ABSTRACT

Neuregulin 1 (NRG1) is one of Neuregulin proteins, a kind of epidermal growth factor encoded by the selective shear of NRG1 gene, which promotes proliferation, differentiation and survival of neurons, muscle and other cells. NRG 1 has an important regulating function on female reproductive endocrine. The research development of NRG 1 in the field of animal reproductive endocrine is described on the hypothalamus, pituitary and ovarian in this paper.

Keywords:Neuregulin 1, Hypothalamus, Pituitary, Ovarian, Reproductive Endocrine

神经调节蛋白1在生殖发育中的研究进展

刘大伟，栾新红

沈阳农业大学，畜牧兽医学院，辽宁 沈阳

Email: 2689558571@qq.com, xhluan@163.com

收稿日期：2015年7月23日；录用日期：2015年8月6日；发布日期：2015年8月10日

摘 要

神经调节蛋白1 (NRG1)是神经调节蛋白家族成员之一，是NRG1基因选择性剪切编码的一种类表皮生长因子，具有促进神经元和肌细胞等多种细胞的增殖、分化及存活功能。NRG1对雌性动物的生殖、内分泌功能具有重要的调节功能。本文就NRG1在动物生殖内分泌中的研究进展，从下丘脑、垂体和卵巢三个水平进行综述。

关键词 :神经调节蛋白1，下丘脑，垂体，卵巢，生殖内分泌

1. 神经调节蛋白1及其作用机制

1.1. 神经调节蛋白1概述

神经调节蛋白(Neuregulins)是表皮生长因子(EGF)大家族中一类相关蛋白质群的总称，至少包括12个成员，如神经分化因子、乙酰胆碱受体诱导活性因子、胶质细胞生长因子等，因为首先在神经科学领域发现而得名 [1] 。

神经调节蛋白1 (Neuregulin 1, NRG1)是神经调节蛋白家族成员之一，又称作胶质细胞生长因子(GGF)，是一种调节和保护性生长因子，对神经系统的发育和维持有重要作用。NRG1基因通过特异性的剪切后，产生具有生物活性的神经调节蛋白1，最早的文献记录显示它是从乳腺肿瘤细胞中发现的 [2] 。有人从牛脑和垂体中提取，体外条件下具有提高有丝分裂活性的作用 [3] 。

神经调节蛋白1由4个独立基因编码。胞外结构域的多种剪切和5′侧翼调节序列使得NRG1基因产生至少6种蛋白产物，亚型达到30多种，其中主要选择性剪切编码形成4个亚型：I型NRG1~IV型NRG1，其中最主要的I型~III型3种不同的NRG1亚型，是通过几种启动子和选择性剪切分别表达出来 [4] 。如图1所示。

所有类型的NRG1都含有α、β两种EGF样结构域。表皮生长因子(EGF)样受体结合域是ErbB受体酪氨酸激酶活化的必要条件，位于胞外结构域的近膜区。每种蛋白类型都具有一个特征性的氨基末端区域，不同NRG1亚型具有不同的功能。与可溶性NRG1不同，覆膜性NRG1经研究确认包括了跨膜结构和细胞内结构域(ICD)。ICD进一步可以分为ICD a、b和c。连接细胞外结构和跨膜结构的部分称为柄(S)，进一步可分为S1、S2和S4。大多数NRG1亚型是作为锚定于膜的前体被合成的，又称为NRG1前体蛋白。NRG1的结构域C端附近，前体蛋白发生水解，变成具有生物功能活性的NRG1。NRG1前体蛋白水解，释放可溶性结构，激活自分泌或旁分泌通路。然而S3含有的终止密码子导致细胞外物质向细胞质内输送的终结，这也是非膜性锚定NRG1的α和β两种结构域的形成。有报道称β亚型NRG1的生物学活性是α亚型的10~100倍。

