NRR：武汉大学人民医院张兆辉团队回顾了Netrin-1信号通路在神经退行性病变中的作用机制
撰文：朱柯东，王华龙，叶克强，陈贵勤，张兆辉
Netrin-1在神经元发育过程中诱导轴突生长和神经元迁移，是胚胎发育的关键组成部分。近期研究发现，Netrin-1在老年人大脑中仍持续表达，并且其减少对阿尔茨海默病和帕金森病发病机制有着重要影响[1, 2]。然而不可忽略的是，Netrin-1表达在大部分癌细胞中上调，且Netrin-1抗体有望成为一种治疗癌症的有效方法[3-5]。Netrin-1这种复杂的多重效应与其受体密切相关。Netrin-1受体可参与细胞凋亡的调控，具有促凋亡和抗凋亡的双重作用。当它们与Netrin-1结合时，通常在神经系统中发挥着正向的作用，例如促进轴突引导和神经元存活。但当Netrin-1表达减少或者功能缺失时，这些受体便会诱导细胞凋亡或死亡。补充Netrin-1或者拮抗Netrin-1受体，是否能够成为治疗神经退行性病变的新靶点，需要进行更多的临床研究。
来自中国武汉大学人民医院张兆辉团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“Netrin-1 signaling pathway mechanisms in neurodegenerative diseases”的综述。该综述表明，Netrin-1水平降低加剧阿尔茨海默病和帕金森病动物模型中的病理进展，且其类似变化可能也发生在人类中。Netrin-1受体的遗传突变增加了对神经退行性疾病的易感性。以Netrin-1及其受体为靶点的治疗方法在增强记忆和运动功能方面取得了积极的成果。此外，Netrin-1在多种癌症中展现出与神经疾病中相反的作用。提示Netrin-1及其受体在神经退行性疾病和癌症领域是十分重要的治疗靶点，保证Netrin-1及其受体之间的平衡对我们的健康十分重要。
阿尔茨海默病特征性的病理特点之一是淀粉样β肽（amyloid-beta，Aβ）沉积构成的细胞外老年斑。目前已在动物模型与临床患者中证实，阿尔茨海默病的病理过程伴随着Netrin-1的减少。在双侧脑室内注射Aβ1−42大鼠模型中，注射Aβ1−42后7和14d时，阿尔茨海默病大鼠血清和脑脊液中Netrin-1浓度均显著下调，并这种下调在14d后更为明显。另外，使用蛋白印记和免疫荧光技术对5例阿尔茨海默病患者和5例非痴呆对照者进行尸检发现，与对照组相比，阿尔茨海默病患者大脑中Netrin-1表达水平明显降低[2]。此外，采用酶联免疫吸附试验检测20例阿尔茨海默病患者、22例轻度认知功能障碍患者和22例健康对照者中血清Netrin-1的浓度，结果显示，与对照组相比，阿尔茨海默病和轻度认知功能障碍患者血清Netrin-1水平降低，且血清Netrin-1水平与简易精神状态评价量表评分呈正相关。在敲除Netrin-1基因的小鼠中，其认知功能明显降低[2]，且Aβ水平升高。目前的研究正在揭示Netrin-1加重阿尔茨海默病病理过程的具体机制(图1)。
图1阿尔茨海默病病理过程中的Netrin-1信号通路（图源：Zhu et al., Neural Regen Res, 2025）
Netrin-1对Aβ生成和传播产生直接影响，与Aβ前体蛋白(Aβ precursor protein，APP)相互作用，可能通过保护α分泌酶和β分泌酶切割位点来防止Aβ生成｡在阿尔茨海默病模型中，Netrin-1治疗显著减少了Aβ1-40和Aβ1-42的产生。此外，Netrin-1减少了Aβ1-40诱导的Aβ传播，增加了抑制β分泌酶1（β-secretase 1，BACE1）的可溶性淀粉样前体蛋白α水平，提供了潜在的阿尔茨海默病治疗途径。
