醫(yī)藥衛(wèi)生神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

[醫(yī)藥衛(wèi)生]神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子第一頁(yè)，共43頁(yè)。簡(jiǎn)介半個(gè)世紀(jì)前，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外的信號(hào)能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化。1948年，Bueker首次提出存在NGF。RitaLevi-Montalcini和VictorHamburger也證明了存在著促進(jìn)這些神經(jīng)節(jié)中神經(jīng)元生長(zhǎng)的可溶性物質(zhì)。Levi-Montalcini將一小片含有感覺(jué)神經(jīng)元或交感神經(jīng)元的組織放入培養(yǎng)皿中，發(fā)現(xiàn)來(lái)自肌瘤的細(xì)胞非常劇烈地刺激神經(jīng)突起(neuritic)向外生長(zhǎng)。第二頁(yè)，共43頁(yè)。直到十年前，才闡明生長(zhǎng)因子和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的分子多樣化。生長(zhǎng)因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的失調(diào)可能以神經(jīng)退化疾病為基礎(chǔ)，例如Alzheimer病、Parkinson病、亨廷頓(huntington)病和肌萎縮側(cè)面硬化（amyotropiclateralsclerosis）。某些神經(jīng)生長(zhǎng)因子為細(xì)胞因子。第三頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的定義作用于神經(jīng)系統(tǒng)，影響神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、存活及其細(xì)胞周期的分子。此分子是具有以上功能的蛋白質(zhì)，有別于非肽分子，如甾體激素、視黃醛酸和神經(jīng)遞質(zhì)。由效應(yīng)器產(chǎn)生，作用于神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。第四頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子分類(lèi)①神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素(Neurotrophins)家族,包括神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素(NT)3~7及源自非哺乳動(dòng)物的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素;②膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)家族,包括發(fā)現(xiàn)的NTN、PSP、ART(artemin)、RNV(renovin);③細(xì)胞因子家族（CNTF）,包括睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、白介素-6(IL-6)、白血病抑制因子(LIF)及心肌營(yíng)養(yǎng)素-1(,CT-1);④成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)家族。此外,還有胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)、表皮生長(zhǎng)因子等。第五頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的特性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在特殊的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中合成為蛋白質(zhì)。部分貯藏在這些細(xì)胞（或大密集核囊）中，部分被轉(zhuǎn)運(yùn)到神經(jīng)末梢或樹(shù)突伸展區(qū)?；钚院铣煽赡苤饕Q于它們的釋放。某些取決于細(xì)胞的去激化。除蛋白水解的降解外，某些因子（如BDNF）被功能性非活性受體隱蔽，這些受體限制了它們的擴(kuò)散以及它們持續(xù)活動(dòng)時(shí)間。合成和活性的配對(duì)導(dǎo)致了在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞間的細(xì)胞內(nèi)信息高度復(fù)雜形式。第六頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的作用位點(diǎn)經(jīng)典模型：靶細(xì)胞分泌的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用于受神經(jīng)支配的神經(jīng)末梢。旁分泌傳遞：在缺乏突觸連接形式時(shí)，由鄰近細(xì)胞（神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞）釋放的一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用在許多鄰近神經(jīng)元上。