“再复杂的世界后面，都被极其简单的规则支配着。由衰老导致的年龄依赖型慢性病——阿尔茨海默病和帕金森病也不例外。”
过去10年间，中科院深圳理工大学生命健康学院教授叶克强实验室，一直专注于剖析C/EBP/AEP通路、在神经退行性疾病尤其是阿尔茨海默病和帕金森病发病机制中的病理作用、以及药物治疗。
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叶克强（来源：叶克强）
近日，该团队发现天冬酰胺内肽酶剪切UNC5C，会促进多巴胺能神经元的变性，进而引发帕金森病。
1月12日，相关论文以《活性AEP对UNC5C受体蛋白水解切割促进帕金森病中的多巴胺能神经元变性》（UNC5CReceptorProteolyticCleavagebyActiveAEPPromotesDopaminergicNeuronalDegenerationinParkinsonsDisease）为题，发表在AdvancedScience上[1]。
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相关论文（来源：AdvancedScience）
C/EBPβ/AEP信号通路，在早期就已介导帕金森病的发生
帕金森病（PD，Parkinson’sdisease）是第二大常见神经疾病。其发病率和年龄增长成正比。它也是一种渐进式神经系统疾病，通常会影响运动能力，病理症状包括慢性运动、震颤、僵硬以及后续的姿势不稳定性。
这种病的病理特征在于：多巴胺能黑质纹状体通路出现进行性变性，以及存在残余多巴胺能神经元中路易小体（Lewybody）。
据悉，“路易小体是以帕金森病为代表的路易体病患者脑内的特征性标志物，显微镜下为圆形粉红色均质状结构”。它是一种细胞内突触前蛋白，主要成分是聚集和高度磷酸化的α-synuclein(-Syn)。
最近，叶克强和团队发现，C/EBPβ可作为α-突触核蛋白（α-synuclein,α-syn）和B型单胺氧化酶（MAO-B）的年龄依赖性转录因子。
（来源：AdvancedScience）
其中，α-突触核蛋白（α-synuclein,α-syn）“是一种在中枢神经系统突触前以及核周表达的可溶性蛋白质，它与帕金森病的发病机制和相关功能障碍密切相关，是路易小体的主要成分”；B型单胺氧化酶（MAO-B）则是抗帕金森病的“明星成分”，具有保护神经和改善病症的功能。
在该研究中，通过上调这两个关键因子，以及增强δ-分泌酶活性来切割α-突触核蛋白、并促进其神经*性，从而引发帕金森病病理过程[2]。
此外，叶克强指出，慢性便秘是帕金森病最显著的前驱症状之一，而富含聚集性α-突触核蛋白的路易小体，可从肠道传播到大脑，被认为在帕金森病发病机制中发挥了关键作用。
最近，该团队发现脑源性神经营养因子（brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF）和分泌性层粘连蛋白家族营养因子Netrin-1既能促进神经元存活，又能调节肠道功能。
（来源：AdvancedScience）
同时，他们还发现帕金森病患者大脑和肠道中的脑源性神经营养因子和Netrin-1均出现明显下降，在肠道中条件性地敲除这些营养因子，会引起多巴胺能神经元缺失、便秘和运动功能障碍。
有趣的是，炎症和氧化应激诱导的转录因子C/EBPβ，可作为脑源性神经营养因子和Netrin-1的强有力抑制因子，譬如可以减少营养因子的表达。
并且，C/EBPβ表达水平与帕金森病患者的脑源性神经营养因子、以及Netrin-1呈负相关。
此次研究结果显示，肠道炎症会诱导C/EBPβ激活，进而导致脑源性神经营养因子、以及Netrin-1的减少，并引发帕金森病非运动和运动症状。
