神经营养因子

1、神经营养因子神经营养因子neurotrophic factors(NTFs)neurotrophic factors(NTFs)湖北中医药大学湖北中医药大学韩永明韩永明All Rights ReservedAll Rights Reserved一、一、NTFsNTFs的研究历史的研究历史在未发现神经营养因子前，研究人员认为神经元不可再生。在未发现神经营养因子前，研究人员认为神经元不可再生。19341934年年HamburgerHamburger最先在鸡胚上发现靶组织对支配它的神经具有调节作用。最先在鸡胚上发现靶组织对支配它的神经具有调节作用。19481948年年BuekerBueker将小鼠肉

2、瘤将小鼠肉瘤S180S180接种到接种到3 3天鸡胚的体腔内，发现感觉和交感天鸡胚的体腔内，发现感觉和交感链增大链增大2020。19521952年年Levi-MontacinLevi-Montacin和和HamburgerHamburger重复上述实验还观察到瘤组织上有了重复上述实验还观察到瘤组织上有了密集的神经支配。由此提出密集的神经支配。由此提出S180S180瘤细胞产生了一种可扩散的、能刺激神瘤细胞产生了一种可扩散的、能刺激神经细胞生长及神经纤维延长的活性物质。经细胞生长及神经纤维延长的活性物质。1959195919601960年年Levi-MontacinLevi-Montacin分离

3、纯化出这种可促进神经生长的可溶性蛋分离纯化出这种可促进神经生长的可溶性蛋白质，并命名为神经生长因子白质，并命名为神经生长因子(nerve growth factor, NGF)(nerve growth factor, NGF)。NGFNGF的发现使人们认识到，在的发现使人们认识到，在NSNS的发生过程中，一些能促进神经元发育、的发生过程中，一些能促进神经元发育、生长和维持其活性的细胞因子发挥着重要作用。由此开辟了神经生物学生长和维持其活性的细胞因子发挥着重要作用。由此开辟了神经生物学的新领域，并使人们认识到神经元亦具有再生能力。的新领域，并使人们认识到神经元亦具有再生能力。19871987年

4、，年，LichtmanLichtman提出在神经细胞发育过程中，细胞的生存、生长、提出在神经细胞发育过程中，细胞的生存、生长、迁移、与其他细胞建立功能性联系或在神经再生过程中的轴突的再生迁移、与其他细胞建立功能性联系或在神经再生过程中的轴突的再生长等，均受到一类可溶性化学物质的诱导、调节和控制，并提出了神长等，均受到一类可溶性化学物质的诱导、调节和控制，并提出了神经营养因子经营养因子(NTFs)(NTFs)的概念。的概念。随后，随着生物新技术的发展，又发现了一系列具有神经营养作用的随后，随着生物新技术的发展，又发现了一系列具有神经营养作用的因子，如脑源性神经生长因子因子，如脑源性神经生长因子(

5、BDNF)(BDNF)、神经营养素、神经营养素-3(NT-3)-3(NT-3)、神经营、神经营养素养素-4/5(NT-4/5)-4/5(NT-4/5)、神经营养素、神经营养素-6(NT-6)-6(NT-6)、睫状神经营养因子、睫状神经营养因子(CNTF)(CNTF)、胶质源性神经营养因子胶质源性神经营养因子(GDNF)(GDNF)等。等。二、二、NTFsNTFs的概念的概念NTFsNTFs迄今尚无完整而确切的定义。迄今尚无完整而确切的定义。以往认为以往认为NTFsNTFs仅是由受神经细胞支配的靶细胞产生，特异地作用于支配神仅是由受神经细胞支配的靶细胞产生，特异地作用于支配神经元，调节其发育中正

6、常死亡过程。然而该观点无法解释在经元，调节其发育中正常死亡过程。然而该观点无法解释在NSNS发育早期发育早期支配神经元与靶细胞之间联系未建立前支配神经元与靶细胞之间联系未建立前NTFsNTFs的来源，以及神经损伤后重的来源，以及神经损伤后重建联系时建联系时NTFsNTFs的来源。的来源。随着对随着对NTFsNTFs的深入研究，现普遍认为的深入研究，现普遍认为NTFsNTFs是神经细胞发生中存活、分化的是神经细胞发生中存活、分化的依赖因子，是发育成熟神经元功能的调控因子，也是神经元受损害或病依赖因子，是发育成熟神经元功能的调控因子，也是神经元受损害或病变中保护其存活和促进其再生的必需因子，是一类