1.2. NRG1和ErbB受体概述

ErbB蛋白属于受体酪氨酸蛋白激酶家族的一员，由4个基因，即ErbB1~ErbB4编码，NRG信号主要经由ErbB2~ErbB4传导。NRG1作为ErbB的激动剂或配体，与ErbB受体结合激活形成二聚体复合物，以旁分泌或自分泌机制参与高等动物脑功能活动。ErbB受体之间形成同二聚体(ErbB3/ErbB3和ErbB4/ErbB4)或异二聚体形式，再与配体NRG1发生反应 [5] 。如图2所示：这就是NRG1/ErbBs信号系统。NRG1通过NRG1/ErbBs信号系统及其下游信号通路发挥作用。配体受体复合物的互相作用可激活下游信号，通过MEK/ERK、PI3K/ Akt、Src/FAK、NO合酶等多种信号通路发挥作用。

NRG1的生物学功能主要是由同源受体ErbB4和ErbB3/ErbB2以及异源二聚体ErbB4/ErbB2复合物介导完成。人们在人乳腺瘤细胞系培养基中提取到NRG1，发现它是一种生长因子，可以特异性激活酪

图1. I~III型NRG1示意图(NRG1经多重剪接形成三种类型NRG1)

图2. I~III型NRG1与受体的相互作用(箭头所示为蛋白水解位点)

氨酸激酶受体ErbB2。有科学家从大脑和牛的垂体前叶中纯化得到II型NRG1，发现它可以促进施旺氏细胞的有丝分裂活性。NRG1和受体互作启动了复杂的细胞内信号级联反应，激活了细胞外信号调节激酶(ERK)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT)、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶γ (PIK3γ)、蛋白激酶C (PKC)和Janus激酶信号转导转录激活因子(JAK-STAT)。信号传导途径的活化也引起了诸如致癌性发育、细胞周期停滞、细胞增殖、分化和抗凋亡等活动。Sharif等人研究报道称，β1型NRG1通过ErbB1/ErbB3异二聚体复合物介导了大脑皮质星形胶质细胞的有丝分裂 [6] 。

2. 神经调节蛋白1与生殖发育

2.1. 神经调节蛋白1对下丘脑分泌活动的影响

NRG1受体存在于下丘脑中星形细胞，促进其分泌前列腺素E2，刺激黄体生成素释放激素(LHRH)的释放。性发育和繁殖性能取决于一系列神经内分泌神经元的完整性。这些神经元可以产生LHRH。下丘脑星形胶质细胞和LHRH神经元紧密相关。大部分LHRH细胞膜附近分布着星形胶质细胞，尤其是神经轴突。星形胶质细胞一方面影响着LHRH重构神经轴突传递位点；另一方面通过影响营养和神经活性因子，调节LHRH释放。营养因子在细胞间互动机制上起着关键作用，而星形胶质细胞借此调控LHRH神经元的功能。ErbB受体信号传导不只是单一的一个配体激活一个受体，最近的研究发现它还包括相关受体的募集。和其它ErbB受体相比，ErbB2是一个辅助因子，其募集也受到受体ErbB1、ErbB3和ErbB4的调节。星形胶质细胞是编码ErbB2和ErbB4的基因表达的主要区域，并早于或伴随着雌性性成熟的出现而在大脑内选择性增加该受体的表达，这主要依赖于性腺，其次是性激素的调节。NRGs和TGFα都可以有效刺激星形胶质细胞释放PGE2。PGE2是一种前列腺素，可以介导神经递质，诱导LHRH的释放。

Vincent Prevot等研究表明，单个星形胶质细胞功能的完整性构成了整个神经元–神经胶质细胞系统，也维持着发育过程和性成熟的正常。这样的结果也揭示出初情期发生的调节是依靠细胞间的信号传导机制完成的。在初情期发生时，如果神经元–神经胶质细胞传导通路紊乱会导致中枢神经某些鲜为人知的改变 [7] 。

