Netrin-1在慢性神经退行性疾病中作用的研究进展

王文心，迟立君，刘彦辰，陆艺丹

(1.深圳市萨米医疗中心神经内科，广东 深圳 518118； 2.哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，哈尔滨150001)

神经元及其髓鞘退化等引起的一系列疾病称为神经系统退行性疾病，好发于老年群体，以慢性多见，主要临床表现为认知和运动功能障碍，病程通常呈进行性进展。常见的神经退行性疾病有阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、帕金森病(Parkinson′s disease，PD)、多发性硬化(multiple sclerosis，MS)、路易体痴呆等。目前社会老龄化逐渐加剧，罹患神经系统退行性疾病的人越来越多，给社会和家庭带来沉重负担，目前尚无治疗神经系统退行性疾病的有效措施，因此深入研究神经系统退行性疾病的发病机制并寻找有效治疗方法十分必要[1]。1994年，一种神经轴突导向因子被发现，并被命名为神经轴突导向因子1(netrin-1，NTN-1)[2]。NTN-1是Netrin家族最早被鉴定的因子，其结构和功能与层粘连蛋白类似，在多种疾病(如动脉粥样硬化、血管炎)中异常表达并发挥关键调节作用[3]。NTN-1通过调控炎症细胞浸润发挥抗炎作用，可促进炎症介质生成、血管新生及细胞转移，保护受损神经，增强轴突生长能力[4]。现就NTN-1蛋白的主要功能及其在AD、PD、MS等慢性神经退行性疾病中的作用予以综述。

1 NTN-1蛋白的结构和功能

Netrin家族因子是神经导向因子家族中的重要一类，命名溯源于梵语“Netr”，意为“引路者”[5]。Netrin家族因子包括NTN-1、NTN-2、NTN-4、G1a和G1b等[2]。NTN-1是一种在内皮细胞和巨噬细胞表达的可溶性蛋白，共含有600个氨基酸，分子量约为67 000，结构类似层粘连蛋白，包括与层粘连蛋白Ⅵ结构相似的结构域LamNT、与层粘连蛋白Ⅴ结构域相似的表皮生长因子重复域和C端结构域[6]。最初认为，NTN-1在神经系统发育中起重要的引导作用，但随后研究发现NTN-1在神经系统发育中具有双重导向作用，一方面刺激神经元和轴突生长、定位，并指引神经元和轴突到达相应靶体；另一方面，NTN-1在调控神经细胞运动、细胞分化以及细胞凋亡等生物学过程中发挥非常重要的作用[7]。NTN-1及其受体分布广泛，神经系统以外的NTN-1参与调节血管生成、细胞运动及细胞凋亡等过程[8]。NTN-1具有抑制神经炎症的作用，通过抑制炎症细胞迁移和浸润、调控炎症信号通路、抑制促炎细胞因子产生及细胞凋亡等，减少组织损伤[9]。研究表明，NTN-1可减轻蛛网膜下腔出血后神经炎症和脑损伤，现已作为一种新型药物应用于临床[10]。

2 NTN-1受体的结构及功能

NTN-1受体可分为两类，一类是结直肠癌缺失(deleted in colorectal cancer，DCC)基因及其类似物，另一类是非协调-5(uncoordinated-5，UNC5)同源物家族。DCC是Ⅰ型跨膜糖蛋白，结构包括胞外区、跨膜区和胞内区。NTN-1与其受体DCC结合后能有效控制细胞凋亡，其中胞外区是NTN-1的结合区，包含免疫球蛋白结构域和Ⅲ型纤连蛋白结构域；疏水氨基酸大多数分布在跨膜区；胞内区可转导不同信号[11]。UNC5同源物家族成员UNC5A、UNC5B、UNC5C和UNC5D[12]多为单跨膜分子，胞外区为免疫球蛋白结构域和血小板反应蛋白结构域，其中免疫球蛋白结构域是NTN-1的结合结构域；胞内区为ZU5、Death结构域，Death结构域是NTN-1发挥导向功能的关键结构[13]。DCC和UNC5在神经系统中相互拮抗，吸引或排斥轴突。DCC和UNC5均为促凋亡受体，两者均有配体依赖性，NTN-1能抑制DCC和UNC5的促凋亡作用，当NTN-1减少时DCC和UNC5将促进细胞凋亡[10]。DCC经结构域成簇后，可介导NTN-1的吸引作用，UNC5H可单独介导NTN-1的排斥作用，而DCC与UNC5H形成异源二聚体后，UNC5H可抑制DCC的趋化吸引作用，使NTN-1具有排斥轴突的功能[14]。Liu等[15]研究发现，NTN-1能降低急性肺损伤大鼠血管内皮炎症因子的水平，减轻急性肺损伤的炎症反应。炎症损伤时，白细胞中UNC5B表达上调，NTN-1与UNC5B结合能抑制白细胞离开血管向感染部位的定向迁移及聚集，还能抑制中性粒细胞、淋巴细胞从炎症部位中移出，且抑制程度与剂量呈正相关，而在阻断UNC5B后，NTN-1的抑制作用减弱[16]。

