神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

neurotrophicfactors(NTFs)湖北中醫(yī)藥大學(xué)韓永明hanym575@AllRightsReserved一、NTFs的研究歷史⑴在未發(fā)現(xiàn)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子前，研究人員認(rèn)為神經(jīng)元不可再生。⑵1934年Hamburger最先在雞胚上發(fā)現(xiàn)靶組織對(duì)支配它的神經(jīng)具有調(diào)節(jié)作用。⑶1948年Bueker將小鼠肉瘤S180接種到3天雞胚的體腔內(nèi)，發(fā)現(xiàn)感覺(jué)和交感鏈增大20％。⑷1952年Levi-Montacin和Hamburger重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)還觀察到瘤組織上有了密集的神經(jīng)支配。由此提出S180瘤細(xì)胞產(chǎn)生了一種可擴(kuò)散的、能刺激神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)及神經(jīng)纖維延長(zhǎng)的活性物質(zhì)。⑸1959～1960年Levi-Montacin分離純化出這種可促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)的可溶性蛋白質(zhì)，并命名為神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nervegrowthfactor,NGF)。⑹NGF的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到，在NS的發(fā)生過(guò)程中，一些能促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)育、生長(zhǎng)和維持其活性的細(xì)胞因子發(fā)揮著重要作用。由此開辟了神經(jīng)生物學(xué)的新領(lǐng)域，并使人們認(rèn)識(shí)到神經(jīng)元亦具有再生能力。⑺1987年，Lichtman提出在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)、遷移、與其他細(xì)胞建立功能性聯(lián)系或在神經(jīng)再生過(guò)程中的軸突的再生長(zhǎng)等，均受到一類可溶性化學(xué)物質(zhì)的誘導(dǎo)、調(diào)節(jié)和控制，并提出了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(NTFs)的概念。⑻隨后，隨著生物新技術(shù)的發(fā)展，又發(fā)現(xiàn)了一系列具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用的因子，如腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3(NT-3)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-4/5(NT-4/5)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-6(NT-6)、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CNTF)、膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)等。二、NTFs的概念NTFs迄今尚無(wú)完整而確切的定義。以往認(rèn)為NTFs僅是由受神經(jīng)細(xì)胞支配的靶細(xì)胞產(chǎn)生，特異地作用于支配神經(jīng)元，調(diào)節(jié)其發(fā)育中正常死亡過(guò)程。然而該觀點(diǎn)無(wú)法解釋在NS發(fā)育早期支配神經(jīng)元與靶細(xì)胞之間聯(lián)系未建立前NTFs的來(lái)源，以及神經(jīng)損傷后重建聯(lián)系時(shí)NTFs的來(lái)源。隨著對(duì)NTFs的深入研究，現(xiàn)普遍認(rèn)為NTFs是神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生中存活、分化的依賴因子，是發(fā)育成熟神經(jīng)元功能的調(diào)控因子，也是神經(jīng)元受損害或病變中保護(hù)其存活和促進(jìn)其再生的必需因子，是一類可溶性多肽因子。具有以下特征：①能夠維持神經(jīng)元存活，促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)，并調(diào)節(jié)神經(jīng)元發(fā)育中的正常死亡過(guò)程。②不僅來(lái)源于靶細(xì)胞(靶源性)，也來(lái)源于傳入神經(jīng)元及神經(jīng)鞘細(xì)胞(旁分泌)，甚至來(lái)源于支配神經(jīng)元本身(自分泌)。③其作用方式具有多樣性和多效性，如一種神經(jīng)元往往需要多種NTFs，而且對(duì)NTFs的需求會(huì)隨著發(fā)育的進(jìn)展而改變；一種NTFs又可影響多種神經(jīng)元。④不同的NTFs可以結(jié)合同一受體或亞單位。三、NTFs的分類名稱分子量(×103)作者神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素家族神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)140Levi-MontalciniR,HamburgerV.1951(JExpZool,116:321)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)12BardeYA,etal.1982(EMBOJ,1:549)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3(NT-3)13.6HohnA,etal.1990(Nature,344:339)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-4/5(NT-4/5)14HallbrookF,etal.1991(Neuron,6:845)BerkemeinerLR,etal.1991(Neuron,7:857)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-6(NT-6)15.9Gotz,etal.1994(Nature,372:266)睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CNTF)20AdlerR,etal.1979(Science,204:1434)膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)15～20LinLFH,etal.1993(Science,260:1130)根據(jù)分子結(jié)構(gòu)同源性大小、基因表達(dá)部位、受體類型、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制等，可將NTFs分為三個(gè)家族：神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素家族、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族和膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族。各家族成員及其發(fā)現(xiàn)年代、發(fā)現(xiàn)者如下表：四、NTs家族㈠NTs家族成員及其分子結(jié)構(gòu)

