神經(jīng)營養(yǎng)因子-091120課件

1NeurotrophicFactors23一個漫長卻精彩的故事~~~5

直到，一個聰明的老頭兒，做了一個聰明的實驗……

61934:VictorHamburgerdiscoveredthatremovalofalimbbudresultedinreducednumbersofsensoryandmotorneuronsinthespinalcord.7Based

onhislimb-budexperiments,V.Hamburgerhypothesizedthatthetargetsofinnervatingneuronsprovidesignalsthatrecruitundifferentiatedcellstodevelopintosensoryormotorneurons.(hewaswrong)In1942,Levi-MontalciniandLeviproposedthattarget

derivedsignalsmaintainsurvivalofdifferentiatingneurons.In1949,HamburgerandLevi-Montalcinirepeatedthelimbbudexperimentsandfoundthattheirresultssupportedtheneurotrophichypothesis.Hamburger,V.andLevi-Montalcini,R.(1949)J.Exp.Zool.111:457-502.8EffectofRemovingorAugmentingNeuralTargetsontheSurvivalofRelatedNeuronsPN23092.JPG1949:VictorHamburgershowedthattransplantationofasupernumerarylimbresultedinincreasednumbersofsensoryandmotorneuronsinthespinalcord.10那么，為什么神經(jīng)元需要如此強得依賴自己的靶組織？要滿足發(fā)育中神經(jīng)系統(tǒng)與其服務的機體的比例所需的神經(jīng)元的數(shù)目要與其靶組織精確的匹配一個普遍的，令人驚嘆的策略12營養(yǎng)作用的分子基礎關于神經(jīng)元及其靶標的假說：第一，最小劑量依賴。第二，靶源組織分泌。第三，數(shù)量有限。1415NGF的簡史雞胚移植實驗測定方法的建立分離、純化、命名諾貝爾161954:neuriteoutgrowthassay–extract+extract1969:NGFpurifiedtohomogeneityStanleyCohenRitaLevi-Montalcini1986:Levi-MontalciniandCohensplittheNobelprizeforPhysiologyorMedicine

“fortheirdiscoveryofgrowthfactors”1960:NGFpurified17關于NGF遺留的問題生理環(huán)境下對神經(jīng)存活的重要作用通過慢性注射NGF的抗血清來剝奪發(fā)育中的老鼠的NGF（knockdown）——導致成年小鼠失去大量NGF依賴的神經(jīng)元注射外源性NGF（overexpression）——則可以引起膨大的交感神經(jīng)節(jié)與NGF剝奪的現(xiàn)象正好相反。18沒有直接證據(jù)顯示NGF是由其靶組織合成，或者說神經(jīng)元從靶組織攝取。神經(jīng)組織中受體的存在？特別是，NGF的信號只在生長的神經(jīng)元軸突接觸到其靶標后才出現(xiàn)20NGF: sympatheticneuronsandsomesensory neurons(CNSneuronsdonotrequireNGFforsurvival)BDNF: NGF-relatedfactorpurifiedin1982frompig brain (shares~50%homologwithNGF)NT-3andNT-4/5:wereobtainedbyPCRcloningAllthesefactorsaresynthesizedas~250aaprecursorsthatareprocessedinto120aaproteins21NeurotrophinsBDNF(brainderivedneurotrophicfactor)oncorticalneurons2324NTF的分類Neurotrophins(NT)NTFCNTF(ciliaryneurotrophicfactor)GDNF(glial-cell-line-derivedneurotrophicfactor)NGF(nervegrowthfactor)BDNF(brain-derivedneurotrophicfactor)NT-3(neurotrophin-3)NT-4/5(neurotrophin-4/5)NT-6(neurotrophin-6)NT-7(neurotrophin-7)26睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子

(Ciliaryneurotrophicfactor，CNTF)

1980年，Adler等由E8雞胚眼中分離到CNTF，分子量20kDa的酸性蛋白，由199aa組成，進化上比較保守，與LIF、IL-6等構成成血細胞因子(hematopoieticcytokine)超家族分子以單體形式存在，無糖基化位點，二級結構富含α-螺旋結構，為維持活性所必需CNTF缺少信號肽序列，在真核細胞中表達的CNTF不能分泌到胞外27膠質細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子

(glialcellline-derivedneurotrophicfactor，GDNF)1993年6月，美國Synergen生物技術公司的Lin等發(fā)現(xiàn)并克隆了一種新的NTF，由134個氨基酸殘基組成，分子量為15kDaGDNF前體有19個AA的信號肽，成熟多肽鏈中有7個保守的半胱氨酸，活體形式為二聚體