3 神经炎症与慢性神经退行性疾病的关系

神经炎症在常见的慢性神经退行性疾病中起决定性作用。由于神经系统中的血脑屏障可将抗原隔离，因而神经系统一直被认为具有免疫特权。研究证实，神经系统自身具有免疫特性，还可与免疫系统相互作用[17]。炎症是机体局限损伤因子促进损伤修复的保护性防御反应，但异常的炎症反应也常导致疾病的发生。近年研究发现，炎症与神经退行性疾病较高的发病率关系密切[18]。炎症反应与神经退行性疾病的关系主要体现在以下几方面：首先，炎症反应在p38促分裂原活化的蛋白激酶参与调控细胞因子和应激反应的信号级联反应中起核心作用，可使细胞毒因子形成、降低突触可塑性，从而影响神经退行性疾病的进展[19]。其次，慢性神经退行性疾病的发生发展与小胶质细胞活化状态相关，小胶质细胞对炎症反应有双重作用[20]。一方面，小胶质细胞激活后其表型发生极化，转化为M1型。M1型小胶质细胞会分泌促炎因子[如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-18等]、激活补体、促进细胞毒因子和免疫因子形成，进而加速神经元凋亡及毒性物质生成。神经元凋亡释放的毒性物质与小胶质细胞活化形成恶性循环，参与神经退行性疾病的发生。另一方面，M2型小胶质细胞通过产生抗炎细胞因子(如IL-10)、吞噬坏死细胞碎片以及去除有害蛋白质和凋亡神经元生成的毒性物质维持神经系统稳态[21-22]。随着病情进展，M1型小胶质细胞活化增多，M2型小胶质细胞的功能逐渐受到抑制，从而失去保护作用[23]。综上，小胶质细胞参与神经退行性疾病的发病过程，激活小胶质细胞可引起促炎因子、细胞毒因子、免疫因子的生成及神经元细胞凋亡。

4 NTN-1在慢性神经退行性疾病中的作用

4.1NTN-1在AD中的作用 AD是常见于中老年人的神经退行性疾病之一，发病早期以近记忆功能减退为主，随着病程进展伴有记忆、认知、计算等多重功能障碍[24]。我国AD患者人数已超过600万，随着社会全面进入老龄化，AD患病人数也显著增多[25]，且大多数AD患者并未得到适当的治疗，随着病情进展，AD患者逐步失去正常的生活能力，社会及家庭的负担加重。AD经典的神经病理特征是β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)形成神经炎性斑、Tau蛋白过度磷酸化形成神经纤维缠结[26]。Azizi等[27]发现，AD患者脑内Aβ斑块和小胶质细胞的激活关系密切，小胶质细胞激活将释放炎症因子，恶化退行性疾病的病情。NTN-1在神经系统的生长发育中具有关键作用，可抑制AD的神经炎症反应，减少小胶质细胞激活[28]。研究发现，NTN-1在AD大鼠血清和脑脊液中的水平显著下调，随着病情进展，NTN-1水平逐渐降低[29]，提示NTN-1参与了AD的病情进展，是潜在的AD早期诊断的生物学标志物[30]。NTN-1的3个结构域都可独立地与Aβ前体(myloid beta precursor protein，APP)结合，通过蛋白相互作用减少游离Aβ的生成，延迟AD病情进展[31]。NTN-1与APP结合后能够触发APP胞内域依赖基因转录，从而抑制Aβ的产生并保护神经，大脑中Aβ与NTN-1的浓度比可影响AD的进展[32]。以上研究提示，NTN-1与APP结合可抑制Aβ的生成，减轻神经炎性斑的损伤。Sun等[31]发现，AD轻度认知障碍患者血清NTN-1水平降低，且NTN-1水平与认知功能障碍呈负相关，与促炎因子TNF-α、IL-17 水平呈负相关，与抑炎因子IL-10水平呈负相关。另有研究显示，转基因AD小鼠模型NTN-1水平降低、Aβ含量增加、认知功能下降[33]；而过表达NTN-1可增加APP的清除，减少Aβ聚集和沉积，改善认知障碍[34]。上述内容提示，NTN-1可通过调节Aβ生成和炎症因子表达改善认知功能，延缓AD病理进展并发挥抗炎作用。NTN-1在AD中有重要作用，研究NTN-1可为AD的治疗提供新方法。