NTs家族發(fā)現(xiàn)最早，也是研究最深入的一族。1952年Leci-Montalcini在研究雞胚的神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)，開辟了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子這個(gè)全新研究領(lǐng)域。1989年，BardeYA從豬腦中發(fā)現(xiàn)了腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(BDNF)。1989年Leibrock等分離并克隆了BDNF的cDNA。1990年，Hohn發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3(NT-3)。1990年，Hallbrook從非洲爪蟾發(fā)現(xiàn)了NT-4；Berkemeier從哺乳動(dòng)物發(fā)現(xiàn)了NT-5。二者實(shí)際上是一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，故合稱NT-4/5。1994年，Gotz從硬骨魚發(fā)現(xiàn)了NT-6。至今所發(fā)現(xiàn)的NTs家族成員的成熟蛋白質(zhì)均呈堿性，均是由相應(yīng)的前體在經(jīng)典的二堿基位置裂解而成，約含有120個(gè)氨基酸，其中約50%的氨基酸具有同源性，都含有6個(gè)絕對(duì)保守的半胱氨酸殘基，形成3個(gè)二硫鍵。㈡NTs家族受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

1.NTs家族受體分類NTs通過(guò)與其受體結(jié)合對(duì)神經(jīng)元的生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、存活、凋亡和損傷后修復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)與NTs的親和力大小，可以分為高親和力受體和低親和力受體。㈡NTs家族受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)2.高親和力受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)⑴高親和力受體是酪氨酸激酶原癌基因編碼的酪氨酸激酶，是分子量為120～160kD的單跨膜糖蛋白，稱為Trk受體(Trk即原肌球蛋白受體激酶)。Trk受體分為TrkA(分子量140kD)、TrkB(145kD)、TrkC(145kD)。TrkA主要結(jié)合NGF，NT-3亦可結(jié)合；TrkB主要結(jié)合BDNF、NT-4/5，NT-3也可結(jié)合；TrkC相對(duì)特異性結(jié)合NT-3。TrkA主要表達(dá)于胚胎和成年動(dòng)物神經(jīng)嵴來(lái)源的感覺(jué)神經(jīng)元和交感神經(jīng)元。TrkB在神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)。TrkC主要在大腦表達(dá)，集中在海馬、大腦皮層和小腦。Trk受體家族成員有相似的結(jié)構(gòu)，均由胞外一個(gè)大的糖基化的配體結(jié)合區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)(可分為近膜區(qū)、酪氨酸激酶區(qū)、羧基尾區(qū))；其中胞外區(qū)包括兩個(gè)半胱氨酸富集結(jié)構(gòu)、一個(gè)亮氨酸富集結(jié)構(gòu)(LRM)和兩個(gè)免疫球蛋白區(qū)(IgG區(qū))。NTs的結(jié)合部位即位于第二個(gè)IgG區(qū)。⑵高親和力受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)當(dāng)NTs與其受體結(jié)合后，促進(jìn)受體募集，形成多聚體，受體酪氨酸激酶即被激活，催化受體自身特定序列的酪氨酸殘基磷酸化。磷酸化的酪氨酸殘基及其兩側(cè)的短序列即可與胞漿中的具有Src同源性結(jié)構(gòu)區(qū)(SH)的信息傳遞分子特異性識(shí)別并結(jié)合，廣泛連接多種信號(hào)分子，激活不同的信息傳遞途徑；其中磷脂酰肌醇-3激酶/絲氨酸-蘇氨酸激酶(PI-3K/Akt)途徑、MAPK激酶/有絲分裂激酶(MEK/MAPK)途徑是NTs的兩個(gè)主要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。3.低親和力受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)NTs低親和力受體屬于腫瘤壞死因子(TNF)受體家族成員，是分子量為75kD的跨膜蛋白，稱為p75NTR，能與所有的NTs以相似的親和力結(jié)合。p75NTR是最早分離出的NTs受體，但對(duì)其生理功能和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的認(rèn)識(shí)并不很清楚。目前研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NTs與p75NTR結(jié)合后形成p75NTR同源二聚體，可連接多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，包括TRAF2/4、TRAF6、NRAGE、SC-1、NRIF和RhoA，從而能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、細(xì)胞周期和軸突生長(zhǎng)；也能增加神經(jīng)酰胺水平及激活JNK-p53-Bax細(xì)胞死亡通路。㈢NTs家族的生物學(xué)效應(yīng)