其它GDNFs成員：NTN(neurturin)、PSP(persephin)、ART(artemin)28非神經(jīng)營養(yǎng)因子肽類生長因子成纖維細胞生長因子(fibroblastgrowthfactor，F(xiàn)GF)：aFGF、bFGF表皮生長因子(epidermalgrowthfactor，EGF)胰島素樣生長因子(insulin-likegrowthfactor，IGF)：IGF-I，IGF-II白細胞介素(interleukin，IL)：IL-1，神經(jīng)白細胞素(neuroleukin)30313233Trk受體的分布

TrkA分布在交感、感覺、運動神經(jīng)元及基底前腦TrkB分布在整個NS中，在肺、肌肉也有少量表達TrkC主要在大腦皮質，海馬，小腦表達；TrkC與NT-3在外周分布的不一致性3435Trk受體的信號轉導

PLC-IP3/DAGIP3-Ca2+/CaM：可誘導LTP，促進神經(jīng)突起的生長，調節(jié)中樞突觸神經(jīng)遞質的受體分型DAG/Ca2+-PKC：生長相關蛋白GAP-43(growthassociatedprotein-43)是PKC的一個底物，它在成熟突觸中是神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)連接再生和突觸可塑性的一個決定因子36p75NTRstructureNGFKD=10-9M(allneurotrophinscanbindp75NTR)RouxandBarker(2002)ProgNeurobiol67:203-23337p75NTR的結構特點胞外區(qū)：

4個重復的富含半胱氨酸的結構域，與配體結合有關胞內：無固定的配體誘導的酶激活域，含有6個螺旋結構死亡結構域(deathdomain，DD)383940Trk受體與p75受體的相互作用Trk受體與p75受體共表達，p75受體增加配體與Trk的結合力，TrkA對p75NTR介導的信號通路具有抑制效應

p75NTR介導的凋亡作用只有在細胞內Trk的表達水平很低或不表達的情況時才會出現(xiàn)41NT的主要生物學效應☆發(fā)育期：促進神經(jīng)元的存活，生長和分化成熟對神經(jīng)遞質的選擇作用誘導神經(jīng)纖維定向生長控制神經(jīng)元存活數(shù)量42NT的主要生物學效應成年期：NT及其受體的表達和分布都明顯減少，效應神經(jīng)元對NT的依賴也明顯降低維持部分神經(jīng)元的存活和正常功能神經(jīng)元可塑性神經(jīng)損傷修復43NT的主要生物學效應非神經(jīng)系統(tǒng)：

NT與其它肽類生長因子一樣，也是多功能生長因子，可影響免疫、造血、內分泌、和生殖等系統(tǒng)的功能44CNTF的主要生物效應對中樞和周圍運動神經(jīng)元的營養(yǎng)作用影響非神經(jīng)組織4546GDNF的主要生物效應對多巴胺能神經(jīng)元的營養(yǎng)支持促進運動神經(jīng)元發(fā)育、修復損傷后運動神經(jīng)元對感覺神經(jīng)元的營養(yǎng)支持47NTF的作用模式逆行信號轉導（靶源性的）：經(jīng)典的NTF作用途徑；靶細胞合成NTF，經(jīng)軸突末端的受體介導，逆行軸突轉運到胞體4849NTF的作用模式順行信號轉導：許多靶神經(jīng)元依賴于傳入投射維持其存活，上游神經(jīng)元通過大分子物質的順行軸突轉運對靶神經(jīng)元起神經(jīng)營養(yǎng)作用50NTF的作用模式NTF的局部作用（旁分泌方式）：靶組織與其支配的神經(jīng)元共存于同一組織，來自靶合成的NTF作用于臨近效應神經(jīng)元Target51NTF的作用模式神經(jīng)鞘合成NTF：發(fā)育期、神經(jīng)損傷期合成增加，成熟期降低；可在局部分泌為未建立神經(jīng)靶聯(lián)系的軸突提供營養(yǎng)52NTF的作用模式通過膠質細胞介導：膠質細胞本身就能釋放NTF；在某些生長因子存在時可釋放NT完成神經(jīng)營養(yǎng)作用53NTF的作用模式神經(jīng)元合成NTF：通過順行軸突、逆行軸突轉運以及局部作用的方式發(fā)揮作用54NTF的作用模式自分泌作用：神經(jīng)元，既合成NTF也有相應受體表達，并對自身的NTF有反應；不能介導神經(jīng)元與靶之間的相互作用，但可維持神經(jīng)元直到與靶之間建立突觸聯(lián)系55NTF的作用模式非分泌方式的NTF：