同时，该工作也证明了C/EBPβ/AEP（d-secretase）信号通路在早期就已经介导了帕金森病的发生[3]。
（来源：AdvancedScience）
轴突生长诱向因子、及其受体Unc5（Uncoordinated-5）和DCC基因，可以调节轴突引导和细胞迁移。通过UNC5受体的排斥，DCC会吸引Netrin源，进而去调节神经细胞在发育过程中神经网络的形成。
其中，Netrin-1具有抗炎和抗凋亡作用，在神经形成和神经结构形态的形成过程中，发挥着关键作用。
而DCC与UNC5B属于依赖性受体，是一种功能性受体家族，在配体供应不足的情况下，可被剪切并引发细胞死亡。因此，这些受体会根据细胞环境表现出双重信号。
通常，当未与配体结合时，依赖性受体通过蛋白裂解酶Caspases进行裂解，进而激活细胞死亡。而与配体结合时，会诱导一种“阳性”信号，确保细胞存活。
此前，叶克强团队曾发表过Netrin-1通过受体来调节神经元生存的分子机制[4]。尽管对Netrin-1在中枢神经系统发育过程中的作用，人们已展开过广泛研究，但对它在成年期的作用知之甚少。
（来源：AdvancedScience）
事实上，在成人中枢神经系统、特别是在黑质中，Netrin-1和DCC会继续表达。这，Netrin-1和DCC会继续表达。参与运动控制的中脑结构由两部分组成：紧凑旁（SNpc）和网状旁（SNpr）。
前者主要由多巴胺神经元组成，后者由γ-氨基丁酸（GABA，Gamma-aminobutyricacid）能神经元组成。而Netrin-1受体在SNpc的多巴胺神经元中高度表达。
在该工作中，叶克强等人发现在成年小鼠黑质中敲除Netrin-1，可以诱导DCC裂解，同时导致多巴胺神经元显著损失，进而引起运动缺陷。
由于成年多巴胺神经元丧失和运动障碍，是帕金森病的主要特征。为此，该团队研究了Netrin-1在不同帕金森病动物模型中的潜在影响。
结果证明在帕金森病的小鼠和大鼠模型中，Netrin-1的过表达、或脑内注射重组Netrin-1蛋白质，都具有神经保护和神经恢复作用。
（来源：AdvancedScience）
期间，在帕金森病患者的大脑样本中，他们观察到Netrin-1水平显著降低。这揭示了Netrin-1在成人多巴胺神经元中的关键作用，以及靶向Netrin-1信号通路在帕金森病中的治疗潜力。
另据悉，在该研究中，叶克强团队报道了UNC5C受体在帕金森病中被人工内分泌胰腺（AEP，artificialendocrinepancreas）切割，并促进多巴胺能神经元的丢失。
其中，UNC5C受体在—SNCA转基因小鼠中，被逐步激活的AEP，以年龄依赖性的方式在大脑中剪切截断。
此外在帕金森病患者的大脑中，UNC5C被AEP剪切、与Netrin-1水平的逐步降低呈负相关。该研究还表明，Netrin-1的减少促进了AEP激活、以及对UNC5C受体的剪切。
在原代培养中，剥夺Netrin-1即可同时诱导AEP和Caspase-3激活，进而触发UNC5C蛋白剪切、并增强神经元损失。
有意思的是，AEP和Caspase-3可相互剪切并激活对方，抑制一方即可减少另一方的活性。而通过阻断AEP对UNC5C的切割，可减轻Netrin-1剥夺引起的Netrin-1flox/flox小鼠神经元死亡和运动障碍。
（来源：AdvancedScience）
另一方面，AEP截断的UNC5C细胞内片段的过度表达，会强烈引起-Syn聚集、以及多巴胺能的丧失，还会导致-SNCA转基因小鼠的运动缺陷。
由此来看，此次研究结果也表明，衰老过程中Netrin-1的减少，会引起AEP激活、以及UNC5C的剪切，是帕金森病发病的其中一个分子机制。
具体来说，他们发现Netrin-1在老年帕金森病小鼠模型和帕金森病患者的大脑中减少，会导致AEP的激活，随后会在N和N残基处切割UNC5C受体，从而增强神经元细胞死亡。