Netrin-1缺失影响突触可塑性，包括长时程增强和长时程抑制。N-甲基-D-天冬氨酸受体激活可引发Netrin-1分泌，对于多种活动依赖的突触可塑性至关重要。在兴奋性神经元中删除Netrin-1削弱了N-甲基-D-天冬氨酸受体依赖的长时程增强，在海马中这一现象则更为明显。阿尔茨海默病模型中的电生理研究表明，受损的海马突触可塑性与阿尔茨海默病密切相关。有条件删除兴奋性神经元中的Netrin-1导致海马依赖的空间记忆缺陷。此外，在大鼠中注射Aβ抑制了长时程增强诱导并损害了突触可塑性，而反复注射Netrin-1改善了Aβ诱导的认知障碍和突触可塑性缺陷。
DCC能够与APP直接相互作用，而Netrin-1的存在显著增强了这种相互作用。另外，DCC可能是一种阿尔茨海默病中潜在的BACE1切割底物，BACE1活性的增加可能导致阿尔茨海默病中全长DCC蛋白的减少，继而导致 阿尔茨海默病中观察到的神经元和血管损伤。DCC的受体加工还对于早老素1建立神经元连接的正常功能十分关键。除此之外，DCC能够调节成人大脑突触可塑性。成人前脑神经元中DCC的选择性删除导致长时程增强的丧失，以及空间和识别记忆受损。
在阿尔茨海默病患者大脑中，Netrin-1减少会激活caspase-3和δ分泌酶。活性caspase-3可在D415处切割UNC5C。δ分泌酶可在N467和N547处切割UNC5C受体，产生细胞毒性C-末端468-931和548-931片段。在Netrin-1受体中，UNC5C似乎是δ分泌酶的特定底物，而caspase-3能切割多个受体，包括DCC、UNC5C等。然而，caspase-3在D415位点的截断能够增强δ分泌酶对UNC5C的切割作用。这些截短的UNC5C片段显著加速阿尔茨海默病病理进程，导致神经元细胞死亡，并对学习和记忆造成损害[2]。
此外，不论Netrin-1是否减少，UNC5C本身的变化都对神经元存活产生影响。UNC5C基因突变已被确认为阿尔茨海默病的新危险因素。UNC5C突变p.T835M已被证明与阿尔茨海默病相关，易导致晚发性阿尔茨海默病，并增加神经元细胞死亡[6]。在针对阿尔茨海默病患者的神经影像学实验中，UNC5C基因突变可引起海马和楔前叶的萎缩。此外，UNC5C基因变异还可导致脑活动减慢，表现为脑电图上高频波段α的相对功率改变。
在细胞和动物中的研究已证明，体内补充Netrin-1能够有效改善记忆障碍，缓解阿尔茨海默病病理。在阿尔茨海默病大鼠模型中，向双侧海马微注射Netrin-1显示出显著的学习和记忆功能的改善。此外，双侧海马重复注射Netrin-1在行为任务中显著改善了阿尔茨海默病大鼠的记忆和学习能力。外源Netrin-1的应用还能剂量依赖性地改善空间记忆障碍和突触功能障碍。在阿尔茨海默病小鼠模型脑室中注射Netrin-1，也显示出同样的记忆改善效果。有证明表明Netrin-1还能够改善阿尔茨海默病伴随的广泛神经炎症。然而进一步的临床研究仍是欠缺的。
与Netrin-1相关的另一种治疗方法涉及抑制δ分泌酶活性。通过C189S突变使δ分泌酶失活可消除Netrin-1缺乏引起的阿尔茨海默病病理和认知障碍[2]。此外，Netrin-1的一种模拟肽，显示出了Netrin-1类似的一些生化效应[7]。因此，开发类似于Netrin-1结构的药物，或许能够避免Netrin-1的副作用，并增加靶向特异性。