1.在發(fā)育期：⑴促進(jìn)神經(jīng)元存活、生長(zhǎng)和分化成熟。⑵誘導(dǎo)和促進(jìn)神經(jīng)元對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的選擇、轉(zhuǎn)換。⑶誘導(dǎo)神經(jīng)纖維定向生長(zhǎng)。⑷控制神經(jīng)元存活數(shù)量。2.在成年期：部分交感神經(jīng)元仍需依賴NGF存活。一些外周和中樞的神經(jīng)元仍需要一定水平的NTs維持其正常功能。3.在損傷修復(fù)期：NTs對(duì)損傷神經(jīng)元具有保護(hù)作用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)損傷的修復(fù)。此生物學(xué)效應(yīng)建立在成熟神經(jīng)元和NS仍保留一定程度的再生修復(fù)能力的基礎(chǔ)之上的。4.在非神經(jīng)系統(tǒng)：NTs是一種多功能生長(zhǎng)因子，還可影響非神經(jīng)系統(tǒng)如免疫、造血、內(nèi)分泌和生殖等系統(tǒng)的功能。如①NGF影響肥大細(xì)胞的存活、發(fā)育和正常功能；②NGF促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖分化，調(diào)節(jié)它們介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。五、CNTF家族㈠CNTF及其分子結(jié)構(gòu)

睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(CNTF)家族僅含有CNTF。1980年Adler等從雞胚眼中分離出CNTF；1984年Barbin等采用SDS凝膠電泳法純化了CNTF；1989年Lin等克隆了CNTF的cDNA。CNTF是一種分子量為20kD的酸性蛋白，由199個(gè)氨基酸殘基組成；其N末端不具有分泌蛋白所特有的信號(hào)肽。㈡CNTF的生物學(xué)效應(yīng)CNTF對(duì)中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的多種靶神經(jīng)元具有生物學(xué)效應(yīng)，能維持睫狀神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、交感神經(jīng)元、副交感神經(jīng)元、脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、海馬神經(jīng)元等的存活和分化。對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、肝細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞等非神經(jīng)細(xì)胞亦可有促存活、促成熟的作用。六、GDNF家族㈠GDNF家族成員及其分子結(jié)構(gòu)

1993年6月，美國(guó)Synergen生物技術(shù)公司的Lin等發(fā)現(xiàn)并克隆了膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)。成熟的GDNF是由134個(gè)氨基酸殘基組成的含硫多肽，分子量為15kD，有兩個(gè)N-