因此，抑制AEP去剪切UNC5C，即可减轻Netrin-1缺乏所引起的多巴胺能神经元丢失。
从原理上来说，这与减少-Syn聚集病理学有关。AEP截短的UNC5C片段，在-SNCA转基因小鼠的SNpc中的过度表达，会加剧多巴胺能损失和-Syn聚集，从而增加运动功能障碍。
因此，同一信号通路在两种不同的神经退行性疾病中，通过剪切同一种底物UNC5C受体，就能抑制Netrin-1促进细胞生存的正信号，借此促进依赖性受体剪切后加速神经死亡的负信号，从而加速了帕金森病的病理改变。
阿尔茨海默病和帕金森病的发病原理：系同一种分子机制出问题
在AdvancedScience上发表了关于帕金森病的论文之前，该团队曾于年在ScienceAdvances发表过姊妹篇论文。
阿尔茨海默病（AD，Alzheimerdisease）是第一大类神经退行性疾病。它是一种复杂的渐进加重的疾病，以逐渐记忆丧失和性格改变为特征，并伴有脑结构异常。
这种病的突出病理特征包括两点：一是细胞外老年斑，主要由淀粉样蛋白（Aβ42）形成；二是神经元内神经纤维缠结，主要包括过度磷酸化和截断的Tau蛋白（含量最高的微管相关蛋白）。
这些病理变化，与进行性神经元丢失、以及慢性神经炎症有关。越来越多的证据都在支持Netrin-1参与阿尔茨海默病的病理过程。
例如，Netrin-1可改善Aβ介导的记忆、以及突触可塑性的抑制。此外，在Aβ42诱导的阿尔茨海默病大鼠模型中，Netrin-1表达也出现减少。
值得注意的是，Netrin-1可结合淀粉样前体蛋白（amyloidprecursorprotein，APP）并调节其信号转导，触发淀粉样前体蛋白胞内的结构域依赖性基因的转录。
这种相互作用抑制了阿尔茨海默病小鼠模型脑切片中Aβ肽的产生。此外，Netrin-1脑部给药还可改善阿尔茨海默病的病理。
详细来说，当存在Netrin-1时，淀粉样前体蛋白可直接和DCC受体相互作用，并增强Netrin-1介导的DCC细胞内信号，如丝裂原活化蛋白激酶的激活。
由于小鼠体内淀粉样前体蛋白的失活，与小脑轴突生长的减少有关。因此在功能上，淀粉样前体蛋白可作为DCC的核心受体来介导轴突引导。
最近，科学家在淀粉样前体蛋白、表达在骨髓细胞上的触发受体、以及UNC5C中，发现了几个影响阿尔茨海默病风险的罕见遗传变异。
在两个富含迟发性阿尔茨海默病的家族中，UNC5C里面有一种罕见的编码突变TM。TM改变了UNC5C铰链区域的一个保守残基，这种突变导致包括神经元在内的细胞，出现了死亡增加的情况。
而TM-UNC5C诱导的神经元细胞死亡，是由细胞内死亡信号级联介导的。另外，Netrin-1与淀粉样前体蛋白结合，可以部分地抑制后者所诱导的死亡信号级联。
在成人神经系统中的海马区，UNC5C有着丰富的表达，前期研究表明UNC5CTM的变异，可通过增加神经元细胞死亡的易感性，来增加阿尔茨海默病的风险，特别是在阿尔茨海默病大脑的脆弱区域。
另外，脑结构也与阿尔茨海默病患者的UNC5C多态性有关。而UNC5C的基因变异，又会影响这种病的神经影像学，且和脑淀粉样血管病变相关，这表明该受体确实和该病病理有关。
基于C/EBPβ/AEP的信号通路，是阿尔茨海默病发生发展的决定性因素这一理论，叶克强团队预判：AEP应该会剪切UNC5C受体，并加速阿尔茨海默病的发生。
正如他们所预期的那样，实验结果显示：作为d-分泌酶，AEP选择性地裂解了UNC5C，但却没有降解其它Netrin-1受体。
他们还发现，Netrin-1在阿尔茨海默病脑中的减少，引发了d-分泌酶的激活，该酶随后在N和N残基上切割了UNC5C受体，从而增强了Caspase-3的活性和神经元的凋亡。
而在淀粉样前体蛋白/PS1小鼠海马中，过表达d-分泌酶截短的UNC5C片段，会加速阿尔茨海默病病理和认知缺陷。但是，敲除UNC5C、或者阻断UNC5C被d-分泌酶裂解的过程，会减轻Netrin-1缺乏引起的阿尔茨海默病病症以及学习记忆障碍。
