Netrin-1對腦梗死損傷的保護(hù)和修復(fù)作用研究進(jìn)展

張馨予，杜小正，王金海，何文潔，王娜娜，王若州，井維堯，楊尚偉

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅蘭州市 730000；2.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院，甘肅蘭州市730030

腦梗死是臨床常見疾病之一，是世界范圍內(nèi)導(dǎo)致死亡和殘疾的主要原因之一[1］。腦梗死后，缺血中心區(qū)發(fā)生細(xì)胞凋亡、炎癥浸潤。神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子Netrin-1 作為層粘連蛋白相關(guān)超家族Netrins 家族中研究最廣泛的一種，已被證實(shí)在抑制炎癥反應(yīng)[2］、抑制細(xì)胞凋亡[3］、促進(jìn)血管新生[4］以及促進(jìn)軸突再生[5］等方面發(fā)揮重要作用，對腦梗死導(dǎo)致的腦損傷具有保護(hù)和修復(fù)作用。

1 Netrin-1及其受體

Netrin-1 由大約600 個(gè)氨基酸組成，相對分子質(zhì)量約70 kDa；結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白層粘連蛋白，包括3 個(gè)可識別的結(jié)構(gòu)域：N-端Ⅵ結(jié)構(gòu)域、3 個(gè)層粘連蛋白型表皮生長因子重復(fù)序列(Ⅴ-1、Ⅴ-2和Ⅴ-3)和帶正電荷的C-端結(jié)構(gòu)域[6］。Netrin-1 最初作為胚胎發(fā)育期細(xì)胞和軸突遷移的重要向?qū)б蜃佣话l(fā)現(xiàn)[7］；之后發(fā)現(xiàn)在發(fā)育成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中也廣泛表達(dá)[8]。Netrin-1 除參與神經(jīng)損傷后修復(fù)，還在腫瘤生長、器官形成，以及肺和胰腺的發(fā)育分化等方面發(fā)揮作用[9-10]。

Netrin-1的作用與其受體關(guān)系密切。Netrin-1最常見的受體包括結(jié)腸癌缺失家族(deleted in colorectal cancer family,DCC)和UNC5 同源家族。其中UNC5 同源家族包括UNC5 A～D 4 種蛋白，以UNC5B 研究最為全面，在抑制細(xì)胞凋亡、抑制炎癥反應(yīng)以及血管新生的調(diào)節(jié)中均發(fā)揮重要作用[11-12］。DCC 是具有吸引作用的Netrin-1 受體，與UNC5 同源家族結(jié)合能引導(dǎo)軸突的生長方向，促進(jìn)軸突及其分支的形成和生長，促進(jìn)血管新生，維持細(xì)胞存活[13］。黑色素瘤細(xì)胞黏附分子(CD146)也是Netrin-1的重要受體之一，屬免疫球蛋白超家族細(xì)胞黏附分子的成員，在內(nèi)皮細(xì)胞上廣泛表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移，在血管生成中起重要作用[14］。

2 Netrin-1在腦梗死損傷中的保護(hù)和修復(fù)作用

Netrin-1在腦組織等多種器官中廣泛表達(dá)。Netrin-1通過結(jié)合相關(guān)受體，激活下游因子，促進(jìn)相關(guān)信號通路表達(dá)，在腦缺血缺氧損傷后的細(xì)胞凋亡、白細(xì)胞的遷移與募集，以及內(nèi)皮細(xì)胞增殖等方面發(fā)揮作用。

2.1 抑制細(xì)胞凋亡

UNC5 同源家族和DCC 作為Netrin-1 的重要受體，已被證實(shí)在細(xì)胞凋亡調(diào)控方面發(fā)揮作用[11,15］。

2.1.1 調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白因子的活性和表達(dá)

Caspase-3 是細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)中關(guān)鍵蛋白酶，Caspase-3被激活后，通過切割下游底物，使細(xì)胞核固縮，DNA 斷裂，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[16］。UNC5B 同源家族以及DCC 受體均屬依賴性受體，具有“死亡結(jié)構(gòu)域”[17］。當(dāng)受體不與Netrins 結(jié)合時(shí)，死亡結(jié)構(gòu)域暴露，與Caspase-9 結(jié)合，使Caspase-3 激活，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[18]。

