梁琰，彭海冰，曹瑩，徐天琪，宋瑞龍

Rnd2介導(dǎo)的生命活動(dòng)及其作用機(jī)制＊

梁琰，彭海冰，曹瑩，徐天琪，宋瑞龍

（揚(yáng)州大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；江蘇高校動(dòng)物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州 225009）

Rnd2是Rho GTPase超家族下的Rnd亞家族中非典型成員之一，且Rnd2主要以活性鳥(niǎo)苷三磷酸結(jié)合態(tài)存在。研究表明，Rnd2通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架，可在影響細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)與突起的生長(zhǎng)在神經(jīng)元發(fā)育以及妊娠的維持等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。主要概述了Rnd亞家族成員Rnd2通過(guò)與上下游信號(hào)分子相互作用調(diào)節(jié)其相關(guān)生理學(xué)活性，并影響下游信號(hào)的通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞骨架的重塑等過(guò)程影響的一系列生理活動(dòng)及其相關(guān)作用機(jī)制。

Rho GTPase家族；Rnd亞家族；Rnd2；細(xì)胞骨架

Rnd2是Rho GTPases超家族成員之一，在細(xì)胞遷移的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。細(xì)胞遷移等生命過(guò)程包括多個(gè)階段：細(xì)胞極化、質(zhì)膜突起、細(xì)胞黏附的重組，這些過(guò)程緊密相連。目前研究表明，內(nèi)在因素PI3K促進(jìn)細(xì)胞遷移，且Rho GTPases在這一過(guò)程中起著重要的作用[1]。到目前為止，Rho GTPases超家族已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約20個(gè)成員，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能，Rho GTPases超家族成員一般分為7個(gè)亞家族，其中包括典型的與非典型的成員。Rnd亞家族作為Rho GTPases超家族中非典型的家族之一，在對(duì)細(xì)胞遷移等過(guò)程中的調(diào)控方式與其他成員不同，Rnd家族不能水解GTP，因此，總是處于激活狀態(tài)，并通過(guò)與一些下游效應(yīng)蛋白的相互作用，激活多條信號(hào)通路，但關(guān)于Rnd2的相關(guān)研究尚不全面。

Rho GTPases活性的失調(diào)可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和遷移以及神經(jīng)細(xì)胞成熟等過(guò)程的失調(diào)，在這些過(guò)程中細(xì)胞骨架的重排等起到至關(guān)重要的作用[2]。越來(lái)越多研究表明，Rnd亞家族成員主要以活性鳥(niǎo)苷三磷酸結(jié)合態(tài)存在，但其在調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的重排、腫瘤發(fā)生和遷移以及神經(jīng)細(xì)胞成熟等過(guò)程中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前，越來(lái)越多的文獻(xiàn)表明Rnd1和Rnd3在腫瘤發(fā)生和治療中起著重要作用，另有研究證明其與細(xì)胞的增殖與分裂等多個(gè)過(guò)程密切相關(guān)[3-4]。另外，Rnd2被證明與神經(jīng)元的成熟以及細(xì)胞遷移等也存在一定聯(lián)系，但Rnd2介導(dǎo)的神經(jīng)元的發(fā)育等過(guò)程涉及的細(xì)胞骨架的影響與Rnd1以及Rnd3存在一定差異，本文主要通過(guò)介紹Rnd亞家族成員Rnd2通過(guò)調(diào)控細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)過(guò)程影響細(xì)胞的生命活動(dòng)，為未來(lái)研究提供理論支持。

1 Rnd2在正常組織中的表達(dá)水平

與動(dòng)物組織中普遍表達(dá)的Rnd3不同，Rnd2并非在所有組織中都表達(dá)。與Rnd1相比，Rnd2在健康組織中的表達(dá)更局限于某些特定的組織細(xì)胞。研究表明Rnd2在腦、脊髓以及肝臟中特異性的表達(dá)，并主要集中于神經(jīng)元細(xì)胞以及肝星狀細(xì)胞，對(duì)于胚胎皮層內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)生和細(xì)胞遷移有重要作用[5-6]。此外，Rnd2在睪丸中也有一定水平的表達(dá)[7]。

