Agrin是一种最初在电鳐（Torpedo californica）电器官基底膜中被发现的大型、进化保守的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）。其分子结构复杂，包含N端信号肽、两个硫酸乙酰肝素糖胺聚糖（HS-GAG）侧链附着位点、多个卵泡抑制素样结构域、层粘连蛋白G样结构域和表皮生长因子（EGF）样重复序列。Agrin通过C端区域的两个关键选择性剪接位点（“y”和“z”）产生多种功能异构体，其中z位点剪接是决定其功能特异性的主要因素。根据细胞来源和剪接异构体变异，Agrin被广泛分为两类：神经Agrin和非神经Agrin。神经Agrin由神经元合成和分泌，其特点是z位点包含8、11或19个氨基酸插入（如Agrin-Z8），具有高生物活性，诱导乙酰胆碱受体（AChR）聚集的效能比非神经Agrin高1000倍以上。非神经Agrin主要由肌细胞等非神经元细胞产生，通常缺乏z位点插入（Z0异构体），主要作为基底膜的结构成分参与细胞粘附，仅具有微弱的AChR聚集活性。
2. Agrin的生物学功能与作用机制
Agrin在突触形成中的核心功能经典地概括为“Agrin假说”。该范式源于对神经肌肉接头（NMJ）发育的开创性研究，认为运动神经元主要通过在其末端靶向释放和发挥神经Agrin的作用来协调成熟突触后结构的组装。在NMJ处，分泌型神经Agrin是主要活性形式。它通过其硫酸乙酰肝素（HS）链锚定在基底膜上，并激活Agrin–LRP4–MuSK信号轴：Agrin以高亲和力与肌细胞表面的LRP4结合，诱导其构象变化并招募受体酪氨酸激酶MuSK；激活的MuSK发生自身磷酸化并招募细胞内衔接蛋白Dok-7，形成正反馈环路。该级联反应最终通过Rapsyn募集、聚集和锚定AChR， culminating in the maturation of the postsynaptic apparatus。
然而，Agrin的功能范围远超出其在NMJ的经典作用。这种多效性源于Agrin与多种替代性细胞表面受体结合的能力。除了与LRP4高亲和力结合外，Agrin的HS链介导与α-肌营养不良蛋白聚糖（α-DG，由DAG1编码）的关键相互作用，α-肌营养不良蛋白糖蛋白复合物的核心成分。这种相互作用对于稳定基底膜和转导多种组织（包括骨骼肌、软骨和肾小球）中的机械信号至关重要。Agrin还与特定的整合素相互作用，促进牢固的细胞-基质粘附并激活细胞内信号级联，如FAK/ERK/AKT1轴。此外，Agrin通过其HS侧链作为共受体，隔离和呈现生长因子（如血管内皮生长因子（VEGF）和成纤维细胞生长因子2（FGF2）），从而在血管和神经组织中空间 temporally 调节其生物利用度和信号效力。
3. Agrin在年龄相关疾病中的作用
3.1. 阿尔茨海默病（AD）
AD是一种神经退行性疾病，其特征是细胞外由Aβ沉积形成的老年斑（SPs）和由过度磷酸化tau蛋白聚集组成的神经原纤维缠结（NFTs）。Agrin作为一种与基底膜和ECM相关的必需HSPG，由于其已确立的在NMJ形成、BBB维持和细胞信号传导中的作用，已成为AD研究的新焦点。
• Agrin促进AD中Aβ沉积和斑块形成： Agrin的HS链可以高亲和力地与Aβ肽结合，特别是其疏水核心区域。Agrin显著加速Aβ从可溶性单体向不溶性β-折叠 rich 纤维的转化。此外，Agrin分子含有多个蛋白酶抑制剂结构域，结合Aβ原纤维后，可能通过空间位阻或直接抑制脑内Aβ降解酶来延迟Aβ原纤维的清除。在AD患者大脑的皮质SPs中几乎普遍存在Agrin，与致病性更强的致密核心和纤维斑块有明显的共定位。值得注意的是，Aβ处理可显著上调人脑周细胞中Agrin的mRNA和蛋白表达水平，表明Aβ在转录和翻译水平上促进Agrin合成，形成病理正反馈环路。
