胶质细胞源性神经营养因子研究进展

1、胶质细胞源性神经营养因子研究进展【关键词】胶质细胞源性神经营养因子；神经保护；脑缺血胶质细胞源性神经营养因子glialellline-derivedneurtrphifatr，GDNF在神经系统的发育、生长、损伤及修复等过程中发挥重要的神经营养作用，在神经系统中的分布广泛，其神经营养活性较高，不仅可以保护多巴胺DA运动神经元，对于中枢及外周的运动神经元、感觉神经元及交感神经元等多种神经元具有同等的营养作用，在神经系统变性性疾病及缺血性脑血管疾病等治疗中发挥重要作用，已经成为当前神经科学领域研究的热点。1GDNF的根本构造GDNF最先由Lin等1于1993年从大鼠胶质细胞B49的条件培养液中别离

2、出来，因其主要来源于神经胶质细胞，故人们将其命名为胶质细胞源性神经营养因子。每个GDNF成熟蛋白质氨基酸序列中都有7个保守的半胱氨酸残基2，并且半胱氨酸出现的位置与转化生长因子-transfringgrthfatr-，TGF-超家族的所有成员相似，故因其构造特点将其归属于TGF-超家族的新成员。2GDNF及其受体的分布GDNF在全身各种组织中均有表达3，并不单一表达于富含多巴胺能神经元的部位，如中脑的黑质。GDNF的RNA在体内神经系统非多巴胺能神经元部位也可以检测到，在外周非神经组织中也有表达，在小脑蒲肯野细胞、三叉神经运动核等与运动有关的构造以及三叉神经感觉核、脊髓后角larksy核等与感

3、觉有关的构造中也可以检测到。GDNF在机体各个组织及器官中的广泛表达均提示其作用广泛。3GDNF受体信号传导系统GDNF发挥作用的机制主要是与其受体结合，从而发挥其生物学作用。GDNF受体系统并不是TGF-超家族的受体：跨膜丝氨酸或者苏氨酸受体，它们有自己的受体部分，为GDNF家族受体GDNFfailyreeptr，GFR和Ret蛋白组成的复合受体系统。一部分通过糖基磷脂酰肌醇glysyl-phsphatidylinsitl，GPI结合位点锚定于细胞膜外外表的GFR，信号不能通过细胞膜；另一部分通过跨膜的酪氨酸激酶Ret蛋白，信号得以传递。GDNF受体目前有4种亚型，分别为GFR-14型。而其

4、中GFR-1是GDNF最主要的受体。跨膜的Ret蛋白是原癌基因-ret的编码产物，它属于受体酪氨酸激酶超家族成员，由胞外区、跨膜区和胞内的酪氨酸激酶区构成，可以调节细胞的生长、分化4。GDNF与细胞外表的GFR结合形成GDNF-GFR复合体后激活Ret受体5，促使细胞内Ret-Sh-Grb2蛋白复合体形成。而后，Ret-Sh-Grb2蛋白复合体激活相关蛋白，从而引起一系列信号传导，发挥其生物学作用。GDNF可能通过的信号传导通路6-8：通过Ras/APK通路和PI3K/Akt信息系统刺激神经元的存活、增殖、分化、迁移和轴突的发生、生长。通过神经营养因子NTFs/Sr家族蛋白激酶SFKs信号通路

5、促进脊髓背根神经元轴突生长。GDNF通过EK1/2或者ERK1/2等影响胶质纤维酸性蛋白glialfibrillaryaidiprtEin,GFAP的分泌来调节星形胶质细胞的增生。通过PL-/IP3调控a2+释放。最新研究说明9-10，GDNF可以不依赖Ret而只通过GFR-1或者神经细胞黏附因子neuralelladhesinleule,NA激活细胞内信号通路。在缺乏Ret蛋白时，GDNF可以通过GFR-1受体引起促分裂原活化蛋白激酶、磷脂酶-、AP反响要素结合蛋白等蛋白磷酸化以及-fsRNA的表达7而发挥作用。4GDNF的生物学功能4.1GDNF对帕金森病(PD)的作用GDNF一直被认为是

