Netrin-1在慢性神經退行性疾病中作用的研究進展

王文心，遲立君，劉彥辰，陸藝丹

(1.深圳市薩米醫療中心神經內科，廣東 深圳 518118； 2.哈爾濱醫科大學附屬第一醫院神經內科，哈爾濱150001)

神經元及其髓鞘退化等引起的一系列疾病稱為神經系統退行性疾病，好發于老年群體，以慢性多見，主要臨床表現為認知和運動功能障礙，病程通常呈進行性進展。常見的神經退行性疾病有阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、帕金森病(Parkinson′s disease，PD)、多發性硬化(multiple sclerosis，MS)、路易體癡呆等。目前社會老齡化逐漸加劇，罹患神經系統退行性疾病的人越來越多，給社會和家庭帶來沉重負擔，目前尚無治療神經系統退行性疾病的有效措施，因此深入研究神經系統退行性疾病的發病機制并尋找有效治療方法十分必要[1]。1994年，一種神經軸突導向因子被發現，并被命名為神經軸突導向因子1(netrin-1，NTN-1)[2]。NTN-1是Netrin家族最早被鑒定的因子，其結構和功能與層粘連蛋白類似，在多種疾病(如動脈粥樣硬化、血管炎)中異常表達并發揮關鍵調節作用[3]。NTN-1通過調控炎癥細胞浸潤發揮抗炎作用，可促進炎癥介質生成、血管新生及細胞轉移，保護受損神經，增強軸突生長能力[4]。現就NTN-1蛋白的主要功能及其在AD、PD、MS等慢性神經退行性疾病中的作用予以綜述。

1 NTN-1蛋白的結構和功能

Netrin家族因子是神經導向因子家族中的重要一類，命名溯源于梵語“Netr”，意為“引路者”[5]。Netrin家族因子包括NTN-1、NTN-2、NTN-4、G1a和G1b等[2]。NTN-1是一種在內皮細胞和巨噬細胞表達的可溶性蛋白，共含有600個氨基酸，分子量約為67 000，結構類似層粘連蛋白，包括與層粘連蛋白Ⅵ結構相似的結構域LamNT、與層粘連蛋白Ⅴ結構域相似的表皮生長因子重復域和C端結構域[6]。最初認為，NTN-1在神經系統發育中起重要的引導作用，但隨后研究發現NTN-1在神經系統發育中具有雙重導向作用，一方面刺激神經元和軸突生長、定位，并指引神經元和軸突到達相應靶體；另一方面，NTN-1在調控神經細胞運動、細胞分化以及細胞凋亡等生物學過程中發揮非常重要的作用[7]。NTN-1及其受體分布廣泛，神經系統以外的NTN-1參與調節血管生成、細胞運動及細胞凋亡等過程[8]。NTN-1具有抑制神經炎癥的作用，通過抑制炎癥細胞遷移和浸潤、調控炎癥信號通路、抑制促炎細胞因子產生及細胞凋亡等，減少組織損傷[9]。研究表明，NTN-1可減輕蛛網膜下腔出血后神經炎癥和腦損傷，現已作為一種新型藥物應用于臨床[10]。

2 NTN-1受體的結構及功能

NTN-1受體可分為兩類，一類是結直腸癌缺失(deleted in colorectal cancer，DCC)基因及其類似物，另一類是非協調-5(uncoordinated-5，UNC5)同源物家族。DCC是Ⅰ型跨膜糖蛋白，結構包括胞外區、跨膜區和胞內區。NTN-1與其受體DCC結合后能有效控制細胞凋亡，其中胞外區是NTN-1的結合區，包含免疫球蛋白結構域和Ⅲ型纖連蛋白結構域；疏水氨基酸大多數分布在跨膜區；胞內區可轉導不同信號[11]。UNC5同源物家族成員UNC5A、UNC5B、UNC5C和UNC5D[12]多為單跨膜分子，胞外區為免疫球蛋白結構域和血小板反應蛋白結構域，其中免疫球蛋白結構域是NTN-1的結合結構域；胞內區為ZU5、Death結構域，Death結構域是NTN-1發揮導向功能的關鍵結構[13]。DCC和UNC5在神經系統中相互拮抗，吸引或排斥軸突。DCC和UNC5均為促凋亡受體，兩者均有配體依賴性，NTN-1能抑制DCC和UNC5的促凋亡作用，當NTN-1減少時DCC和UNC5將促進細胞凋亡[10]。DCC經結構域成簇后，可介導NTN-1的吸引作用，UNC5H可單獨介導NTN-1的排斥作用，而DCC與UNC5H形成異源二聚體后，UNC5H可抑制DCC的趨化吸引作用，使NTN-1具有排斥軸突的功能[14]。Liu等[15]研究發現，NTN-1能降低急性肺損傷大鼠血管內皮炎癥因子的水平，減輕急性肺損傷的炎癥反應。炎癥損傷時，白細胞中UNC5B表達上調，NTN-1與UNC5B結合能抑制白細胞離開血管向感染部位的定向遷移及聚集，還能抑制中性粒細胞、淋巴細胞從炎癥部位中移出，且抑制程度與劑量呈正相關，而在阻斷UNC5B后，NTN-1的抑制作用減弱[16]。