Rnd家族成員在動(dòng)物的子宮組織中也有一定水平的表達(dá)，并對(duì)子宮肌層的收縮以及正常妊娠狀態(tài)的維持起到重要作用。在未妊娠的子宮肌層中均檢測(cè)到了Rnd1、Rnd2和Rnd3的表達(dá)，但Rnd2是唯一在子宮肌層中表達(dá)但在其他子宮內(nèi)組織中不表達(dá)的Rnd相關(guān)蛋白。在懷孕的大鼠子宮肌層中，Rnd1、Rnd2和Rnd3的mRNA表達(dá)水平顯著增加，這種表達(dá)水平的變化受到雌二醇和孕酮的影響。但在人類(lèi)的子宮肌層中僅Rnd1的表達(dá)含量出現(xiàn)了顯著升高，Rnd2和Rnd3在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮的作用仍然有待進(jìn)一步的研究[8-9]。另外，雌二醇也可以上調(diào)回腸組織中Rnd2的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)腸道生理活動(dòng)[10]。

在研究中發(fā)現(xiàn)，Rnd2在破骨細(xì)胞的分化過(guò)程中起到重要作用，在破骨細(xì)胞分化過(guò)程中，Rnd2的表達(dá)含量存在顯著差異，提示Rnd2可能在破骨細(xì)胞前體細(xì)胞中的表達(dá)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)及分化過(guò)程起至關(guān)重要的作用。

2 Rnd2的生物學(xué)功能

2.1 Rnd2調(diào)節(jié)神經(jīng)元的發(fā)育

Rnd蛋白在大腦中高度表達(dá)，多項(xiàng)研究表明，Rnd蛋白通過(guò)對(duì)RhoA/ROCK的直接作用或與plexins的相互作用而影響神經(jīng)元功能的多個(gè)方面。例如Rnd3通過(guò)抑制RhoA的活化，從而阻斷RhoA/ROCK信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而誘導(dǎo)PC12神經(jīng)元細(xì)胞神經(jīng)突的生長(zhǎng)，并有助于神經(jīng)生長(zhǎng)因子NGF誘導(dǎo)的神經(jīng)突延伸；另外，Rnd1在調(diào)節(jié)樹(shù)突棘的形成等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[11]。而與其他經(jīng)典Rho家族成員不同，Rnd2不受RhoGEFs上游信號(hào)通路的影響，越來(lái)越多的研究指出多種調(diào)節(jié)途徑直接調(diào)控神經(jīng)元中Rnd2基因的表達(dá)水平，從而調(diào)控大腦皮層神經(jīng)元的的發(fā)育與遷移等多個(gè)過(guò)程，但對(duì)Rnd2控制細(xì)胞遷移的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路仍知之甚少。

有研究指出，與其他Rho家族經(jīng)典成員不同，Rnd2介導(dǎo)細(xì)胞骨架重組等生命過(guò)程似乎是濃度依賴(lài)性的。在神經(jīng)細(xì)胞中Rnd2可以受到多種上游信號(hào)因子的調(diào)控，比如轉(zhuǎn)錄激活因子bHLH家族成員以及一些轉(zhuǎn)錄阻遏物等，從而影響Rnd2的翻譯水平，進(jìn)而調(diào)節(jié)新生的大腦皮層神經(jīng)元的遷移過(guò)程[12-13]。另外Rnd2通過(guò)其濃度依賴(lài)性，介導(dǎo)其下游信號(hào)的激活與轉(zhuǎn)導(dǎo)，如Rapostlin、Pragmin和Bacurd2等，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的重組，影響細(xì)胞突起的形成[14-16]。

2.2 Rnd2調(diào)控生殖系統(tǒng)的功能

Rnd2已被證明在雄性睪丸和雌性子宮中特異性表達(dá)，并發(fā)揮重要作用。在雄性睪丸組織中，Rnd2在精母細(xì)胞和早期精子細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)，并可以在體外以及細(xì)胞內(nèi)與MgcRacGAP（雄性生殖細(xì)胞Rac GTPase激活蛋白，The male-germ-cell Rac GTPase-activating protein）共定位，并可能對(duì)細(xì)胞分裂分化過(guò)程起至關(guān)重要的作用[7]。