自分泌傳遞：神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用于釋放它的神經(jīng)元上。順序傳遞由神經(jīng)細(xì)胞末梢釋放的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用于這些細(xì)胞末梢的突觸靶上。第七頁(yè)，共43頁(yè)。NTF與神經(jīng)肽的區(qū)別NTFNP分子量合成較大，>14kDa神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的胞體內(nèi)合成較小胞體內(nèi)合成儲(chǔ)存大囊泡大囊泡釋放部分取決于合成活性，部分取決于去極化電刺激或高鉀引起的去極化失活蛋白水解、非活性受體隱蔽酶解信息轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)Trk的調(diào)節(jié)產(chǎn)生其生物效應(yīng)通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體及第二信使產(chǎn)生生物效應(yīng)作用方式經(jīng)典模式、旁分泌、自分泌、順行傳遞經(jīng)典模式、旁分泌、自分泌第八頁(yè)，共43頁(yè)。NTF與神經(jīng)遞質(zhì)的區(qū)別NTF在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的角色以及神經(jīng)遞質(zhì)在成年細(xì)胞的突觸傳遞中的角色，這些分子的作用出現(xiàn)重疊。NTF由神經(jīng)元合成并改變其它神經(jīng)元的功能；甚至可作為神經(jīng)元的活性結(jié)果釋放。NTF在觸發(fā)那些不能由經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)突觸傳遞鑒別的神經(jīng)元迅速產(chǎn)生變化。許多神經(jīng)遞質(zhì)不僅迅速引起突觸傳遞的改變，而且能潛在地影響發(fā)育期神經(jīng)元的生長(zhǎng)和分化，影響這些神經(jīng)元的存活以及成年表型的分化。第九頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 受體 NeurotrophinsTrk（R-PTKs）NGF、BDNF、NT-3、NT-4TrkA、TrkB、TrkC1 GDNFfamilyCoupledtoRetGDNF、neurturin、persephinGFR1、GFR2、nuknown CNTFfamilyCoupledtoJanuskinase（JAK）CNTF、LIF、IL-6 GP130、CNTFR、LIFR

Ephrins Eph(R-PTKs) EGFfamilyErbB(R-PTKs)EGF,TGF,neuregulns2

OthergrowthfactorsR-PTKs Insulin,IGF,FGF,PDGF InterleukinsandrelatedcytokinesIL-IRcoupledtoPS/TK,R-PTKIL-1,IL-2,IL-3,IL-5,TNF,TNFCoupledtoJAK,Relatedtop753TGFfamilyTGFR-PS/TRs OthercytokinesCoupledtoJAK,R-PTKsInterferons(IFN,,),m-CSF,gm-CSFCoupledtoJAKChemokinesGprotein-coupledreceotorsCCchemokines(IL-8)CC1-CC8RCXCchemokines(MIP,MCP)CXC1-CXC4RCX3Cchemokines(neurotactin) Cx3C1R 分類(lèi)第十頁(yè)，共43頁(yè)。一、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素(Neurotrophins)Neurotrophins是分子量較小的蛋白質(zhì)，主要通過(guò)Trk受體產(chǎn)生生物效應(yīng)。家族組成：NGF、BDNF、NT-3、NT-4。作用神經(jīng)元存活防止神經(jīng)元死亡神經(jīng)生長(zhǎng)刺激軸突和樹(shù)突生長(zhǎng)神經(jīng)出芽刺激成年神經(jīng)元的軸突和樹(shù)突出芽合成代謝作用增加神經(jīng)元胞體的大小分化合成神經(jīng)元顯型需要的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)傳遞增加神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽及其合成酶的合成電特性改變離子通道的活動(dòng)和水平第十一頁(yè)，共43頁(yè)。NGF的結(jié)構(gòu)由三種不同類(lèi)型的蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物。它對(duì)交感神經(jīng)和感覺(jué)神經(jīng)元?dú)埢纳飳W(xué)活性取決于其β亞單位。第十二頁(yè)，共43頁(yè)。NGF的作用不能引起神經(jīng)元或其前體細(xì)胞的有絲分裂。對(duì)神經(jīng)元的存活、形成及活動(dòng)有深刻的影響。在交感神經(jīng)元的正常發(fā)育及成年動(dòng)物的維持中起作用。