7、可溶性多肽因子。具变中保护其存活和促进其再生的必需因子，是一类可溶性多肽因子。具有以下特征：有以下特征：能够维持神经元存活，促进神经元生长，并调节神经元能够维持神经元存活，促进神经元生长，并调节神经元发育中的正常死亡过程。发育中的正常死亡过程。不仅来源于靶细胞不仅来源于靶细胞( (靶源性靶源性) )，也来源于传入，也来源于传入神经元及神经鞘细胞神经元及神经鞘细胞( (旁分泌旁分泌) )，甚至来源于支配神经元本身，甚至来源于支配神经元本身( (自分泌自分泌) )。其作用方式具有多样性和多效性，如一种神经元往往需要多种其作用方式具有多样性和多效性，如一种神经元往往需要多种NTFsNTFs，而且对而

8、且对NTFsNTFs的需求会随着发育的进展而改变；一种的需求会随着发育的进展而改变；一种NTFsNTFs又可影响多种神又可影响多种神经元。经元。不同的不同的NTFsNTFs可以结合同一受体或亚单位。可以结合同一受体或亚单位。三、三、NTFsNTFs的分类的分类名称名称分子量分子量( (10103 3) )作者作者神经营养素家族神经营养素家族 神经生长因子神经生长因子(NGF)(NGF)140140Levi-Montalcini R, Hamburger V. 1951(J Exp Zool, Levi-Montalcini R, Hamburger V. 1951(J Exp Zool, 11

9、6:321)116:321) 脑源性神经营养因子脑源性神经营养因子(BDNF)(BDNF)1212Barde YA, et al. 1982(EMBO J, 1:549)Barde YA, et al. 1982(EMBO J, 1:549) 神经营养素神经营养素-3(NT-3)-3(NT-3)13.613.6Hohn A, et al. 1990(Nature, 344:339)Hohn A, et al. 1990(Nature, 344:339) 神经营养素神经营养素-4/5(NT-4/5)-4/5(NT-4/5)1414Hallbrook F, et al. 1991(Neuron,

10、6:845)Hallbrook F, et al. 1991(Neuron, 6:845)Berkemeiner LR, et al. 1991(Neuron,7:857)Berkemeiner LR, et al. 1991(Neuron,7:857) 神经营养素神经营养素-6(NT-6)-6(NT-6)15.915.9Gotz, et al. 1994(Nature, 372:266) Gotz, et al. 1994(Nature, 372:266) 睫状神经营养因子家族睫状神经营养因子家族 睫状神经营养因子睫状神经营养因子(CNTF)(CNTF)2020Adler R, et al.

11、 1979(Science, 204:1434)Adler R, et al. 1979(Science, 204:1434)胶质源性神经营养因子家族胶质源性神经营养因子家族 胶质源性神经营养因子胶质源性神经营养因子(GDNF)(GDNF)15152020Lin LFH, et al. 1993(Science, 260:1130)Lin LFH, et al. 1993(Science, 260:1130)根据分子结构同源性大小、基因表达部位、受体类型、信号转导机制等，根据分子结构同源性大小、基因表达部位、受体类型、信号转导机制等，可将可将NTFsNTFs分为三个家族：神经营养素家族、睫状神

12、经营养因子家族和胶分为三个家族：神经营养素家族、睫状神经营养因子家族和胶质源性神经营养因子家族。质源性神经营养因子家族。各家族成员及其发现年代、发现者如下表：各家族成员及其发现年代、发现者如下表：四、四、NTsNTs家族家族NTsNTs家族成员及其分子结构家族成员及其分子结构 NTsNTs家族发现最早，也是研究最深入的一族。家族发现最早，也是研究最深入的一族。 19521952年年Leci-MontalciniLeci-Montalcini在研究鸡胚的神经发在研究鸡胚的神经发育过程中发现了神经生长因子育过程中发现了神经生长因子(NGF)(NGF)，开辟，开辟了神经营养因子这个全新研究领域。了神

13、经营养因子这个全新研究领域。 19891989年，年，Barde YABarde YA从猪脑中发现了脑源性神经从猪脑中发现了脑源性神经生长因子生长因子(BDNF)(BDNF)。19891989年年LeibrockLeibrock等分离并等分离并克隆了克隆了BDNFBDNF的的cDNAcDNA。 19901990年，年，HohnHohn发现了神经营养素发现了神经营养素-3(NT-3)-3(NT-3)。 19901990年，年，HallbrookHallbrook从非洲爪蟾发现了从非洲爪蟾发现了NT-4NT-4；BerkemeierBerkemeier从哺乳动物发现了从哺乳动物发现了NT-5NT-