在雌性動(dòng)物子宮組織中，雖然Rnd2在子宮肌層穩(wěn)定表達(dá)，但在妊娠過(guò)程中Rnd2的表達(dá)含量顯著升高，說(shuō)明Rnd2對(duì)雌性動(dòng)物維持妊娠的過(guò)程發(fā)揮著重要作用。另外，有研究指出類(lèi)固醇激素雌二醇在平滑肌細(xì)胞中上調(diào)Rnd1、Rnd2和Rnd3的表達(dá)，并與平滑肌收縮減少相關(guān)，因此，雌性動(dòng)物維持妊娠過(guò)程中Rnd2的表達(dá)可能受其雌激素的影響，并調(diào)節(jié)子宮的收縮從而維持妊娠。與Rnd1和Rnd3不同，Rnd2基本不在除子宮肌層外其他組織中表達(dá)，因此Rnd2是否存在某些特定作用尚不清楚[8-9]。

3 Rnd2介導(dǎo)的信號(hào)通路

3.1 Rnd2參與微管蛋白途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架

在神經(jīng)元細(xì)胞中，Rnd2介導(dǎo)的信號(hào)通路在神經(jīng)元的發(fā)育與遷移過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。研究指出Rnd2介導(dǎo)的相關(guān)功能似乎與其表達(dá)含量相關(guān)。Neurog2、NeuroD1和NeuroD2等bHLH家族成員可以刺激Rnd2的表達(dá)，比如Neurog2可以直接與Rnd2基因上增強(qiáng)子結(jié)合誘導(dǎo)Rnd2的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)[12]；而諸如COUP-TFI和RP58等的轉(zhuǎn)錄阻遏物可以負(fù)調(diào)控Rnd2的表達(dá)：一方面RP58可以直接抑制Rnd2的表達(dá)，另一方面Scrt2、RP58等可以通過(guò)抑制Neurog2的表達(dá)調(diào)控Neurog2-Rnd2抑制Rnd2表達(dá)。另外，Rnd2可以被LP3活化從而調(diào)控Rnd2-Rapostlin信號(hào)通路[13-17]。Rapostlin是最早被發(fā)現(xiàn)可以作為Rnd2下游調(diào)節(jié)因子的蛋白，并以GTP依賴(lài)性方式特異性結(jié)合Rnd2，另外Rapostlin還可以直接與微管蛋白相互作用。

Rapostlin具有3個(gè)結(jié)構(gòu)域：HR1中間結(jié)構(gòu)域（調(diào)控與Rnd2的結(jié)合）、SH3結(jié)構(gòu)域以及F-BAR/EFC結(jié)構(gòu)域。Rnd2與Rapostlin結(jié)合誘導(dǎo)SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合并活化N-WASP，活化的N-WASP刺激Arp2/3復(fù)合物，形成突起結(jié)構(gòu)所需的肌動(dòng)蛋白絲，另外，Rnd2通過(guò)激活Rapostlin蛋白N末端F-BAR/EFC結(jié)構(gòu)域誘導(dǎo)其與磷脂酰肌醇雙磷酸酯和微管相互作用，誘導(dǎo)質(zhì)膜的內(nèi)陷等過(guò)程[18]。

3.2 Rnd2參與RhoA信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控細(xì)胞骨架

RhoA介導(dǎo)的信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞骨架的重塑過(guò)程至關(guān)重要，在神經(jīng)細(xì)胞中，Pragmin與Bacurd2等可以作為Rnd2下游信號(hào)分子調(diào)節(jié)RhoA信號(hào)通路：Rnd2通過(guò)結(jié)合到Pragmin含有激酶樣結(jié)構(gòu)域的COOH末端區(qū)域，調(diào)節(jié)其N(xiāo)H2端結(jié)構(gòu)域?qū)hoA的活化作用從而誘導(dǎo)骨架重塑[16]；而B(niǎo)acurd2的COOH末端結(jié)構(gòu)域具有與Rnd2特異性結(jié)合的活性，其N(xiāo)H2末端結(jié)構(gòu)域可以與E3泛素連接酶（Cul3）相互作用，并募集Cul3以泛素化RhoA，從而抑制其蛋白質(zhì)水平，導(dǎo)致F-肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重塑并抑制細(xì)胞遷移，但Rnd2是否調(diào)節(jié)Bacurd2的活性尚不明確[14]。另外，與Rnd1和Rnd3不同，Rnd2雖然能夠與Socius和p190RhoGAP特異性結(jié)合，但不因此調(diào)節(jié)RhoA下游信號(hào)通路的傳導(dǎo)。