神经胶质细胞转化生长因子α激活ErbB1受体，是哺乳动物神经内分泌系统调控生殖发育的重要一环。除此之外，ErbB2/ErbB4受体复合物在下丘脑调控性成熟过程中十分重要。下丘脑星形胶质细胞表达ERBB2、ERBB4受体基因，释放前列腺素E2来应答神经调节蛋白。前列腺素E2作用于神经内分泌的神经元，刺激黄体生成素释放激素，这样神经肽调控着性发育。转化生长因子α和NRG在星形胶质细胞中起协同作用。初情期前，下丘脑表达ErbB2和ErbB4的增加和性腺无关；初情期时其增加又依赖于性激素。

星形胶质细胞受损，NRG-ErbB4/2信号通路被切断，会导致性发育延迟，动物成年后生殖力会出现短暂的缺失。这些可能会与人类原发性青春期延迟综合征有一定关系，这种综合征是由于促性腺激素缺乏引起，会导致人的青春期延后，但成年后生殖能力正常 [8] 。

让转基因小鼠表达显性阴性ErbB受体(DN-ErbB4)，它会阻止ErbB4和ErbB2依赖活化作用，转基因小鼠表现出性成熟延后和生殖能力下降，结果说明，LHRH释放能力受损。前列腺素E2介导刺激星形胶质细胞ErbB受体对神经元LHRH释放的活化作用。下丘脑星形胶质细胞ErbB4和ErbB2依赖活化作用缺失，无法对NRG1产生的前列腺素E2做出应答，导致LHRH释放的减少，表明神经胶质细胞NRG1及ErbB受体介导青春期LHRH分泌的增长。星形细胞ErbB受体是青春期产生的必要条件。NRG1-ErbB4/2受体信号通路对神经元——星形胶质细胞在大脑调控性成熟进程中是必不可少的。早先神经调节蛋白有关神经系统的报道已见诸报端，尤其是关于大脑皮层、脊髓和下丘脑。在下丘脑中，ARIA (或NRG1α/β)只在与垂体后叶建立映射关系的突触神经元中表达，那些没有建立关系的神经元中未见有该基因的表达，这表明下丘脑分泌的神经调节蛋白对垂体的某些功能起到调节作用。此外，NRG1受体通过旁分泌的刺激作用，在下丘脑星形胶质细胞内表达活化，对刺激黄体生成素释放激素(LHRH)分泌、垂体内促性腺激素释放和正常的性成熟至关重要。

NRG1介导的ErbB信号模块是由ErbB2和ErbB4构成的，它支配着下丘脑LHRH神经元的分泌活动，是神经胶质–神经元通信系统的重要的组成部分。受体复合物的激活包括初情期的开始和由类固醇调节的整个初情期活动。这个结果与LHRH的两步法分泌机制相一致：首先一步是星形胶质细胞ErbB受体的近分泌–旁分泌刺激，它是通过细胞接触依赖性信号传导通路完成的；第二步是神经活性物质的释放，如PGE2能够诱导相邻LHRH神经元的分泌活动。除了NRG家族信号传导系统，这个机制在TGFα-ErbB1信号传导复合物中也发挥作用。ErbB2密切依赖着NRG1和TGFα-ErbB1信号传导系统，这两个信号传导在哺乳动物初情期开始的过程高度协调，相互作用 [9] 。

此外，NRG1的表达可见于灰质、下丘脑以及小脑。NRG1可通过激活ErbBs受体(酪氨酸激酶受体)，启动抗凋亡程序、促进细胞周期改变和细胞分化，并参与泌乳素(PRL)调节。

