阿尔茨海默病中netrin-1的研究进展阿尔茨海默病(AD)是一种以记忆力下降为主要表现的认知功能障碍的神经退行性疾病。它是老年痴呆最常见的类型,占所有痴呆患者的60%～80%,且随着年龄增加,其发病率明显升高,65岁以上老年人患病率为5%～10%,85岁以上高达20%～50%,其中男性患病率低于女性[1]。AD有两个主要的核心病理机制,一个是由炎症介导的β-淀粉样蛋白(Aβ)的沉积[2]。另一种是过度磷酸化的Tau蛋白所致的神经纤维缠结形成[3]。而目前研究热点集中在如何阻断炎症反应介导的Aβ沉积,从而达到治疗AD的作用。netrin-1作为一种层黏连蛋白,虽然主要在肿瘤、血管生成、急性肾损伤、糖尿病标记物方面有较高的表达,但近来研究发现,其可以阻断AD中Aβ的沉积,延缓AD的进展,特别是在阻断Aβ形成的炎性小体上有重要作用[4]。netrin-1有望成为一种治疗AD的全新药物,但其具体调节机制尚不清楚,有待进一步研究阐明。本文介绍了netrin-1的结构、主要生物学功能及其在AD中的作用。1、netrin-1的基本结构和生物功能1.1netrin-1的基本结构轴突神经生长因子包含netrins、slit、ephrin、semaphorins4个家族[5]。netrins家族包括很多种亚型,主要分泌蛋白有netrin-1、netrin-2、netrin-3、netrin-4、netrin-5、netrinG1、netrinG2[6],其中netrin-1是最早在神经系统中发现的可溶性神经轴突导向因子[7]。它是由1个N端层压板结构域(LamNT)、3个富含半胱氨酸的层压板表皮生长因子样模块(EGF)和1个带正电荷的小结构域(NTR)组成的多结构域蛋白质[8]。1.2netrin-1的生物功能netrin-1的生物功能存在多样性,在细胞生长中可以促进细胞黏附和迁移,具有调控血管生成和类似血管表皮生长因子的作用[9]。同时,在炎症中Paradisi等[10]发现netrin-1表达显著增高,具有提高核转录因子(NF)-κB浓度的作用。有研究发现,netrin-1也可增强β细胞的功能,在糖尿病患者血液中netrin-1显著增高,但其具体机制不明[11]。netrin-1还被视为致癌基因,可以促进肿瘤的生长,在许多肿瘤组织中高表达,而在胃癌和肺癌肿瘤化疗后netrin-1的水平显著降低,主要作用机制可能与P53的失活[12]和磷酸肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)信号通路的激活[13]有关。netrin-1也是急性肾损伤早期诊断的标志物,在急性肾损伤患者的尿液中高表达,且早于肾损伤的其他诊断指标[14]。2、netrin-1受体的结构及功能在哺乳动物中,netrin-1的受体主要来自结肠直肠癌缺失性受体(DCC)家族和未协调的UNC5H受体家族[15]。DCC受体家族由DCC和neogenin两个受体组成[16],其中DCC为类型Ⅰ跨模受体,主要由胞外4个免疫球蛋白样结构域,6个纤黏蛋白Ⅲ型结构域和1个包含P1-3高度保守的细胞内域组成[17,18]。DCC最初在人类直肠癌中发现,是与18个等位基因缺失相关的肿瘤抑制因子[19],但目前的研究证实DCC通过其P3域成簇后介导的netrin-1对大鼠的脊髓联合轴突具有化学诱导作用[20]。而且,Horn等[21]研究发现,DCC激活与学习和记忆明显相关。除与netrin-1和netrin-3相互作用外,Neogenin与DCC具有约50%的氨基酸同源性。它还与排斥性指导分子(RGM)结合,以指导神经细胞的定向迁移,以形成正确的轴突投射,促进轴突发育[22]。另一个netrin-1受体家族UNC5H也为穿膜受体,它由UNCH5A-D受体复合物组成,包含2个免疫球蛋白域和2个凝血酶敏感蛋白(TSP)Ⅰ域,以及1个包含小带状突起-5,DCC结合位点(DB)和死亡结构域的细胞内域[23]。