4.2NTN-1在PD中的作用 PD是一种发病率较高的隐匿起病的退行性疾病，发病机制复杂，具体机制目前尚未完全清楚。PD临床表现为静息震颤、运动迟缓、肌肉强直和姿势步态异常等，其病理特征是黑质多巴胺能神经元缺失，运动系统功能受损[35]。目前约4%的60岁以上人群受到PD的影响[36]，寻找有效的PD治疗途径仍是该领域亟待解决的问题。McGeer等[37]发现，PD患者脑内存在炎症反应，黑质内存在大量激活的小胶质细胞和星形胶质细胞，活性氧类、NO以及炎症因子(TNF-α、IL-1β等)的水平升高。Zhang等[38]发现，在大鼠腹侧中脑注射NTN-1可减少小胶质细胞的激活，抑制神经炎症反应，显著增加酪氨酸羟化酶轴突的生长与再生，延伸轴突长度，提示NTN-1可抑制小胶质细胞激活，增加神经轴突的数量、延长生长距离，保护并重建黑质纹状体通路中受损的神经元回路。Lin和Isacson[39]研究表明，胎儿多巴胺能神经元可表达DCC，NTN-1通过与DCC结合抑制小胶质细胞激活，降低炎症因子(如TNF-α、IL-1β、NO)的水平，引起多巴胺能神经元轴突生长。另有研究表明，从胚胎第11天到成年期，DCC可在多巴胺能神经元中表达并改变小胶质细胞活性[40]。综上，NTN-1与DCC结合可抑制小胶质细胞的激活、减少炎症因子的产生并引起神经轴突生长。Manitt等[41]的研究表明，在PD小鼠的血管内皮细胞中，提高DCC∶UNC5H比例可调节炎症因子平衡、重组前额叶内侧的多巴胺通路，对多巴胺系统的组织和功能有重要影响。NTN-1与多巴胺系统之间有重要联系，NTN-1不仅可抑制小胶质细胞激活以及炎症因子生成，还可通过促进轴突生长与再生保护多巴胺能神经元。NTN-1作为一种抑制PD神经炎症和促进多巴胺能神经元轴突生长的潜在药物，可为PD的治疗提供新的思路。

4.3NTN-1在MS中的作用 脑白质炎性脱髓鞘是MS的主要病变特征，而这种病变会抑制少突细胞前体细胞募集或分化，导致前体细胞不能有效重新髓鞘化。MS的特点是空间多发性，即病灶多发性、时间多发性，常见病变部位为脑白质、视神经等[42]。MS与神经炎症密切相关，参与MS炎症反应的细胞有巨噬细胞、星形胶质细胞、淋巴细胞等[43]。Ubogu等[44]发现，MS炎性脱髓鞘内存在多种炎症趋化因子(如单核细胞趋化因子-1、单核细胞趋化因子、趋化因子生长调节蛋白1)，可激活小胶质细胞和星形胶质细胞。NTN-1可抑制MS病变部位中少突胶质前体细胞迁移以及炎症反应[45]。Bin等[46]发现，正常成人大脑白质中NTN-1蛋白十分完整，而MS标本中NTN-1片段较短，原因在于MS中存在大量激活的小胶质细胞和促炎因子，而正常成人中激活的小胶质细胞和促炎因子数量较少。在自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型中，血清、小脑以及脊髓组织中NTN-1的水平较正常小鼠明显降低，促炎因子升高而抑炎因子降低[47]，提示NTN-1的减少与MS及自身免疫性脑脊髓炎的神经炎症之间存在联系。此外，血清NTN-1水平的下降在MS患者临床复发和复发后60 d更明显[48]，提示NTN-1水平与MS的病情进展相关。Podjaski等[49]研究发现，将NTN-1注入MS小鼠模型中，NTN-1可通过诱导星形胶质细胞活化导致血管反应上调内皮连接蛋白表达，从而抑制神经炎症反应以及减少血脑屏障破坏，而NTN-1敲除小鼠则表现出血管炎症反应扩大、内皮连接蛋白表达紊乱以及血脑屏障受损。由此可见，NTN-1可减少MS的神经炎症反应，保护血脑屏障，降低疾病严重程度，此外，NTN-1作为用于MS早期治疗的一种潜在神经疾病治疗策略，可促进再髓鞘形成，具有抗炎、稳定血脑屏障的作用。NTN-1在MS发病机制中的作用还需进一步探索，以期为MS的诊断和治疗提供新途径。

5 小 结

慢性神经退行性疾病严重危害老年人的健康，影响患者的生活质量，其发病机制复杂多样，目前尚无针对性治疗的有效药物。全面认识和了解慢性神经退行性疾病的发病机制、病情的进展与转归，并结合药学、分子生物学等知识，有助于寻找更有针对性的治疗方法，以治疗疾病并减轻患者经济负担。目前，慢性神经退行性疾病的相关治疗方案正在积极探索中。NTN-1作为重要的神经生长因子，具有抑炎及神经保护作用，可抵御伤害和感染，在维持中枢神经系统微环境稳定中起重要作用。NTN-1与AD、PD、MS等神经退行性疾病的发病与进展均有一定关系，但NTN-1在不同神经退行性疾病中的功能不同，未来可通过影响NTN-1与其受体的结合探讨神经退行性疾病的治疗。目前关于NTN-1在神经退行性疾病中作用的研究尚处于起始阶段，其发挥作用的分子机制尚不完全明确，其研究的最佳动物模型等亦不明确，未来还需深入探索NTN-1发挥抑炎及神经保护作用的途径和受体，以进一步完善给药剂量和方法，最终改善神经退行性疾病的治疗效果。