2.2. 神经调节蛋白1对垂体分泌功能的影响

新近研究发现，NRG1可表达于垂体促性腺激素细胞，并以旁分泌方式激活催乳素细胞表面受体磷酸化，促进催乳素释放。赵炜疆等为了研究神经调节蛋白-1的内源性表达变化，使用实时荧光定量PCR技术观察NRG1亚型和同源受体ErbB2/4基因的表达变化。通过Western blot在蛋白水平上检测NRG1的表达。免疫荧光染色用于鉴定垂体细胞表达NRG1和观察NRG1的定位、分布，以及ErbB4的功能性磷酸化。同时在对恒河猴垂体前叶的NRG1和ErbB4的共表达研究中显示，NRG1的亚型，尤其是Ⅲ型NRG1，在发情周期E1和E2中具有更高的表达水平，这与同时期Western blot的研究结果一致。而免疫荧光染色试验证明了垂体前叶中NRG1主要来源于促性腺激素细胞，在发情期E1和E2中广泛分布于垂体前叶；同时期ErbB4开始发生表观磷酸活化。试验中也观察到雄性恒河猴垂体前叶NRG1和ErbB4阳性细胞的相邻分布现象。由此证明，雌性Wistar-Furth大鼠垂体前叶有多种NRG1亚型的表达和NRG1/ErbB4信号通路的存在，并且与发情期密切相关。此外，NRG1/ErbB4介导的信号通路还存在于非人类灵长类动物的垂体前叶中 [10] 。

黄体生成素促性腺激素细胞可以与ErbB3阳性细胞形成联系，而ErbB3受体经证实定位于催乳激素细胞上。综合以上的观察结果可提出一个假说，即NRG1存在于促性腺激素细胞，通过与细胞膜ErbB3受体相互作用来调节催乳激素细胞。因此，垂体内促性腺激素细胞和催乳激素细胞部分以间隙连接的方式使得促性腺激素衍生的与膜结合的Ⅲ型NRG1与催乳激素细胞膜上的ErbB3受体结合。这些分子可能增强了NRG1和ErbB受体之间的作用。例如ErbB3和ErbB4会产生一系列细胞内信号，并加强PRL前体的酶裂解作用。

NRG1主要在大鼠垂体促性腺激素细胞中表达，并以旁分泌的形式调控PRL。NRG1和同源受体ErbB3/ErbB4结合介导细胞内和细胞间的物质交换。体外实验可见于该信号通路调控垂体瘤细胞PRL的分泌。I型和III型NRG1在大鼠垂体前叶表达。促性腺激素细胞对NRG1具有趋向性，而催乳激素细胞对ErbB3受体具有趋向性，二者形成了某种联系。催乳激素细胞和促性腺激素细胞通过细胞粘附分子形成联系，细胞粘附分子广泛分布于垂体前叶，包括L1细胞粘附分子和神经细胞粘附分子 [11] 。体外实验发现，促性腺激素细胞分泌NRG1调节一种来自垂体促生长激素GH₃细胞、分子量为18 kDa的PRL分子。

Western blot试验检测出大量蛋白质，分子量在30~114 kDa，在促性腺激素αT3-1细胞的无血清培养基中可检测到分子量为70、60和45 kDa的蛋白质。然而通常可见、分子量在40~25 kDa的水溶性NRG1鲜有观察，表明该前体为NRG1在促性腺激素细胞系中的主要形式，也为NRG1和相关受体的旁分泌作用提供物质基础。

随后，将分泌PRL和GH的GH₃细胞与针对NRG1预处理的siRNA促性腺激素细胞进行混合培养，通过免疫荧光观察发现，针对NRG1处理过的siRNA显著降低细胞内NRG1α/β的染色强度和共定位现象。在混合培养的GH₃细胞中，αT3-1细胞中NRG1的减少引起PRL表达量的降低。在48 h内，GH₃细胞中一种18 kDa的PRL蛋白分泌量显著减少，而23 kDa的PRL和22 kDa的GH无明显变化。这个结果，加上此前关于Ⅲ型NRG1主要在促性腺激素细胞的现象，表明Ⅲ型NRG1介导的近分泌机制可能对垂体前叶的PRL分泌产生作用。NRG1可以调节PRL酶切结构的释放，它是GH₃细胞中一种典型的分子，分子量为18 kDa。这一过程可能和NRG1调节PRL特异性裂解酶有关。