UNC5H可单独介导netrin-1的短程排斥作用,而UNC5H-DCC异二聚体则可介导netrin-1的长程排斥作用[24]。研究证实,远距离长程排斥作用是依赖于DCC受体,其原因可能是DCC-UNC5H复合物对低浓度的netrin-1比较敏感。同时,Wetzel-Smith等[25]发现,UNC5C的基因突变增加了AD的患病风险。此外,最近还发现了另外4种受体,包括小脑蛋白(CBLN)4、整合素α3β1和α6β3、唐氏综合征细胞黏附分子(DSCAM)和有争议的腺苷受体(A2BR),但这些受体与学习记忆及AD的相关性要进一步研究。3、netrin-1与AD 3.1netrin-1调节细胞凋亡、减少炎症反应研究证实,netrin-1是一种轴突生长因子,在炎症反应、细胞凋亡、轴突导向、神经元活动和突触可塑性中起重要作用,尤其在轴突导向、神经元迁移、神经结构的形态发生中的作用不可忽视[15,26]。有研究表明,netrin-1与受体UNC5B结合后可以增加海马神经元的活性,其机制可能为通过PI3K信号通路的作用[27]。Zamani等[28]研究发现,在AD小鼠中,注射netrin-1后,海马组织中的NF-κB表达下降,Aβ沉积也显著减少。Mirakaj等[29]研究表明,netrin-1的上调对炎症过程具有保护作用,可减少组织损伤中的炎症反应,抑制白细胞向炎症区域迁移。McIlwain等[30]研究证实了活化的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-3在AD脑神经细胞死亡和斑块形成中起重要作用,而Llambi等[31]进一步研究发现,netrin-1对AD中的Caspase3/7活性具有显著抑制作用,能阻止AD的神经元死亡。3.2netrin-1与β-淀粉样蛋白前体(APP)的关联性netrin-1可以减少APP裂解为Aβ已被证实[32]。Shabani等[33]的研究证实,在AD的小鼠模型中,Aβ的浓度与netrin-1呈负相关,上调netrin-1的水平,能显著减少Aβ沉积,增强神经元存活,从而改善AD的空间学习和记忆障碍。而Borel等[34]研究进一步发现,APP是通过与netrin-1的3个结构域特异性结合,从而减少Aβ的沉积,延缓AD的进展。还有研究认为,AD和许多其他神经退行性疾病与朊病毒疾病有类似的生物化学特征,是一种蛋白质病,它具有自我放大效应[35]。Spilman等[4]基于Aβ自我扩增的特征中又发现netrin-1具有阻断Aβ扩增的作用。Rama等[36]研究发现,APP很可能是DCC复合物中的一部分,在轴突生长中可以增强netrin-1的信号传导,如MAPK的活化。4、展望netrin-1可以降低NF-κB炎症水平,具有阻断细胞凋亡的作用,并且可以减少Aβ沉积。然而,netrin-1在减少Aβ中的机制仍不清楚。目前netrins家族里的研究大多数都集中在netrin-1上,而轴突生长因子的其他成员是否也具有相似的netrin-1减少Aβ沉积,延缓AD病程进展的作用,仍不明确。目前也尚未有针对netrin-1的神经元细胞研究,有必要进一步的完善。netrin-1阻断炎性小体形成和诱导神经生长的机制尚不清楚,特别是NF-κB炎症通路的分子机制需要进一步阐明。同时,netrin-1对Myd88和上、下游信号转导分子的调控是否具有相同作用,也需进一步阐明。netrin-1是否调控大脑皮质和海马组织中的细胞因子,星形胶质细胞,小胶质细胞等,也尚未有研究。此外,为了更好地了解netrin-1延缓AD进展的信号级联通路,需要对其底物进行全面鉴定,这可能有助于解释各种情况下错综复杂的细胞内信号传导网络并最终实现治疗AD。netrin-1阻断Aβ的形成机制是多样的,为今后netrin-1作为药物治疗AD提供了许多参考靶点,而且,netrin-1或netrin-1相关片段的类似物有望成为AD药物治疗的新选择。