CNTF，aFGF，bFGF缺少信號肽序列，不能分泌到胞外，細胞損傷時才能釋放，適應神經(jīng)再生需要56神經(jīng)營養(yǎng)因子與疾病57基因敲除動物模型58NTFs及其受體基因敲除小鼠的表型缺失基因表型TrkA致死性，生后一個月內死亡，感覺及交感神經(jīng)元缺失TrkB致死性，生后即死亡，面神經(jīng)核和脊髓運動神經(jīng)元缺失，三叉神經(jīng)節(jié)、背根節(jié)缺失TrkC致死性，生后一個月內死亡，本體感覺缺失，運動姿勢異常P75NTR非致死性，可存活至成年，但感覺神經(jīng)元的一個亞群丟失，周圍感覺和交感神經(jīng)分布缺陷NGF非致死性的，但出生后體重增加停滯、長瘡、出現(xiàn)自毀傾向，感覺和交感神經(jīng)節(jié)細胞缺失BDNF致死性，感覺神經(jīng)缺陷，顱神經(jīng)節(jié)、外周神經(jīng)節(jié)缺失，最嚴重的是前庭神經(jīng)節(jié)細胞顯著喪失，行為表現(xiàn)為旋轉、共濟失調和呈弓狀姿勢NT-3致死性，感覺和交感神經(jīng)元缺失，脊髓傳入纖維數(shù)目下降，與傳遞本體覺有關的感受器（肌梭和高爾基腱器）喪失NT-4/5正常，10個月內無明顯的神經(jīng)元和表型異常BDNF+NT-4/5致死性，與單純BDNF缺陷相似CNTF成體后運動神經(jīng)元萎縮，數(shù)量減少，肌力降低GDNF、GFRα1或Ret表現(xiàn)出相同的表型，即腎發(fā)育不全和胃腸道神經(jīng)支配缺失，出生后不久全部死亡59神經(jīng)營養(yǎng)因子的臨床應用前景神經(jīng)營養(yǎng)因子的選擇活性及臨床應用可能

疾病作用部位NGFBDNFNT-3NT-4/5CNTFGDNF外周神經(jīng)病感覺神經(jīng)元√√√√交感神經(jīng)元√ALS運動神經(jīng)元√√√√√基底前腦膽堿能神經(jīng)元√√√√√皮質神經(jīng)元√√√海馬神經(jīng)元√√√PD多巴胺能神經(jīng)元√√√HD紋狀體神經(jīng)元√√局部缺血皮質神經(jīng)元√√√急性腦脊髓損傷皮質－脊髓神經(jīng)元√神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤√神經(jīng)膠質瘤√成神經(jīng)細胞瘤60神經(jīng)營養(yǎng)因子的臨床應用前景帕金森病(Parkinsondisease，PD)：主要病因：黑質紋狀體通路中的多巴胺能神經(jīng)元的進行性退化造成治療：BDNF

GDNF：對DA能神經(jīng)元作用最強的NTF61神經(jīng)營養(yǎng)因子的臨床應用前景肌萎縮性脊髓側索硬化(ALS)

主要原因：運動神經(jīng)元的致死性病變。治療：除NGF外的NT以及GDNF、CNTF、IGF

其中BDNF和IGF-1已開始臨床試驗62神經(jīng)營養(yǎng)因子的臨床應用前景阿爾茨海默病(AD)

主要原因：膽堿能神經(jīng)元的病變。治療：多種NTF，維持膽堿能神經(jīng)元的存活，上調ChAT表達63神經(jīng)營養(yǎng)因子的臨床應用前景外周感覺神經(jīng)病主要原因：外周感覺神經(jīng)元的退化。治療：NGF為主64神經(jīng)營養(yǎng)因子的臨床應用前景神經(jīng)營養(yǎng)素為蛋白質，難以通過血腦屏障，故不能直接通過全身給藥治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

腦內給藥利用蛋白修飾增加穿過血腦屏障的能力利用基因工程手段增加NTF的功能，擴大應用范圍多種NTF聯(lián)用尋找調控NTF及其受體表達或啟動信號轉導的小分子物質65遺留的問題找到靶組織以前，神經(jīng)元靠什么活著？在CNS中還沒有發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元存活數(shù)目與NT的聯(lián)系敲除NT或者Trk受體，可以發(fā)現(xiàn)引起