交感神經(jīng)元或感覺(jué)神經(jīng)元支配的靶細(xì)胞提供NGF，保證了它們的突觸傳入的存活。NGF可能抑制了神經(jīng)元死亡。NGF在交感神經(jīng)發(fā)育時(shí)對(duì)軸突生長(zhǎng)的方向性提供了一個(gè)化學(xué)信號(hào)。促進(jìn)膽堿能神經(jīng)元的存活。第十三頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用（一）神經(jīng)系統(tǒng)退變性疾病帕金森病(Parkinsondisease,PD)、阿爾茨海默病(Alzheimerdisease,AD)和肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophiclateralsclerosis,ALS)等都是中老年常見(jiàn)的CNS退變性疾病第十四頁(yè)，共43頁(yè)。（二）神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤由于大腦處于顱骨包繞的微環(huán)境,血液中的藥物不易透過(guò)血腦屏障;加之腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和浸潤(rùn)的自身特性及CNS較差的免疫監(jiān)視作用,使得腦腫瘤外科治療和放療均不能根治。NGF、BDNF、GDNF進(jìn)入腦中,有望在治療顱內(nèi)腫瘤方面另辟蹊徑。第十五頁(yè)，共43頁(yè)。（三）腦缺血缺血性的腦損害激活神經(jīng)元的離子通道,引起鈣離子濃度過(guò)度增加;此外,腦細(xì)胞缺氧造成無(wú)氧酵解,進(jìn)而能量耗竭,興奮性氨基酸釋放,繼發(fā)自由基損害,神經(jīng)元變性壞死。NTFs通過(guò)與相應(yīng)受體結(jié)合,穩(wěn)定體內(nèi)鈣離子濃度(克林澳),增強(qiáng)神經(jīng)元抗缺血作用,維持損傷神經(jīng)元存活,促進(jìn)恢復(fù)。第十六頁(yè)，共43頁(yè)。（四）癲癲癲癲發(fā)作時(shí),NTFs家族的受體數(shù)量發(fā)生變化,NGF、BDNF的mRNA表達(dá)增加,神經(jīng)纖維機(jī)化程度改變,神經(jīng)膠質(zhì)增生,出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞死亡。NTFs可促進(jìn)神經(jīng)纖維再生,延緩或阻止癲癇發(fā)作引起的神經(jīng)元變化。第十七頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素作用的神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型NGF保證交感神經(jīng)元和感覺(jué)神經(jīng)元突觸傳入的存活。NGF促進(jìn)膽堿能神經(jīng)元的存活。BDNF、NT-3和NT-4能促進(jìn)某些運(yùn)動(dòng)皮層和海馬神經(jīng)元的存活。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素能促進(jìn)位于腦干中的去甲腎上腺素激活的、多巴胺激活的、血清素激活的神經(jīng)元的存活。第十八頁(yè)，共43頁(yè)。Trk受體在神經(jīng)細(xì)胞中的分布TrkA受體主要在交感和感覺(jué)神經(jīng)元上發(fā)現(xiàn)，少量的腦內(nèi)神經(jīng)元上也有。TrkB、TrkC受體存在于大多數(shù)神經(jīng)元上。Trk截?cái)嘈问街饕嬖谟谛切渭?xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞中。第十九頁(yè)，共43頁(yè)。P75受體分子量為75kDa的蛋白質(zhì)與神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素的結(jié)合親和力較低可介導(dǎo)Trk的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。增強(qiáng)Trk的磷酸化作用，提高Trk的活性。p75可能允許Trk受體應(yīng)答低濃度NGF和其它神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素。是細(xì)胞死亡途徑的一個(gè)關(guān)鍵角色。第二十頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑Ras信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑Ras蛋白：1.21kDa的磷酸化蛋白。2.在鈍化的GDP-結(jié)合態(tài)和活化的GTP-結(jié)合態(tài)之間轉(zhuǎn)變。3.與GTP結(jié)合，使細(xì)胞生長(zhǎng)保持活性，刺激細(xì)胞過(guò)量增殖。第二十一頁(yè)，共43頁(yè)。PC12細(xì)胞及NGF作用的機(jī)制來(lái)源于嗜鉻細(xì)胞瘤(pheochromocytoma)PC12細(xì)胞膜上有TrkA和p75受體。NGF處理的PC12細(xì)胞可刺激神經(jīng)突起的生長(zhǎng)。注射活化Ras可刺激神經(jīng)突起的生長(zhǎng)。激活形式的Raf激酶使突起生長(zhǎng)，模擬NGF的作用。注射突變MEK酶編碼的DNA也可使突起生長(zhǎng)。