cancer,2002,95(10):2196-201.
[12] Hess AP, Schanz A Baston-Buest DM,et al. Expression of the vascular endothelial growth factor receptor neuropilin-1 in the human endometrium[J]. J Reprod Immunol, 2009,79(2):129-36.
[13] Raatz Y,Ibrahim S,Feldmann M,et al.Gene expression profiling and functional analysis of angiogenic markers in murine collageninduced arthritis[J].Arthritis Res Ther,2012,14(4):R169.
[14] Parker MW,Xu P,Li X,et al. Structural basis for selective vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) binding to neuropilin-1[J]. J Biol Chem,2012,287(14):11082-9.
[15] Ballmer-Hofer K,Andersson AE,Ratcliffe LE,et al.Neuropilin-1 promotes VEGFR-2 trafficking through Rab11 vesicles thereby specifying signal output[J]. Blood,2011,118(3):816-26.
[16] Rennel ES, Hamdollah-Zadeh MA, Wheatley ER, et al. Recombinant human VEGF165b protein is an effective anticancer agent in mice[J]. Eur J Cancer, 2008,44(13):1883-94.
[17] Kawamura H, Li X, Harper SJ, et al. Vascular endothelial growth factor (VEGF)-A165b is a weak in vitro agonist for VEGF receptor-2 due to lack of coreceptor binding and deficient regulation of kinase activity[J].Cancer Res,2008,68(12):4683-92.
[18] Jia H,Cheng L,Tickner M,et al.Neuropilin-1 antagonism in human carcinoma cells inhibits migration and enhances chemosensitivity[J]. Br J Cancer,2010,102(3):541-52.
[19] Kawamura H,Li X,Goishi K,et al. Neuropilin-1 in regulation of VEGF-induced activation of p38MAPK and endothelial cell organization[J]. Blood2008,112(9):3638-49.
[20] Banerjee S,Mehta S,Haque I,et al.VEGF-A165 induces human aortic smooth muscle cell migration by activating neuropilin-1-VEGFR1-PI3K axis[J].Biochemistry,2008,47(11):3345-51.
[21] Yaqoob U,Cao S,Shergill,et al.Neuropilin-1 stimulates tumor growth by increasing fibronectin fibril assembly in the tumor microenvironment[J].Cancer Res,2012,72(16):4047-59.
[22] Prahst C,Héroult M,Lanahan AA,et al. Neuropilin-1-VEGFR-2 complexing requires the PDZ-binding domain of neuropilin-1[J].J Biol Chem,2008,283(37):25110-4.
[23] Wang L,Mukhopadhyay D,Xu X.C terminus of RGS-GAIPinteracting protein conveys neuropilin-1-mediated signaling during angiogenesis[J]. FASEB J,2006,20(9):1513-5.
[24] L?hteenvuo JE,L?hteenvuo MT,Kivel? A,et al.Vascular endothelial growth factor-B induces myocardium-specific angiogenesis and arteriogenesis via vascular endothelial growth factor receptor-1 and neuropilin receptor-1-dependent mechanisms[J]. Circulation, 2009,119(6):845-56.
[25] Schenck A, Goto-Silva L, Collinet C,et al. The endosomal protein Appl1 mediates Akt substrate specificity and cell survival in vertebrate development[J].Cell,2008,133(3):486-97.
[26] Allain B,Jarray R,Borriello L,et al. Neuropilin-1 regulates a new VEGF-induced gene,Phactr-1, which controls tubulogenesis and modulates lamellipodial dynamics in human endothelial cells[J]. Cell Signal,2012,24(1):214-23.
[27] Cao Y,E G,Wang E,et al.VEGF exerts an angiogenesis-independent function in cancer cells to promote their malignant progression[J]. Cancer Res,2012,72(16):3912-8.