因此，d-secretase选择性地切割UNC5C受体、并介导它在阿尔茨海默病发病机制中的病理作用[5]。
选择性抑制d-secretase，有望极大减缓疾病进程
综合上述研究表明，AEP在神经退行性疾病中是一个很好的靶点。
虽然在临床上，阿尔茨海默病和帕金森病的病症表现非常不同，一个是记忆出问题，一个是运动出问题。但它们是同一种分子机制，在不同神经元中的侧重点有所不同的退行性疾病。
在这两种疾病的发生发展过程中，早期的“证”在某些阶段是一样的。因此，按照“辨证论治”理论，它们可以异病同治。
比如，在血液和脑脊液中剪切的APPN、TauN和a-SynucleinN蛋白质片段，都是用于阿尔茨海默病和帕金森病早期筛查的生物标志物。
只有精准的早期诊断分子水平上已经发病、但是暂时还没有恶化到有临床症状“病人”，才有可能最终战胜这些不可逆的退行性疾病。
另外，在这两类疾病的中早期患者中，选择性地抑制d-secretase有望极大减缓疾病进程，从而达到推迟疾病发生、减轻社会成本和医疗负担的目标。
再复杂的世界后面，都有着极其简单的规则
对于上述两个工作的研究过程，叶克强表示：“文章的一作陈贵勤博士，是长期从事帕金森病临床研究的神经内科大夫。她吃苦耐劳、兢兢业业、毫无怨言。当我看到GWAS（genome-wideassociationstudies）全基因组关联研究显示，UNC5CTM变异会在人群中引起晚发型阿尔茨海默病，我立马基于C/EBPb/AEP信号通路是神经退行性疾病的核心原因和主要矛盾的哲学思想，联想到它应该是AEP的酶切底物，可能即在阿尔茨海默病又在帕金森病病理机制中起重要作用。”
“当我把这一想法告诉陈博士，并希望她能验证这一假设。她便从这两种疾病的相似性、以及不同之处，着手设计并开展具体实验，不辞辛劳做了大量实验，以便在各种疾病模型中分别验证这一假设。最终这两篇姊妹文章，都得以在高水平杂志发表。”叶克强继续说道。
前前后后，陈贵勤累计构建了数十种质粒载体，涉及到各种反应条件的探索与确立。对于一位临床医生来说，这些分子生物学技术层面的问题，都是需要逐一移除的屏障。开始她哭过鼻子，不过每次都是知难而进、越挫越勇。
而该团队的大量研究表明，C/EBPb/AEP信号通路是这类年龄依赖性疾病的核心原因和主要矛盾。牢牢地把握这一主要矛盾，即可揭示各种风险因子通过激活这一通路导致发病的过程。
从而让人类得以理解不同外因、是如何通过影响内因，来实现量变到质变的转化，进而引起疾病的发生发展。
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叶克强（来源：叶克强）
叶克强说：“这一理论是我实验室基于十多年的研究成果总结提出的，它是挑战神经退行性疾病领域传统假设的全新理论。没有理论指导的实践是盲目的实践！”
最后，他表示：“我们正在把这一哲学思想扩展到各种年龄依赖性的疾病慢性疾病，比如糖尿病、粥样动脉硬化、癌症和衰老等。如果这一假设正确，那么就可外推到衰老引起的年龄依赖型慢性疾病。目前，我在深圳理工大学的新实验室，正在全面展开验证这一假设。”
-End-
参考：1、Chen,G.,Ahn,E.H.,Kang,S.S.,Xia,Y.,Liu,X.,Zhang,Z.,Ye,K.().UNC5CReceptorProteolyticCleavagebyActiveAEPPromotesDopaminergicNeuronalDegenerationinParkinsonsDisease.ADVSCI,2396.2、Wuetal.，,Mol.Psych.26:-3、Ahnetal.，,Prog.Neurobiol.4、Tangetal，,NatCellBiol.5、Chenetal.，,Sci.Adv.