6、对多巴胺能神经元具有高特异性、相对专一性的营养因子。GDNF可以保护和恢复轴索损伤或者1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶1-ethyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydrpy-ridine,PTP)损伤的DA能神经元的功能。研究说明11：腺病毒介导的GDNF基因脑内直接转移可阻止6-HDA诱发的大鼠DA能神经元进展性变性，在PD保护治疗方面起到重要作用；另外GDNF直接注入黑质附近也能促进存活DA能神经纤维发芽及功能恢复。经GDNF处理后的纹状体DA能神经元酪氨酸羟化酶免疫活性可以升高。同时GDNF可以阻止或逆转PD动物模型中黑质纹状体DA系统的进展性退变，含有GD

7、NF基因的质粒注射到PD病鼠的纹状体内，可以明显改善大鼠的功能12。因此GDNF是迄今为止所鉴定出的对中脑DA能神经元神经营养作用最强大的营养因子之一。4.2GDNF在脑缺血中的作用在大鼠大脑中动脉闭塞模型中，缺血可诱导GDNFRNA蛋白表达，且反响性星形胶质细胞可分泌GDNF。大脑缺血可以使GFR-1、GFR-2表达上升。短暂结扎大鼠大脑中动脉后检测到GDNF受体GFR-1和Ret的表达，GFR-1和Ret表达与同样条件下GDNF的诱导表达相关。所有研究均说明GDNF系统在脑缺血/再灌注损伤中被激活，从而发挥着内源性的神经保护作用。GDNF可能通过以下途径对缺血起到保护作用：对于脑缺血后脑内

8、微环境的研究提示，神经营养因子不仅可促进神经系统发育，还对脑损伤的修复起重要作用，其可以促进多种神经元的存活和分化，促进骨髓基质干细胞向神经元转化13-14。GDNF可以抑制一氧化氮合酶NS活性，减少缺血激活N本身诱导的毒性反响。导入GDNF重组腺病毒可以进步受损神经元的存活率。抑制细胞凋亡。凋亡是细胞程序性自杀，凋亡的调节受到凋亡相关蛋白Bl-2基因家族的控制，Bl-2和Bax是Bl-2家族的重要成员，Bl-2是抗凋亡基因，而Bax是促凋亡基因，二者比例决定着细胞的命运。Yu等15在短暂性前脑缺血模型中用GDNF预处理后，死亡的神经元数明显减少，证明GDNF可以通过抑制aspase-3的活性

9、而并不是aspase-1途径抑制缺血刺激后星形胶质细胞的凋亡。有研究发现Par-4与神经细胞的凋亡亲密相关，实验说明应用GDNF可以通过抑制Par-4的表达从而抑制神经细胞的凋亡16。此外，GDNF可以增强内源性神经干细胞NSs增殖和分化13-14。hen等17发现参加重组人类GDNF(rhGDNF)后,存活神经元数目明显增加,呈现显著的神经保护作用。Ges等18的研究也提醒了GDNF可以抑制谷氨酸受体NAD，从而降低其毒性反响。以上途径均可以减少神经元的凋亡，同时促进神经元恢复。将GDNF目的基因与相关载体在体外连接形成的重组DNA分子转染至人骨髓间充质干细胞hSs，通过静脉将其输注到体内,

10、成为卒中治疗的新策略。抑制星形胶质细胞过度增生。星形胶质细胞在神经系统发育、突触传递、神经组织修复与再生、神经免疫以及多种神经疾病的病理机制等方面起着非常重要的作用。在脑缺血缺氧发生后，胶质细胞在缺血区反响性的增生，一方面可以对神经元有一定的保护作用；另一方面，由于胶质细胞的过度增生引起胶质化，形成胶质瘢痕影响神经元的修复。Fukuda等19的研究说明GDNF可以部分抑制细胞周期蛋白，从而阻止细胞增生进程。研究指出NA成为GDNF的受体，Krushel等20研究说明NA无论在体内还是体外的实验中都可以抑制星形胶质细胞增生，是否二者有一定的相关性需要进一步探究。这与1993年Lin等1发现中脑培

11、养物中参加GDNF后星形胶质细胞的密度并没有增加，其GFAP的表达也没有增加部分吻合。最近的研究还说明阻断P2Y1受体可以抑制GFAP的表达，但是同时可以促进GDNF的生成。这将为后续GDNF对细胞增生抑制的研究提供基矗抑制钙超载。脑缺血后因为短时间内ATP即可耗尽，细胞膜a2+泵因此受到破坏，a2+平衡失调，a2+内流从而形成钙超载。进一步激活蛋白酶，破坏细胞膜和线粒体，导致细胞死亡。与此同时，一个细胞内游离钙的升高可以在相邻的细胞间传播,使周围的细胞胞内游离钙亦升高，形成细胞间钙波intereellularaliuaves。复杂的钙离子信号与星形胶质细胞钙波的存在给这些细胞提供了易兴奋的环