异常的α-synuclein聚集被认为是帕金森病关键病理机制之一，并最终导致黑质纹状体多巴胺神经元的丧失，引起动作迟缓、震颤、僵硬和后期姿势不稳等症状。Netrin-1可引导纹状体基质神经元大量涌入纹状体原基，从而参与纹状体基本结构的初始形成。Netrin-1在健康成人大脑的黑质中显着表达。纹状体不同区域表达 Netrin-1的神经元数量和类型存在差异，这种区域差异可能参与成人大脑连接的维持和可塑性。
与健康对照组相比，帕金森病患者死后大脑样本中Netrin-1表达显著减少[1]。并且与年龄匹配的健康对照组相比，帕金森病患者黑质中Netrin-1表达也显著降低[8-10]。另外，帕金森病患者胃肠道中 Netrin-1减少，伴有阳性神经元丢失和路易体样包涵体形成。帕金森病患者血浆Netrin-1水平也显著降低，且与UPDRS评分呈正相关。在小鼠模型中，Netrin-1水平随着年龄逐渐降低[1]，并且Netrin-1和DCC失衡是神经退行性疾病早期黑质多巴胺能神经元损伤的共同特征。最新研究正在揭示Netrin-1及其受体在帕金森病病理中的重要作用（图2）。
图2帕金森病病理过程中的 Netrin-1信号通路（图源：Zhu et al., Neural Regen Res, 2025）
Netrin-1是维持成年人黑质中多巴胺神经元所必需的，黑质中Netrin-1的缺失诱导受体分裂和多巴胺神经元的细胞凋亡，最终会导致严重的运动损伤。缺乏Netrin-1会导致多巴胺神经元的细胞体位置混乱。在缺乏Netrin-1的情况下，纹状体和黑质的多巴胺轴突投射都发生了改变。在帕金森病小鼠模型中，肠道条件性敲除 Netrin-1不仅引起肠道多巴胺能神经元损失，还导致便秘和运动功能障碍[8]。其原因可能是Netrin-1剥夺，诱导肠道α-synuclein聚集形成，形成路易体样病变，诱发肠道便秘。并且路易体样病理随后扩散到中枢神经系统，引发脑功能障碍和运动障碍和运动症状。Netrin-1减少诱发多巴胺能神经元损伤的机制最初被认为可能与UNC5B有关。但最新的研究则表明这种机制是由于Netrin-1水平降低导致δ分泌酶和半胱天冬酶3切割UNC5C和DCC受体，从而促进多巴胺能神经元中的细胞死亡[1]。
不仅如此，Netrin-1与α-synuclein有着强烈的直接相互作用，作用位点可能位于Netrin-1与α-synuclein C末端中的第124和第135个氨基酸之间。因此Netrin-1缺失导致多巴胺能神经元损伤的另外一种机制可能是通过α-synuclein聚集和α-synuclein S129过度磷酸化激活多巴胺能神经元细胞死亡信号通路[10]。
DCC 的表达是中脑多巴胺神经元亚群发育所必需的，Netrin-1/DCC信号传导对于中脑多巴胺神经元轴突投射十分重要。另外，DCC表达水平在成熟大脑中脑多巴胺能神经元中是不一致的，在紧密黑质表达最高，在中脑腹侧被盖区和后视野表达较低。在小鼠中敲除DCC，中脑多巴胺神经元总数减少，在黑质实质区中的酪氨酸羟化酶阳性细胞数量尤其显著下降。在成年小鼠的黑质中Netrin-1的减少，会诱导DCC切割和多巴胺神经元的显着损失。更为重要的是，DCC基因多态性已被证明与帕金森病易感性有关联，DCC基因的突变可能会导致帕金森病患病的风险增加。