此外，在雌性動(dòng)物的子宮組織中，Rnd蛋白與RhoA的動(dòng)態(tài)平衡有利于ROCK的穩(wěn)定，從而調(diào)節(jié)Ca2+致敏現(xiàn)象，進(jìn)而調(diào)控子宮平滑肌的收縮。研究指出，Rnd2與Rnd3在動(dòng)物子宮肌層中可能直接抑制RhoA-ROCK信號(hào)通路，進(jìn)一步調(diào)節(jié)PPP1R12A亞基磷酸化，從而抑制肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的重組，調(diào)節(jié)組織細(xì)胞的收縮。另外，Rnd2被證明在子宮基層組織中誘導(dǎo)F-action的重組，直接對(duì)抗RhoA的功能，但Rnd2的這種功能可能是組織特異性的[8-9]。

3.3 Rnd2參與Plexin相關(guān)途徑調(diào)控細(xì)胞遷移

Plexin是一個(gè)跨膜細(xì)胞表面受體家族，根據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)分為4個(gè)家族：Plexin-A、B、C、D。Plexin的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域是高度保守的，存在2個(gè)RasGAP結(jié)構(gòu)域，并在其中間存在Rho結(jié)合結(jié)構(gòu)域（RBD）。研究表明，Rnd家族成員可與Plexin-B（Plexin-B1、Plexin-B2、Plexin-B3）相互作用并調(diào)節(jié)其生理活性：RND1被發(fā)現(xiàn)是Plexin-B1發(fā)揮R-RasGAP活性所必需的，而RND3與Plexin-B2結(jié)合，刺激皮層神經(jīng)元遷移中的RhoA活性[19-20]。雖然Rnd2均可以與Plexin-B族相互作用，但其生物學(xué)功能尚不明確。除此之外有研究表明，雖然Plexin-D1與3個(gè)Rnd家族蛋白之間均有相互作用，但Plexin-D1顯示出R-RasGAP活性通常需Rnd2的參與[21]。

研究發(fā)現(xiàn)Plexin-D1與Sema3E（信號(hào)素3E）相互作用，并在神經(jīng)元發(fā)育過(guò)程中起到重要作用。Sema3E/Plexin-D1介導(dǎo)的軸突生長(zhǎng)抑制需要Rnd2，且只有當(dāng)Rnd2存在時(shí)，Plexin-D1的R-Ras GAP活性才會(huì)下調(diào)。Rnd2通過(guò)與NH2端結(jié)構(gòu)域相互作用，破壞C1結(jié)構(gòu)域與N-末端區(qū)域以及C2結(jié)構(gòu)域與C-末端區(qū)域的相互作用，進(jìn)而結(jié)合于Plexin-D1的C1和C2結(jié)構(gòu)域之間的區(qū)域，并誘導(dǎo)R-RAS GAP結(jié)構(gòu)域形成開(kāi)放構(gòu)象，調(diào)節(jié)R-RAS GAP活性進(jìn)而調(diào)節(jié)由Sema/plexin-R-RAS GAP-細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）介導(dǎo)的細(xì)胞遷移[21-22]。

4 未來(lái)與展望

綜上所述，Rnd2通過(guò)其下游蛋白等介導(dǎo)不同信號(hào)通路，并通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白的表達(dá)與重組影響細(xì)胞發(fā)育等多種生理過(guò)程。由于目前Rnd2在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的表達(dá)較為局限，對(duì)其相關(guān)功能的了解較少，可能作為細(xì)胞骨架的新的調(diào)節(jié)位點(diǎn)，并可能在例如腫瘤發(fā)育、細(xì)胞分化等多個(gè)生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，可能作為相關(guān)疾病新的研究方向與治療靶點(diǎn)。

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R392

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.008

2095－6835（2020）18－0021－03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：31502128）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目；江蘇省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：201811117015Z）

梁琰（1998—），男，安徽人，本科。

宋瑞龍（1984—），男，江蘇人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事破骨細(xì)胞分裂與動(dòng)物代謝病和中毒病的研究。

〔編輯：張思楠〕