• Agrin破坏AD中BBB的完整性： Agrin是血管基底膜（VBM）中关键的HSPG，对维持BBB的结构和功能完整性起着基础性作用。在AD病理状态下，Agrin的表达、分布和代谢发生显著病理改变。携带APOE ε4纯合子等位基因（AD的主要遗传风险因素）的患者前额皮质中Agrin染色的毛细血管基底膜面积显著减少。更重要的是，最近的研究表明，AD中脑微血管Agrin的异常上调通过诱导周细胞铁死亡导致BBB破坏。具体分子途径包括：异常积累的Agrin引发周细胞强烈的氧化应激，导致活性氧（ROS）水平显著增加；同时，它促进细胞内二价铁（Fe2+ ）的异常积累，并下调负责铁储存的铁蛋白重链1（FTH1）。最关键的是，Agrin显著降低谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的蛋白表达水平。GPX4的失活和下调破坏了这一核心细胞防御，使细胞无法有效清除脂质过氧化物。这些过氧化物在Fe2+ 催化下，最终导致脂质过氧化物的链式积累和周细胞膜系统崩溃——即铁死亡的发生。
• Agrin在AD中的其他相关机制： Agrin还通过调节神经炎症和突触功能等机制深入参与AD的复杂病理网络。在神经炎症方面，Agrin可能与补体因子H共定位于Aβ斑块内，形成“Agrin–Factor H–CR3”信号轴，驱动小胶质细胞介导的神经炎症。在突触功能方面，Agrin–LRP4–MuSK通路在海马体和皮质神经元中表达，有助于受体聚集和维持突触完整性。在早期AD中，生理水平的Agrin可能通过维持突触结构和功能发挥神经保护作用。然而，在AD病理条件下，Agrin代谢紊乱（例如，由于神经胰蛋白酶活性受损导致长Agrin异构体积累）会损害Agrin/LRP4信号通路的完整性，干扰突触可塑性，表现为长时程增强（LTP）受损，最终导致认知缺陷。
3.2. 心血管与脑血管疾病
• 缺血性脑卒中（IS）： 在急性IS模型中，Agrin的表达表现出显著的时空变化。研究表明，Agrin转录本水平在永久性大脑中动脉闭塞后24小时的大鼠梗死周围皮质显著降低。在机制层面，脑缺血/再灌注损伤激活基质金属蛋白酶-3（MMP-3），特异性切割神经元膜上Agrin的胞外段，导致其全长形式（~220 kDa）丢失并产生可溶性C末端片段（~135 kDa）。这一过程破坏了膜结合Agrin在突触部位的稳定锚定，损害其对突触后受体的支持功能，从而诱导早期突触传递缺陷。Agrin在BBB结构和功能的调节中也起着关键作用。在大鼠全脑缺血-再灌注模型中，脑微血管中Agrin的mRNA和蛋白表达随时间推移逐渐下降，在再灌注后24小时达到最低点，这与该阶段BBB通透性的继发性增加相吻合。外源性Agrin在脑缺血/再灌注损伤中表现出多靶点神经保护作用，包括上调紧密连接蛋白（如ZO-1和VE-cadherin）以巩固BBB结构完整性，抑制促炎细胞浸润和促炎因子释放以遏制神经炎症反应，以及通过抑制caspase-3激活减少神经元凋亡。
• 心肌梗死（MI）： 研究表明，外源性Agrin与心肌细胞膜上的Dag1结合，诱导肌营养不良蛋白-糖蛋白复合物部分结构解离，导致转录共激活因子Yes相关蛋白（YAP）释放并随后核转位，与TEAD等转录因子结合启动促增殖基因表达。同时，Agrin–Dag1相互作用瞬时激活ERK信号通路。YAP和ERK的协同作用构成了Agrin诱导心肌细胞再增殖的核心机制。此外，内源性Agrin在心外膜区域表现出动态的时间表达：在急性损伤期（MI后第1天）显著下调，在修复期（第3-7天）逐渐上调，到第14天再次下降，表明其作为内源性修复程序的关键启动子的作用。Agrin通过与心外膜细胞膜受体α-DAG结合，激活YAP信号通路，驱动心外膜细胞激活和增殖，增强其迁移能力，并在MI早期通过下调Bax和p53、上调Bcl-2抑制凋亡，从而协同促进心脏修复。
3.3. 骨关节炎（OA）
在正常关节软骨中，Agrin在软骨基质和软骨细胞表面特异性表达和广泛分布。在生理条件下，Agrin必须同时与LRP4和α-DG结合形成独特的受体复合物，从而激活下游信号通路上调SOX9表达，最终在软骨中发挥软骨保护和合成代谢功能。在OA病理条件下，Agrin表达呈现动态变化：疾病早期，Agrin在浅层软骨细胞中表达短暂上调，可能是一种补偿性保护反应，以增强基质合成对抗初始损伤；随着OA进展到中晚期，Agrin表达显著下降，且这种下调程度与基质丢失和软骨细胞肥大呈显著正相关。在软骨损伤修复中，Agrin也表现出早期反应特征。