3 神經炎癥與慢性神經退行性疾病的關系

神經炎癥在常見的慢性神經退行性疾病中起決定性作用。由于神經系統中的血腦屏障可將抗原隔離，因而神經系統一直被認為具有免疫特權。研究證實，神經系統自身具有免疫特性，還可與免疫系統相互作用[17]。炎癥是機體局限損傷因子促進損傷修復的保護性防御反應，但異常的炎癥反應也常導致疾病的發生。近年研究發現，炎癥與神經退行性疾病較高的發病率關系密切[18]。炎癥反應與神經退行性疾病的關系主要體現在以下幾方面：首先，炎癥反應在p38促分裂原活化的蛋白激酶參與調控細胞因子和應激反應的信號級聯反應中起核心作用，可使細胞毒因子形成、降低突觸可塑性，從而影響神經退行性疾病的進展[19]。其次，慢性神經退行性疾病的發生發展與小膠質細胞活化狀態相關，小膠質細胞對炎癥反應有雙重作用[20]。一方面，小膠質細胞激活后其表型發生極化，轉化為M1型。M1型小膠質細胞會分泌促炎因子[如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白細胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-18等]、激活補體、促進細胞毒因子和免疫因子形成，進而加速神經元凋亡及毒性物質生成。神經元凋亡釋放的毒性物質與小膠質細胞活化形成惡性循環，參與神經退行性疾病的發生。另一方面，M2型小膠質細胞通過產生抗炎細胞因子(如IL-10)、吞噬壞死細胞碎片以及去除有害蛋白質和凋亡神經元生成的毒性物質維持神經系統穩態[21-22]。隨著病情進展，M1型小膠質細胞活化增多，M2型小膠質細胞的功能逐漸受到抑制，從而失去保護作用[23]。綜上，小膠質細胞參與神經退行性疾病的發病過程，激活小膠質細胞可引起促炎因子、細胞毒因子、免疫因子的生成及神經元細胞凋亡。

4 NTN-1在慢性神經退行性疾病中的作用

4.1NTN-1在AD中的作用 AD是常見于中老年人的神經退行性疾病之一，發病早期以近記憶功能減退為主，隨著病程進展伴有記憶、認知、計算等多重功能障礙[24]。我國AD患者人數已超過600萬，隨著社會全面進入老齡化，AD患病人數也顯著增多[25]，且大多數AD患者并未得到適當的治療，隨著病情進展，AD患者逐步失去正常的生活能力，社會及家庭的負擔加重。AD經典的神經病理特征是β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)形成神經炎性斑、Tau蛋白過度磷酸化形成神經纖維纏結[26]。Azizi等[27]發現，AD患者腦內Aβ斑塊和小膠質細胞的激活關系密切，小膠質細胞激活將釋放炎癥因子，惡化退行性疾病的病情。NTN-1在神經系統的生長發育中具有關鍵作用，可抑制AD的神經炎癥反應，減少小膠質細胞激活[28]。研究發現，NTN-1在AD大鼠血清和腦脊液中的水平顯著下調，隨著病情進展，NTN-1水平逐漸降低[29]，提示NTN-1參與了AD的病情進展，是潛在的AD早期診斷的生物學標志物[30]。NTN-1的3個結構域都可獨立地與Aβ前體(myloid beta precursor protein，APP)結合，通過蛋白相互作用減少游離Aβ的生成，延遲AD病情進展[31]。NTN-1與APP結合后能夠觸發APP胞內域依賴基因轉錄，從而抑制Aβ的產生并保護神經，大腦中Aβ與NTN-1的濃度比可影響AD的進展[32]。以上研究提示，NTN-1與APP結合可抑制Aβ的生成，減輕神經炎性斑的損傷。Sun等[31]發現，AD輕度認知障礙患者血清NTN-1水平降低，且NTN-1水平與認知功能障礙呈負相關，與促炎因子TNF-α、IL-17 水平呈負相關，與抑炎因子IL-10水平呈負相關。另有研究顯示，轉基因AD小鼠模型NTN-1水平降低、Aβ含量增加、認知功能下降[33]；而過表達NTN-1可增加APP的清除，減少Aβ聚集和沉積，改善認知障礙[34]。上述內容提示，NTN-1可通過調節Aβ生成和炎癥因子表達改善認知功能，延緩AD病理進展并發揮抗炎作用。NTN-1在AD中有重要作用，研究NTN-1可為AD的治療提供新方法。