第二十二頁(yè)，共43頁(yè)。Ras信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑疾病神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子激活的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的缺陷能導(dǎo)致細(xì)胞過(guò)量增殖，引起各種疾病。神經(jīng)纖維瘤病（neurofibromatosis)是一種由Ras調(diào)節(jié)蛋白的突變引起的遺傳性疾病。致瘤Ras基因具有的突變體能通過(guò)以下二種狀態(tài)引起Ras保持固有的活潑狀態(tài)：1.降低RasGTP酶活性2.使Ras對(duì)GTPs調(diào)節(jié)的反應(yīng)遲鈍。第二十三頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素和Trk受體knockout小鼠

翻譯NGF或TrkA的基因被鈍化的小鼠，在三叉神經(jīng)系統(tǒng)嵴根節(jié)處的交感神經(jīng)元和感覺(jué)神經(jīng)元喪失。NGF和TrkAknockout小鼠，前腦基底部的膽堿能神經(jīng)元部分喪失，并影響海馬和小腦皮層。TrkBknockout小鼠，頭蓋運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元出現(xiàn)死亡。BDNFknockout小鼠，面部和脊椎運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元無(wú)丟失。肌萎縮外側(cè)硬化癥(amyotrophiclateralsclerisis)以皮層和脊椎運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的退化為特征。第二十四頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素的作用NGF刺激神經(jīng)突起的生長(zhǎng)。BDNF維持運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活。NT-4對(duì)發(fā)育期運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活是重要的。NT-3維持運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活沒(méi)有BDNF、NT-4好。第二十五頁(yè)，共43頁(yè)。二、GDNF家族首次從中腦維持多巴胺能神經(jīng)元存活的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞株的細(xì)胞培養(yǎng)中分離。Glialcellline-DerivedNeurotrophicFactorGDNT，分子量為18kDa糖蛋白，通過(guò)二硫鍵連接成二聚體。GDNF家族還包括Neurturin、persphin第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。插入受體蛋白稱(chēng)為GFR1，它是一個(gè)分子量約為40kDa的蛋白質(zhì)，通過(guò)糖磷脂酰肌醇（GPI）GFR1被錨定在漿膜上。GDNF結(jié)合觸發(fā)GFR1與Ret聯(lián)合，Ret它是一種跨膜酪氨酸激酶蛋白，分子量為150kDa。此結(jié)合導(dǎo)致Ret活化，這就是通過(guò)觸發(fā)特殊底物的磷酸化導(dǎo)致許多GDNF的生物效應(yīng)。Ret的loss-of-function突變體與人類(lèi)Hirschsprung病一致。Ret的gain-of-function突變體與人類(lèi)神經(jīng)嵴惡性腫瘤一致，如多重性?xún)?nèi)分泌瘤和髓狀甲狀腺癌。第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。GDNF家族的作用維持多巴胺能神經(jīng)元的存活。Parkinson病是由中腦多巴胺能神經(jīng)元的退化引起的，GDNF可有治療前景。Neurturin作為治療Parkinson病的另一因子。是神經(jīng)系統(tǒng)外的重要生長(zhǎng)因子。第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。三、細(xì)胞因子家族

(Ciliaryneurotriphicfactor，CNTF)CNTF是雞睫狀節(jié)神經(jīng)元存活的必需因子，分子量為24kDa。除CNTF外，包括白血病抑制因子(LIF)、IL-6、泌乳刺激素(prolactin)、生長(zhǎng)激素、leptin、干擾素及制瘤素-M等CNTF、LIF及IL-6，它們最初的名稱(chēng)為細(xì)胞因子。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞普遍被認(rèn)為是腦中CNTF、LIF、IL-6的初始和唯一的來(lái)源。第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。CNTF的作用CNTF可調(diào)節(jié)交感神經(jīng)元、感覺(jué)神經(jīng)元、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、海馬神經(jīng)元及中腦多巴胺能神經(jīng)元的存活和分化。