14、5。二者实。二者实际上是一种神经营养因子，故合称际上是一种神经营养因子，故合称NT-4/5NT-4/5。 19941994年，年，GotzGotz从硬骨鱼发现了从硬骨鱼发现了NT-6NT-6。至今所发现的至今所发现的NTsNTs家族成员的成熟蛋白质均呈碱性，均是由相应的前体在家族成员的成熟蛋白质均呈碱性，均是由相应的前体在经典的二碱基位置裂解而成，约含有经典的二碱基位置裂解而成，约含有120120个氨基酸，其中约个氨基酸，其中约50%50%的氨基的氨基酸具有同源性，都含有酸具有同源性，都含有6 6个绝对保守的半胱氨酸残基，形成个绝对保守的半胱氨酸残基，形成3 3个二硫键。个二硫键。NTsNTs

15、家族受体及其信号转导家族受体及其信号转导 1.NTs1.NTs家族受体分类家族受体分类 NTsNTs通过与其受体结合对神经元的生长、发育、分化、存活、凋亡和通过与其受体结合对神经元的生长、发育、分化、存活、凋亡和损伤后修复进行调节。损伤后修复进行调节。 根据与根据与NTsNTs的亲和力大小，可以分为高亲和力受体和低亲和力受体。的亲和力大小，可以分为高亲和力受体和低亲和力受体。NTsNTs家族受体及其信号转导家族受体及其信号转导 2.2.高亲和力受体及其信号转导高亲和力受体及其信号转导 高亲和力受体高亲和力受体 是酪氨酸激酶原癌基因编码的酪氨酸激酶，是分子量为是酪氨酸激酶原癌基因编码的酪氨酸激酶

16、，是分子量为120120160kD160kD的单跨的单跨膜糖蛋白，称为膜糖蛋白，称为TrkTrk受体受体(Trk(Trk即原肌球蛋白受体激酶即原肌球蛋白受体激酶) )。 TrkTrk受体分为受体分为TrkA(TrkA(分子量分子量140kD)140kD)、TrkB(145kD)TrkB(145kD)、TrkC(145kD)TrkC(145kD)。 TrkATrkA主要结合主要结合NGFNGF，NT-3NT-3亦可结合；亦可结合；TrkBTrkB主要结合主要结合BDNFBDNF、NT-4/5NT-4/5，NT-3NT-3也也可结合；可结合；TrkCTrkC相对特异性结合相对特异性结合NT-3NT

17、-3。 TrkATrkA主要表达于胚胎和成年动物神经嵴来源的感觉神经元和交感神经元。主要表达于胚胎和成年动物神经嵴来源的感觉神经元和交感神经元。TrkBTrkB在神经系统中广泛表达。在神经系统中广泛表达。TrkCTrkC主要在大脑表达，集中在海马、大脑主要在大脑表达，集中在海马、大脑皮层和小脑。皮层和小脑。 TrkTrk受体家族成员有相似的结构，均由胞外一个大的糖基化的配体结合区、受体家族成员有相似的结构，均由胞外一个大的糖基化的配体结合区、跨膜区和胞内区跨膜区和胞内区( (可分为近膜区、酪氨酸激酶区、羧基尾区可分为近膜区、酪氨酸激酶区、羧基尾区) )；其中胞外；其中胞外区包括两个半胱氨酸富集

18、结构、一个亮氨酸富集结构区包括两个半胱氨酸富集结构、一个亮氨酸富集结构(LRM)(LRM)和两个免疫和两个免疫球蛋白区球蛋白区(IgG(IgG区区) )。NTsNTs的结合部位即位于第二个的结合部位即位于第二个IgGIgG区。区。高亲和力受体信号转导高亲和力受体信号转导 当当NTsNTs与其受体结合后，促进受体募集，形成多聚体，受体酪氨酸激酶即被与其受体结合后，促进受体募集，形成多聚体，受体酪氨酸激酶即被激活，催化受体自身特定序列的酪氨酸残基磷酸化。磷酸化的酪氨酸残基激活，催化受体自身特定序列的酪氨酸残基磷酸化。磷酸化的酪氨酸残基及其两侧的短序列即可与胞浆中的具有及其两侧的短序列即可与胞浆中的

19、具有SrcSrc同源性结构区同源性结构区(SH)(SH)的信息传递的信息传递分子特异性识别并结合，广泛连接多种信号分子，激活不同的信息传递途分子特异性识别并结合，广泛连接多种信号分子，激活不同的信息传递途径；其中磷脂酰肌醇径；其中磷脂酰肌醇-3-3激酶激酶/ /丝氨酸丝氨酸- -苏氨酸激酶苏氨酸激酶(PI-3K/Akt)(PI-3K/Akt)途径、途径、MAPKMAPK激酶激酶/ /有丝分裂激酶有丝分裂激酶(MEK/MAPK)(MEK/MAPK)途径是途径是NTsNTs的两个主要的信号转导途径。的两个主要的信号转导途径。3.3.低亲和力受体及其信号转导低亲和力受体及其信号转导 NTsNTs低亲