12、境。缝隙连接介导的钙波传导参与了抑制性扩散SP的形成，引起了其周围的神经元细胞内钙的升高，使其去极化，激活的星形胶质细胞与神经元释放K+和谷氨酸，K+和谷氨酸那么促进神经元与星形胶质细胞内钙的进一步升高，这一正反响形成了SP的连续不衰减的传导。有实验证明，GDNF参与细胞内a2+稳态的调节，影响细胞膜a2+通道蛋白的表达，减少a2+内流和自由基引起的损伤，可以对神经元起到营养和保护作用。体外的实验也说明，在缺血的海马中参加GDNF可以有效地降低谷氨酸引起的a2+升高，对海马隔区及皮质神经元a2+的升高有抑制作用。4.3GDNF对运动神经元的作用GDNF是一种运动神经营养因子，GDNF对发育或者

13、成熟的运动神经元有神经营养活性，是目前发现的神经营养因子中作用最强的，其不仅可以促进正常运动神经元的存活，降低自然发生的细胞死亡，还可以阻止运动神经元的退行性病变，对轴突损伤后神经元胞体有保护作用，对已经受损的运动神经元有营养作用21。其功能目前考虑部分与GDNF可以阻止运动神经乙酰胆碱转移酶活性下降的因素有关。外源性的GDNF可以支持新生鼠面神经元横断后的存活，GDNF可以完全阻止新生小鼠脊髓运动神经元横断造成的运动神经元死亡和幸存的运动神经元的萎缩。研究发如今含有脑和脊髓运动神经元的培养液中参加GDNF基因转染载体细胞，可以延长这些运动神经元轴索的长度，减少正常凋亡。4.4GDNF对神经性

14、疼痛和感觉纤维再生的作用神经病理性疼痛是指由中枢或周围神经系统损伤或疾病引起的疼痛综合征,目前其发活力制尚未完全清楚，正越来越受到医学界的重视，如何更好地控制疼痛的发作成为研究的重点。虽然临床上已经采用了多种药物混合治疗和其他的镇痛手段，但疗效却并不非常理想。近来研究说明,GDNF对初级传入神经元具有营养和促进再生作用，而且与脊髓背角的伤害性感觉形成有关，因此与神经病理性疼痛有着亲密的联络22。这为疼痛的治疗提供了一个新的平台。GDNF在缺血损伤后能减轻损伤部位炎症细胞的聚集，从而减少了损伤引起的后角板层神经元丧失并进步了突触素的表达23-24。有研究显示GDNF在大鼠坐骨神经结扎(hrnin

15、gtritininjury,I)疼痛模型实验中具有明显的镇痛作用25。Buher等26将大鼠的一侧坐骨神经或腰部脊神经结扎后使用GDNF，结果显示GDNF可预防神经痛，同时发现手术前后给予GDNF均可逆转手术所引起的感觉异常，考虑GDNF可能通过阻止了神经病理性疼痛时河豚毒素敏感型钠通道的过度表达而发挥作用。GDNF可以促进纤维生长并具有保护作用，从而可以促进感觉纤维的再生。在对大鼠面神经切断的动物模型的研究中发现，应用GDNF后有髓神经纤维长入8长的神经断裂缺损沟。4.5GDNF对癫疒间的作用部分神经元同步化的异常放电是癫疒间发病的重要机制，目前有证据说明在神经元间、神经元与星形胶质细胞间都存在缝隙连接，而缝隙连接是钙信号传导的主要通路之一。在癫疒间的发生中，钙波的传导起到明显的作用，同时在慢性癫疒间模型中可以看到星形胶质细胞普遍增生，有文献说明GFR-2受体也是GDNF的受体之一，而GFR-2受体敲除小鼠又可以明显减少癫疒间的发作。更好地调控胶质细胞增生，调控钙信号从而控制癫疒间发作成为治疗的一个方向。研究报道GDNF基因治疗可以明显控制癫疒间发作27。这使GDNF将来用于治疗癫疒间成为可能，有望为临床带来更好的治疗前景。转贴于论文联盟.ll.5问题与展望GDNF作为近年来发现的一种新的广谱、高效能的神经营养因子，临床应用还不是很