LIF和IL-6被認(rèn)為有相似的調(diào)節(jié)神經(jīng)元的生長(zhǎng)、分化及血統(tǒng)承擔(dān)義務(wù)。IL-6促進(jìn)透明隔膽堿能神經(jīng)元、中腦兒茶酚能神經(jīng)元及下丘腦神經(jīng)元的存活。第三十頁(yè)，共43頁(yè)。CNTF和CNTFR的作用CNTF敲除小鼠發(fā)育正常，在成年期間展示僅僅中度運(yùn)動(dòng)神經(jīng)缺乏。約2.5%的日本人是非活性CNTF突變純合子，他們是人類(lèi)CNTF“敲除體”，這些個(gè)體發(fā)育沒(méi)有明顯的缺陷。小鼠缺乏CNTF-結(jié)合蛋白CNTFR就失去了幾乎所有的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，并在出生后24小時(shí)死去。第三十一頁(yè)，共43頁(yè)。免疫細(xì)胞因子的作用IL-1、IL-6、TNF、轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子-（TGF）也介導(dǎo)CNS應(yīng)答免疫挑戰(zhàn)。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（特別是小膠質(zhì)細(xì)胞-CNS中的巨噬細(xì)胞）和星形膠質(zhì)細(xì)胞中合成?；罨纳窠?jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)重建正常動(dòng)態(tài)平衡來(lái)總體幫助大腦恢復(fù)。細(xì)胞因子免疫應(yīng)答水平的提高與一些神退化疾病有關(guān)，包括Alzheimer病。第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。神經(jīng)損傷和凋亡神經(jīng)細(xì)胞死亡的兩種機(jī)制：神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的撤離及隨后至關(guān)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑失活。觸發(fā)細(xì)胞死亡的獨(dú)特途徑激活。p75參于細(xì)胞死亡途徑：有一個(gè)類(lèi)似于TNFα結(jié)構(gòu)的死亡結(jié)構(gòu)域，通過(guò)細(xì)胞膜上神經(jīng)鞘脂產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺來(lái)激活凋亡。應(yīng)答NGF撤離時(shí)觸發(fā)凋亡。第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。細(xì)胞凋亡途徑細(xì)胞死亡或存活取決于死亡信號(hào)和存活信號(hào)之間的動(dòng)力學(xué)平衡。跨膜受體如Fas、TNF和p75的死亡結(jié)構(gòu)域激活caspase。在離體，凋亡觸發(fā)物之一是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的撤離。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體能激活前存活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。凋亡在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用程序性細(xì)胞死亡必須被看成是一種生物體存活必要的機(jī)制。在神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠修剪發(fā)育期過(guò)剩的神經(jīng)元，并在神經(jīng)細(xì)胞間形成解剖學(xué)上精確且準(zhǔn)確的連接。但是，累積的證據(jù)指明神經(jīng)元死亡的凋亡機(jī)制可能對(duì)幾種神經(jīng)退化疾病和消耗腦功能伴隨老化有貢獻(xiàn)。應(yīng)考慮將注意力集中在發(fā)展干擾這些過(guò)程的藥物試劑上。第三十五頁(yè)，共43頁(yè)。NTF在治療神經(jīng)退化疾病中的應(yīng)用BDNF、GDNF在動(dòng)物模型中，能提高多巴胺能神經(jīng)元的存活。NGF治療Alzhemer病時(shí)，年老的大鼠在完成記憶任務(wù)的能力上有所進(jìn)步。Wobbler突變小鼠患有進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元缺失，用BDNF、CNTF治療，顯示緩慢或停止運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的退化。第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。應(yīng)用的難點(diǎn)NTF是相對(duì)大的蛋白質(zhì)，傳輸?shù)紺NS是一個(gè)顯著的挑戰(zhàn)。BDNF有很好的耐藥性；NGT高劑量產(chǎn)生耐藥性。病人易產(chǎn)生CNTF抗體。高劑量病人，產(chǎn)生嚴(yán)重毒性。外源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子類(lèi)藥物在細(xì)胞培養(yǎng)中效果明顯，在動(dòng)物模型和臨床上效果不佳。第三十七頁(yè)，共4