抑癌基因P53 是一種重要的腫瘤抑制因子，在神經(jīng)細(xì)胞增殖中也有負(fù)調(diào)控作用[19］。Ranganathan 等[20］研究表明，Netrin-1與UNC5B 相互作用可抑制P53 表達(dá)所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，同時(shí)抑制Caspase-3 凋亡級聯(lián)反應(yīng)的激活，從而抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡。Cheyou 等[21]研究表明，經(jīng)過乳脂球表皮生長因子-8 (milk fat globule-EGF factor 8,MFG-E8)處理的大腦中動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)小鼠，神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化能力增強(qiáng)，神經(jīng)細(xì)胞凋亡減少，可能與MFG-E8 上調(diào)Netrin-1表達(dá)水平，抑制P53表達(dá)有關(guān)。

2.1.2 調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)信號通路的活性

Netrin-1 與其受體結(jié)合，可通過調(diào)節(jié)相關(guān)信號通路活性，在腦梗死后神經(jīng)細(xì)胞凋亡中發(fā)揮作用[15]。在急性期，c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)信號通路的激活被認(rèn)為是抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡、促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的重要原因之一。當(dāng)Netrin-1 與其受體DCC 結(jié)合時(shí)，JNK1 活化程度提高，使神經(jīng)元活性增加[22］。Chen 等[15］研究顯示，促進(jìn)腦損傷大鼠神經(jīng)元中Netrin-1表達(dá)，并與其受體DCC 結(jié)合，可激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)信號通路，調(diào)節(jié)DNA損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯或凋亡。

2.2 抑制炎癥反應(yīng)

炎癥是具有血管系統(tǒng)的活體組織對損傷因子所發(fā)生的防御反應(yīng)[23]；過度的炎癥反應(yīng)會導(dǎo)致組織損傷。炎癥反應(yīng)是腦梗死病理發(fā)展的主要原因之一，減輕炎癥損傷是腦梗死治療的關(guān)鍵之一。

UNC5B作為消除趨化性的Netrin-1受體，在多種白細(xì)胞膜上表達(dá)。Netrin-1與UNC5B結(jié)合后，可抑制白細(xì)胞從血管腔向炎癥部位的定向遷移與聚集；抑制UNC5B 表達(dá)則會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)加重[12］。

過氧化物酶體增殖激活物受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma,PPARγ)被認(rèn)為是Netrin-1 的下游分子，屬核激素受體超家族，是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[24］。Netrin-1通過與UNC5B結(jié)合，激活PPARγ；活化的PPARγ通過抑制核轉(zhuǎn)錄因子κB (nuclear factor kappa B,NF-κB)通路，減少腦梗死后促炎因子產(chǎn)生，減輕炎癥反應(yīng)[25]。He等[26］研究顯示，外源性Netrin-1 可通過抑制腦缺血小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞的過度激活，抑制白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-12β 等炎性因子，減少炎癥級聯(lián)反應(yīng)，改善神經(jīng)功能，其機(jī)制可能與PPARγ激活有關(guān)。

2.3 促進(jìn)血管新生

腦梗死后血管新生可促進(jìn)炎性細(xì)胞到達(dá)相應(yīng)部位，參與組織損傷修復(fù)，增加局部氧供，緩解缺氧引起的損傷[27］。腦梗死早期和修復(fù)期，Netrin-1 在促進(jìn)血管新生方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，可能是治療腦缺血的潛在靶點(diǎn)[28]。Lu等[29]研究顯示，外源性誘導(dǎo)Netrin-1 過表達(dá)，可刺激腦梗死后血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，增加微血管密度，促進(jìn)側(cè)支循環(huán)建立；而敲除Netrin-1 會引起血管末梢內(nèi)皮細(xì)胞偽足延長或回縮，導(dǎo)致血管分支和走向異常。Netrin-1 通過DCC 受體依賴的ERK1/2-一氧化氮合酶，提高受損中動脈內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮含量，增加局部血氧供應(yīng)，直接誘導(dǎo)血管生成[30］。

Netrin-1的濃度對血管新生具有雙重調(diào)控作用：低濃度時(shí)，Netrin-1 與CD146結(jié)合，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞激活，血管內(nèi)皮生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)能力增強(qiáng)，促進(jìn)血管新生[14]；高濃度時(shí)，Netrin-1 與UNC5B結(jié)合，抵消CD146對血管生成的促進(jìn)作用[31]。因此，Netrin-1的濃度選擇對腦梗死后血流灌注的恢復(fù)至關(guān)重要。