4.2NTN-1在PD中的作用 PD是一種發病率較高的隱匿起病的退行性疾病，發病機制復雜，具體機制目前尚未完全清楚。PD臨床表現為靜息震顫、運動遲緩、肌肉強直和姿勢步態異常等，其病理特征是黑質多巴胺能神經元缺失，運動系統功能受損[35]。目前約4%的60歲以上人群受到PD的影響[36]，尋找有效的PD治療途徑仍是該領域亟待解決的問題。McGeer等[37]發現，PD患者腦內存在炎癥反應，黑質內存在大量激活的小膠質細胞和星形膠質細胞，活性氧類、NO以及炎癥因子(TNF-α、IL-1β等)的水平升高。Zhang等[38]發現，在大鼠腹側中腦注射NTN-1可減少小膠質細胞的激活，抑制神經炎癥反應，顯著增加酪氨酸羥化酶軸突的生長與再生，延伸軸突長度，提示NTN-1可抑制小膠質細胞激活，增加神經軸突的數量、延長生長距離，保護并重建黑質紋狀體通路中受損的神經元回路。Lin和Isacson[39]研究表明，胎兒多巴胺能神經元可表達DCC，NTN-1通過與DCC結合抑制小膠質細胞激活，降低炎癥因子(如TNF-α、IL-1β、NO)的水平，引起多巴胺能神經元軸突生長。另有研究表明，從胚胎第11天到成年期，DCC可在多巴胺能神經元中表達并改變小膠質細胞活性[40]。綜上，NTN-1與DCC結合可抑制小膠質細胞的激活、減少炎癥因子的產生并引起神經軸突生長。Manitt等[41]的研究表明，在PD小鼠的血管內皮細胞中，提高DCC∶UNC5H比例可調節炎癥因子平衡、重組前額葉內側的多巴胺通路，對多巴胺系統的組織和功能有重要影響。NTN-1與多巴胺系統之間有重要聯系，NTN-1不僅可抑制小膠質細胞激活以及炎癥因子生成，還可通過促進軸突生長與再生保護多巴胺能神經元。NTN-1作為一種抑制PD神經炎癥和促進多巴胺能神經元軸突生長的潛在藥物，可為PD的治療提供新的思路。

4.3NTN-1在MS中的作用 腦白質炎性脫髓鞘是MS的主要病變特征，而這種病變會抑制少突細胞前體細胞募集或分化，導致前體細胞不能有效重新髓鞘化。MS的特點是空間多發性，即病灶多發性、時間多發性，常見病變部位為腦白質、視神經等[42]。MS與神經炎癥密切相關，參與MS炎癥反應的細胞有巨噬細胞、星形膠質細胞、淋巴細胞等[43]。Ubogu等[44]發現，MS炎性脫髓鞘內存在多種炎癥趨化因子(如單核細胞趨化因子-1、單核細胞趨化因子、趨化因子生長調節蛋白1)，可激活小膠質細胞和星形膠質細胞。NTN-1可抑制MS病變部位中少突膠質前體細胞遷移以及炎癥反應[45]。Bin等[46]發現，正常成人大腦白質中NTN-1蛋白十分完整，而MS標本中NTN-1片段較短，原因在于MS中存在大量激活的小膠質細胞和促炎因子，而正常成人中激活的小膠質細胞和促炎因子數量較少。在自身免疫性腦脊髓炎小鼠模型中，血清、小腦以及脊髓組織中NTN-1的水平較正常小鼠明顯降低，促炎因子升高而抑炎因子降低[47]，提示NTN-1的減少與MS及自身免疫性腦脊髓炎的神經炎癥之間存在聯系。此外，血清NTN-1水平的下降在MS患者臨床復發和復發后60 d更明顯[48]，提示NTN-1水平與MS的病情進展相關。Podjaski等[49]研究發現，將NTN-1注入MS小鼠模型中，NTN-1可通過誘導星形膠質細胞活化導致血管反應上調內皮連接蛋白表達，從而抑制神經炎癥反應以及減少血腦屏障破壞，而NTN-1敲除小鼠則表現出血管炎癥反應擴大、內皮連接蛋白表達紊亂以及血腦屏障受損。由此可見，NTN-1可減少MS的神經炎癥反應，保護血腦屏障，降低疾病嚴重程度，此外，NTN-1作為用于MS早期治療的一種潛在神經疾病治療策略，可促進再髓鞘形成，具有抗炎、穩定血腦屏障的作用。NTN-1在MS發病機制中的作用還需進一步探索，以期為MS的診斷和治療提供新途徑。

5 小 結

慢性神經退行性疾病嚴重危害老年人的健康，影響患者的生活質量，其發病機制復雜多樣，目前尚無針對性治療的有效藥物。全面認識和了解慢性神經退行性疾病的發病機制、病情的進展與轉歸，并結合藥學、分子生物學等知識，有助于尋找更有針對性的治療方法，以治療疾病并減輕患者經濟負擔。目前，慢性神經退行性疾病的相關治療方案正在積極探索中。NTN-1作為重要的神經生長因子，具有抑炎及神經保護作用，可抵御傷害和感染，在維持中樞神經系統微環境穩定中起重要作用。NTN-1與AD、PD、MS等神經退行性疾病的發病與進展均有一定關系，但NTN-1在不同神經退行性疾病中的功能不同，未來可通過影響NTN-1與其受體的結合探討神經退行性疾病的治療。目前關于NTN-1在神經退行性疾病中作用的研究尚處于起始階段，其發揮作用的分子機制尚不完全明確，其研究的最佳動物模型等亦不明確，未來還需深入探索NTN-1發揮抑炎及神經保護作用的途徑和受體，以進一步完善給藥劑量和方法，最終改善神經退行性疾病的治療效果。