在帕金森病病理过程中，UNC5C发生了与阿尔茨海默病病理过程类似的变化。帕金森病 患者大脑或诱导性多能干细胞诱导的人神经元中的Netrin-减少同样触发δ分泌酶激活，并在N467和N547残基处强有力地切割UNC5C，促使增加酪氨酸羟化酶阳性多巴胺能神经元细胞死亡。这种被截断的UNC5C受体片段能够进一步增强caspase-3和δ分泌酶的激活，形成一种恶性循环，最终引起多巴胺能神经元损失和α-synuclein聚集，增加帕金森病的运动障碍[1]。
在帕金森病大鼠和小鼠模型中，过表达Netrin-1具有功能性神经恢复的作用。这种神经恢复作用可能不仅来自于对多巴胺神经元的直接促存活作用，还可能与轴突生长和再生有关。在用200ng重组Netrin-1蛋白干预SH-SY5Y细胞和原代神经元后，细胞中磷酸化 α-synuclein收到抑制，且细胞活性增加。且在多巴胺能细胞中重新引入Netrin-1诱导了酪氨酸羟化酶激活和Netrin-1表达，并减少了帕金森病相关标记蛋白的表达水平。值得一提的是，补充Netrin-1或许还能缓解帕金森病的便秘。Netrin-1不仅能够促进神经元存活，还能够调节肠道功能[8]。
与Netrin-1有关的另外一种帕金森病治疗方案是抑制δ分泌酶或者caspase-3的活性。使用caspases抑制剂阻断caspases的激活，可以阻止Netrin-1缺失诱导的DCC蛋白水解裂解和酪氨酸羟化酶水平的丧失[9]。并且由于δ分泌酶以某种方式介导了caspase-3的激活，所以抑制δ分泌酶可能会强烈阻断Netrin-1受体的蛋白水解断裂，促进多巴胺能神经元的存活[1]。
Netrin-1可以作为重要分子参与到干细胞移植疗法中。细胞移植疗法已被提出作为一种潜在的帕金森病治疗选择，目的是补充丢失的多巴胺能神经元和恢复运动功能[11]。中脑多巴胺神经元移植已广泛应用于实验室动物模型和多项临床试验。已有实验将健康的多巴胺能神经元异位移植到纹状体中，但这种技术在临床试验中被证明不太令人满意。因此将多巴胺能神经元同位移植到黑质被认为更有助于重建黑质纹状体通路。在中脑多巴胺能神经元的外植体培养中，Netrin-1蛋白显著增强了多巴胺能轴突的生长。Netrin-1还为测量培养中人胚胎干细胞多巴胺神经元的生物成熟度提供了方向。在移植过程中，Netrin-1作为引导因子在重建黑质纹状体途径的过程中发挥重要作用，与胶质细胞源性神经营养因子的联合应用可增强多巴胺能轴突的引导生长，提高行为恢复效果[12]。并且通过在移植后大鼠的胼胝体区域建立胶质细胞源性神经营养因子和Netrin-1分子梯度表达路径，成功促进了多巴胺能神经元移植物的轴突生长。
与神经系统中的有益作用不同，Netrin-1已被证明在很多癌症中作为一种原癌机制上调，这已被证明发生在结直肠癌、转移性乳腺癌、肺癌、神经母细胞瘤、淋巴瘤和黑色素瘤、子宫内膜癌等肿瘤中[3]。这一点并不矛盾，因为Netrin-1在正常组织中起到的抗凋亡作用和保护细胞作用 ，对于肿瘤组织来说反而是一种强大的助力[13]（图3）。与此同时，通常认为Netrin-1受体是一种抑癌因子，因为作为一种依赖性受体，在不结合Netrin-1的情况下，它们能够引发细胞凋亡，这种机制可以作为一种保护机制，防止肿瘤的发展[14]（图3）。
图3 Netrin-1及其受体在神经退行性疾病和癌症中的双重作用（图源：Zhu et al., Neural Regen Res, 2025）
DCC是最大的抑癌基因之一，DCC表达在超过50%的结直肠肿瘤以及多种肿瘤中显著降低，并且其缺失与大肠癌患者预后不良和对辅助化疗的反应可能降低有关。在消化系统中，DCC基因突变还与胆囊癌、食管癌、胃癌风险有关。DCC还能够限制播散性肿瘤细胞的存。Netrin-1/DCC 比率失调则可能导致淋巴瘤发生。与此同时，最新基因组数据表明，DCC 是黑色素瘤中第三个最常见的突变基因。