重组NRG1在大鼠催乳素瘤GH₃细胞中内源性表达，通过GH₃细胞的自分泌或旁分泌来调节催乳素的分泌。据报道，大鼠外源性添加NRG1可以调控生长激素GH₃细胞PRL mRNA表达和分泌，其中ErbB受体已被证实与泌乳素瘤的恶性转化相关 [12] 。重组NRG1能调控大鼠核糖体蛋白L4中的催乳素分泌，也能调控GH₃细胞分泌生长激素，表明NRG1成为新发现的催乳素分泌的调节因子。III型NRG1亚型在GH₃细胞中发生内源性表达，其内源性表达以及在GH₃细胞中介导的自分泌或旁分泌机制扩展了前人的研究成果，揭示了NRG1是泌乳素瘤诊断中潜在的血清学标志物。

2.3. 神经调节蛋白1与卵巢

NRG1受LH (黄体生成素)诱导而激活EGF受体ErbB1/ERK1/2通路，影响排卵。NRG1是以完整分泌的形式存在于卵巢中，它可能与ErbB3/ErbB2复合物结合，在颗粒细胞和卵丘细胞中表达，受体是ErbB3的配体。NRG1基因两个转录本在颗粒细胞中表达，III型NRG1在排卵期以ERK1/2和C/EBP依赖的方式被诱导。在颗粒细胞中，NRG1选择性刺激AKT/PKB的磷酸化(而不是ERK1/2)。外源性添加AREG(双调蛋白)后，ERK1/2的磷酸化显著增强。NRG1和AREG的协调作用增加孕酮的分泌量；与含有AREG而不添加NRG1相比，卵丘卵母细胞在同时有NRG1和AREG的培养基中，明显具有更高的发育能力。III型NRG1在排卵期的颗粒细胞中发生诱导作用，增强了颗粒细胞、卵丘细胞AREG诱导的ERK1/2磷酸化。NRG1途径提高增加了AREG诱导的孕酮产量，并通过卵丘细胞依赖机制调节卵细胞成熟。

蛋白印迹试验表明，在未成熟小鼠卵巢中，NRG1是以完整分泌的形式在颗粒细胞和卵丘细胞中表达。NRG1与双调蛋白的协同作用增加孕酮的分泌量。在培养基中添加NRG1，卵丘、卵母细胞明显具有更高的发育能力。

J. Mao等人对卵母细胞成熟期线粒体DNA的复制扩增规律进行了研究，预测通过添加NRG1可能会使猪的线粒体DNA拷贝数增加并提高卵母细胞的发育能力。结果发现，从减数分裂I偶线期到减数分裂II中期，线粒体DNA拷贝数呈增长趋势。生长因子增强了卵母细胞的成熟。NRG1可以刺激减数分裂II中期线粒体复制，增加线粒体DNA拷贝数，提高孤雌生殖和体外受精胚胎的胚泡百分比。另外，卵母细胞线粒体DNA拷贝数和发育能力有关 [13] 。

此外，内分泌器官，如肾上腺素和胰腺等，可表达神经调节蛋白。Fluge等报道发现，甲状腺细胞培养的细胞系和乳头状瘤也表达了NRG1和ErbB2/ErbB4受体[14] [15] 。

3. 小结

在PRL众多调节因子中，NRG1的研究才刚刚兴起就成了热点。NRG1和同源受体ErbB2的过表达以及共定位有了显著的研究成果，有望用于控制泌乳素瘤和高泌乳素血症。在GH₃细胞中，对NRG1介导的自分泌或旁分泌机制的研究揭示了它在泌乳素瘤诊断和预后评估中具有重要意义。

神经和内分泌系统共同调节着动物的生殖发育进程，而越来越多的研究表明，NRG1介导的信号通路对神经和内分泌系统具有显著的调节作用，提示利用NRG1进行体外干预可能会促进动物生殖发育和生产繁育力。

文章引用

刘大伟,栾新红. 神经调节蛋白1在生殖发育中的研究进展
The Research Progress of Neuregulin 1 in the Reproductive Development[J]. 千人·生物, 2015, 02(03): 19-25. http://dx.doi.org/10.12677/QRB.2015.23003

参考文献 (References)