20、和力受体属于肿瘤坏死因子低亲和力受体属于肿瘤坏死因子(TNF)(TNF)受体家族成员，是分子量为受体家族成员，是分子量为75kD75kD的跨膜蛋白，称为的跨膜蛋白，称为p75NTRp75NTR，能与所有的，能与所有的NTsNTs以相似的亲和力结合。以相似的亲和力结合。 p75NTRp75NTR是最早分离出的是最早分离出的NTsNTs受体，但对其生理功能和信号转导途径的认识受体，但对其生理功能和信号转导途径的认识并不很清楚。目前研究发现，当并不很清楚。目前研究发现，当NTsNTs与与p75NTRp75NTR结合后形成结合后形成p75NTRp75NTR同源二聚同源二聚体，可连接多种信号转导蛋白，包

21、括体，可连接多种信号转导蛋白，包括TRAF2/4TRAF2/4、TRAF6TRAF6、NRAGENRAGE、SC-1SC-1、NRIFNRIF和和RhoARhoA，从而能够调节细胞存活、细胞周期和轴突生长；也能增加，从而能够调节细胞存活、细胞周期和轴突生长；也能增加神经酰胺水平及激活神经酰胺水平及激活JNK-p53-BaxJNK-p53-Bax细胞死亡通路。细胞死亡通路。NTsNTs家族的生物学效应家族的生物学效应 1.1.在发育期：在发育期：促进神经元存活、生长和分化成熟。促进神经元存活、生长和分化成熟。诱导和促进神诱导和促进神经元对神经递质的选择、转换。经元对神经递质的选择、转换。诱导神经

22、纤维定向生长。诱导神经纤维定向生长。控制控制神经元存活数量。神经元存活数量。 2.2.在成年期：在成年期：部分交感神经元仍需依赖部分交感神经元仍需依赖NGFNGF存活。一些外周和中枢的存活。一些外周和中枢的神经元仍需要一定水平的神经元仍需要一定水平的NTsNTs维持其正常功能。维持其正常功能。 3.3.在损伤修复期：在损伤修复期：NTsNTs对损伤神经元具有保护作用，并在此基础上进对损伤神经元具有保护作用，并在此基础上进一步促进神经损伤的修复。此生物学效应建立在成熟神经元和一步促进神经损伤的修复。此生物学效应建立在成熟神经元和NSNS仍仍保留一定程度的再生修复能力的基础之上的。保留一定程度的再

23、生修复能力的基础之上的。 4.4.在非神经系统：在非神经系统：NTsNTs是一种多功能生长因子，还可影响非神经系统是一种多功能生长因子，还可影响非神经系统如免疫、造血、内分泌和生殖等系统的功能。如如免疫、造血、内分泌和生殖等系统的功能。如NGFNGF影响肥大细胞影响肥大细胞的存活、发育和正常功能；的存活、发育和正常功能；NGFNGF促进淋巴细胞的增殖分化，调节它促进淋巴细胞的增殖分化，调节它们介导的免疫反应。们介导的免疫反应。五、五、CNTFCNTF家族家族CNTFCNTF及其分子结构及其分子结构 睫状神经营养因子睫状神经营养因子(CNTF)(CNTF)家族仅含有家族仅含有CNTFCNTF。1

24、9801980年年AdlerAdler等从鸡胚眼中等从鸡胚眼中分离出分离出CNTFCNTF；19841984年年BarbinBarbin等采用等采用SDSSDS凝胶电泳法纯化了凝胶电泳法纯化了CNTFCNTF；19891989年年LinLin等克隆了等克隆了CNTFCNTF的的cDNAcDNA。 CNTFCNTF是一种分子量为是一种分子量为20kD20kD的酸性蛋白，由的酸性蛋白，由199199个氨基酸残基组成；其个氨基酸残基组成；其N N末末端不具有分泌蛋白所特有的信号肽。端不具有分泌蛋白所特有的信号肽。CNTFCNTF的生物学效应的生物学效应 CNTFCNTF对中枢和外周神经系统的多种靶神经元具有生物学效应，能维持睫对中枢和外周神经系统的多种靶神经元具有生物学效应，能维持睫状神经节神经元、交感