UNC5C不仅在人类大肠癌中的表达下调，UNC5C突变还可能参与膀胱癌进展，且对乳腺癌细胞的生长和转移具有抑制作用。值得一提的是，UNC5C启动子区域的高甲基化能够导致其表达的丧失。并且其甲基化水平不仅与肿瘤分期密切相关，而且对监测急性淋巴性白血病的治疗效果可能具有重要的临床应用价值。最新一项研究通过对包括32种癌症和10967例患者的多组学数据进行挖掘分析，显示UNC5C在多种实体瘤中表现出明显的下调表达特征，总共在16种癌症中的表达水平低于正常组织中的表达水平，并且其低表达可作为多种肿瘤的预后评估指标。
在模拟癌症的临床前模型中，Netrin-1及其受体之间的干扰足以引发癌症细胞死亡并诱导肿瘤生长抑制[15]。例如Netrin-1敲低显著抑制胃癌细胞迁移和侵袭，在人黑色素瘤细胞系中重新表达 DCC 促进了异种移植小鼠模型中的肿瘤细胞死亡和肿瘤生长抑制。目前抗Netrin-1抗体(NP137)已经在动物模型和临床实验中，有效地发挥了抗肿瘤作用。在一项包括14例晚期子宫内膜癌患者的I期临床试验中，NP137展示出了较好的治疗效果。并且在小鼠模型中的实验也证明了这一点。NP137不仅诱导肿瘤细胞死亡，并且能够导致肿瘤上皮细胞-间充质转化特征的减少，减轻化疗的耐药性。另外，基于NP137开发的造影剂，为未来的肿瘤放射治疗提供了新的方向。Netrin-1 超声分子成像则有可能成为对 Netrin-1干扰治疗患者进行分层的辅助诊断。
综上所述，Netrin-1与DCC/UNC5C的正常表达是极其重要的。一旦Netrin-1表达减少或者DCC/UNC5C表达过多，就有可能导致神经元功能和结构的逐渐丧失，认知和运动症状随之出现。然而Netrin-1表达过多或者敲除DCC/UNC5C，则可能导致另外一个巨大风险——肿瘤进展。目前的细胞实验和动物实验支持脑内补充Netrin-1可能对于神经退行性病变存在益处。Netrin-1在阿尔茨海默病中能够通过促进神经元存活、消除Aβ斑块、改善突触功能、消除炎症等途径，来有效改善记忆障碍，并且在帕金森病中促进神经恢复和多巴胺能轴突再生。然而由于Netrin-1在多种肿瘤中的高表达，直接补充Netrin-1可能面临着较大的风险。与 Netrin-1具有相似结构的模拟肽展现出了类似Netrin-1的功能，因此具有高特异性的Netrin-1模拟肽似乎是一种可以尝试的研究方法。此外，通过抑制caspase-3或者δ分泌酶来抑制Netrin-1受体裂解，来中断或者延缓神经退行性病变的病理过程，似乎避免了肿瘤发生的风险。值得注意的是，在Netrin-1缺失引起的神经退行性病发病机制中，UNC5C似乎比DCC更为重要[1, 2]。然而，无论是通过补充Netrin-1或是抑制Netrin-1受体裂解来治疗神经退行性疾病，都需要进行更多的临床研究。此次综述涵盖的文章，大部分是Netrin-1信号通路在细胞和动物模型中的研究，在人体中的研究文章截止目前仍是稀少的。进一步的临床试验数据是必不可少的，只有通过更深入的探索，才能将这些方法转化为具有临床适用性的实际治疗手段。
原文链接：https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-23-01573
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