2.4 促進(jìn)軸突再生

相對于神經(jīng)元的存活，有效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建對損傷區(qū)域結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)更為重要。Netrin-1 通過結(jié)合其受體，激活下游信號通路，影響細(xì)胞黏附，促進(jìn)細(xì)胞骨架重排，實(shí)現(xiàn)突觸的再生與修復(fù)[5］。

軸突重塑和再生涉及一系列相關(guān)蛋白的表達(dá)與分布，包括突觸素(synaptophysin,SYP)、突觸后密度蛋白-95 (postsynaptic density-95,PSD-95)和生長相關(guān)蛋白-43 (growth associated protein,GAP-43)等。Netrin-1 過表達(dá)可上調(diào)缺血周邊區(qū)SYP 和CAP-43 表達(dá)水平，促進(jìn)軸突重塑和再生，改善神經(jīng)功能[32］。Netrin-1 與DCC 結(jié)合，激活MCAO 大鼠缺血半暗帶JNK1/c-Jun通路，增加缺血周圍區(qū)SYP 和PSD-95 表達(dá)水平，促進(jìn)軸突的形成與再生，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)[5］。

Netrin-1 通過與受體結(jié)合，激活下游分子開關(guān)，發(fā)揮其功能和作用[33］。Ras3 肉毒素底物1(Ras-related C3 botulinum toxin substrate,Rac1)和細(xì)胞分裂周期蛋白42 (cell division cycle 42,Cdc42)被認(rèn)為是神經(jīng)元細(xì)胞膜表面受體介導(dǎo)的細(xì)胞骨架信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的分子開關(guān)，具有調(diào)節(jié)導(dǎo)向神經(jīng)細(xì)胞遷移和軸突生長方向的功能[34］。Netrin-1通過與DCC結(jié)合，激活Cdc42 和Rac1，促進(jìn)神經(jīng)損傷后軸突再生，改善神經(jīng)再生微環(huán)境，延緩疾病進(jìn)展，改善疾病預(yù)后[35-36]。

3 Netrin-1的臨床研究

目前尚缺乏足夠的臨床研究證實(shí)Netrin-1 在腦梗死治療中的作用。

Netrin-1 在控制巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)和平滑肌細(xì)胞激活中發(fā)揮重要作用，可延緩動脈粥樣硬化進(jìn)展和不穩(wěn)定斑塊形成[37］。Ivelik 等[38］測量131 例腦卒中患者6 個(gè)月后血清Netrin-1 水平，發(fā)現(xiàn)Netrin-1 與卒中類型(缺血或出血)無明顯相關(guān)性，但在腦卒中后神經(jīng)功能的恢復(fù)中發(fā)揮巨大作用。中國的一項(xiàng)研究對3346例急性缺血性腦卒中患者隨訪3 個(gè)月[39］，發(fā)現(xiàn)Netrin-1 表達(dá)升高與缺血性腦卒中預(yù)后的改善相關(guān)，可能成為缺血性腦卒中的潛在預(yù)后生物標(biāo)志物，為臨床治療提供指導(dǎo)。但在一項(xiàng)糖尿病腎病并發(fā)無癥狀性腦梗死患者的研究中[40］，Netrin-1 被認(rèn)為是導(dǎo)致腦梗死的危險(xiǎn)因素之一，可能與視黃醇結(jié)合蛋白(retinol binding protein,RBP)/脂蛋白相關(guān)的磷脂酶A2(lipoprotein-associated phospholipase A2,LP-plA2)/Netrin-1信號通路的激活有關(guān)。

由于目前臨床研究不充分，Netrin-1 在臨床中的應(yīng)用具有一定爭議，有待今后進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)

Netrin-1 在腦梗死后抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和炎癥，促進(jìn)血管新生和軸突修復(fù)與再生等方面發(fā)揮重要作用。但目前關(guān)于Netrin-1在腦梗死方面的臨床研究相對匱乏；Netrin-1所介導(dǎo)的何種信號途徑是促進(jìn)腦梗死損傷修復(fù)的最佳途徑尚不明確；電針能促進(jìn)Netrin-1 表達(dá)，發(fā)揮保護(hù)和修復(fù)作用[41]，但最佳的電針參數(shù)尚無明確的定論。有待今后進(jìn)一步深入研究。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。