在人和小鼠软骨损伤模型中，Agrin在转录和蛋白水平均显著增加。Agrin通过与LRP4相互作用，启动双重信号调节机制：一方面抑制促OA的WNT/β-连环蛋白通路，另一方面激活非经典钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）/CREB信号通路，从而促进生长分化因子5（GDF5）的表达。这一系列事件特异性招募并激活关节腔内的GDF5谱系祖细胞，引导其归巢至损伤部位。在Agrin营造的促软骨形成微环境中，这些祖细胞分化为功能成熟的II型胶原阳性软骨细胞，最终实现稳定修复，同时避免终末肥厚和异常血管侵入。
3.4. 2型糖尿病（T2D）
研究表明，反映Agrin降解的C末端片段（CAF），特别是CAF22，在糖尿病患者血清中浓度显著升高，与血糖水平和年龄呈正相关，与肌肉质量和功能呈负相关，提示其作为糖尿病相关神经肌肉障碍和肌肉减少症的潜在生物标志物。在肾脏组织中，Agrin是肾小球基底膜（GBM）的关键结构成分，主要由足细胞合成，有助于维持滤过屏障的电荷选择性。在糖尿病肾病（DN）过程中，Agrin表达呈现动态变化：在早期DN和链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠模型中，肾小球Agrin表达呈现先升高后降低的趋势。随着疾病进展，由于足细胞丢失和蛋白酶（如乙酰肝素酶-1）激活，Agrin被降解。其C末端片段CAF22在血清和尿液中积累，与尿白蛋白/肌酐比值和肾小球硬化指数呈正相关，表明其作为DN进展的潜在生物标志物。在分子水平上，Agrin通过其HS链与GBM内的层粘连蛋白α5β2γ1复合物结合，共同形成电荷屏障，有效防止白蛋白漏出。在持续高血糖条件下，乙酰肝素酶-1对HS链的切割和晚期糖基化终末产物（AGEs）诱导的Agrin降解共同导致GBM电荷屏障破坏和蛋白尿形成。此外，在糖尿病皮肤伤口愈合中，Agrin-MMP12-YAP/TAZ信号轴起核心调节作用。该通路通过调节角质形成细胞迁移、机械感应和血管生成促进愈合；在糖尿病条件下，该通路功能失调，而外源性补充可溶性Agrin可以恢复其功能并加速伤口闭合。
4. 治疗策略
针对Agrin通路的治疗策略正在多个层面被积极探索。这些包括调节其表达和选择性剪接、干扰其蛋白水解加工、阻断其与病理蛋白（如Aβ）的相互作用，以及利用其再生潜力进行组织修复。例如，新型化合物OAB-14通过Agrin-SNTA1-ABCA1-AQP4轴增强类淋巴系统功能，发挥抗AD作用。铁死亡抑制剂Ferrostatin-1可逆转Agrin诱导的周细胞铁死亡和BBB破坏。岩藻糖基化硫酸软骨素（FCS）通过抑制乙酰肝素酶-1和TGF-β恢复Agrin表达和功能，改善DN中的肾小球滤过屏障损伤。在MI模型中，单次冠状动脉内递送重组人Agrin可上调保护性热休克蛋白60（HSP60）表达，发挥抗凋亡作用，并减少梗死区巨噬细胞浸润。维生素B12通过Cubam受体通路激活Agrin信号，间接促进突触处AChR聚集。唑尼沙胺（ZNS）通过Nrg1/ErbB信号通路增强Agrin依赖性AChR聚集。益生菌制剂米雅（Miya）通过肠道菌群-NMJ-肌肉轴上调Agrin，改善OA进展。运动训练通过Agrin-CREB-BDNF通路上调Agrin表达，促进突触发生，改善卒中后神经功能恢复。低温治疗通过抑制MMP和纤溶酶原激活物（PA）活性减少Agrin降解，保护其表达和功能。CO2激光灸通过激活TRPV1通道诱导神经元-胶质细胞相互作用，下调Agrin水平，缓解OA相关神经病理性疼痛。
5. 结论与展望
Agrin作为一个连接基本衰老机制与多种疾病的关键节点分子，其多效性功能和背景依赖性角色为理解年龄相关疾病的发病机制和开发干预策略提供了新的视角。未来的研究需要深入探索Agrin在不同衰老相关疾病间的“交叉调控”机制、其功能转换的分子开关、以及其在衰老微环境中的调控网络。通过多组学整合分析、靶向递送系统的开发以及临床转化路径的优化，Agrin靶向治疗策略有望在延缓衰老及干预相关疾病方面取得突破。
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