第四章-神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

第四章神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子掌握要點(diǎn)：1.神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族的組成和受體類型2.NGF的主要生物學(xué)效應(yīng)2神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的發(fā)現(xiàn)：1934年，Hamburger在雞胚芽上發(fā)現(xiàn)受神經(jīng)支配的外周組織對(duì)神經(jīng)中樞的發(fā)生有調(diào)節(jié)作用。1948年，Buerker發(fā)現(xiàn)向3日齡雞胚植入小鼠肉瘤S-180，使雞胚脊神經(jīng)節(jié)和交感神經(jīng)節(jié)明顯增大。1952年，Levi-Montalcini用雞胚背根節(jié)組織培養(yǎng)技術(shù)建立了檢測(cè)促進(jìn)神經(jīng)發(fā)育的生長(zhǎng)因子活性的方法。1960年Cohen從蛇毒和小鼠頜下腺中分離純化出該物質(zhì)，并命名為神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nervegrowthfactor,NGF)。20世紀(jì)80年代末期，相繼發(fā)現(xiàn)一系列神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子：腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derivedneurotrophicfactor,BDNF)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3、4/5和-6（neurotrophin-3,4/5,-6,NT-3,NT-4/5,NT-6)341934:VictorHamburgerdiscoveredthatremovalofalimbbudresultedinreducednumbersofsensoryandmotorneuronsinthespinalcord.1939:VictorHamburgershowedthattransplantationofasupernumerarylimbresultedinincreasednumbersofsensoryandmotorneuronsinthespinalcord.Eight-day-oldsensorygangliafromchickembryos.(a)Theganglion,whichfacesafragmentofchickembryonictissue(ct),showsfibroblastsbutfewnervefibers.(b)Ganglionculturedinthepresenceoffragmentsofmousesarcomafor24h.(c)Ganglionculturedinthepresenceoffragmentsofmousesarcomafor48h.In(b)and(c),theganglia,facingfragmentsofsarcoma(s),showthetypical‘halo’effectelicitedbythegrowthfactorreleasedfromthesarcoma.In(c),notethefirstevidenceofaneurotropiceffectofthegrowthfactor.5‘halo’effect神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的作用:1.一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用于一種神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生多種效應(yīng)。促進(jìn)神經(jīng)元的存活促進(jìn)神經(jīng)元軸突的發(fā)生、分支和延伸影響神經(jīng)肽和神經(jīng)纖維蛋白的合成6營(yíng)養(yǎng)因子理論(trophicfactortheory)：神經(jīng)元的生長(zhǎng)必須有來自靶組織的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子逆向?qū)Ｒ坏淖饔糜谥渖窠?jīng)元。2.一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子影響不同類型的神經(jīng)細(xì)胞。神經(jīng)生長(zhǎng)因子：背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、海馬膽堿能神經(jīng)元睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子：睫狀神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、交感神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)不同類型神經(jīng)細(xì)胞的識(shí)別統(tǒng)一于這些神經(jīng)細(xì)胞上特定神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體的存在。73.神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子不僅來源于靶細(xì)胞(靶源性/逆行轉(zhuǎn)運(yùn))，也來源于傳入神經(jīng)元及神經(jīng)鞘細(xì)胞(旁分泌)，甚至來源于支配神經(jīng)元本身(自分泌)。4.不同的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子可以結(jié)合同一受體或受體亞基。Trk受體：NGF,BDNF,NT-3和NT-4/5不同營(yíng)養(yǎng)因子共用一種受體或一種受體亞基，體現(xiàn)了同一類神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子作用相似性的本質(zhì)。89神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的分泌方式

表4-1神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的分類

名稱縮寫1.神經(jīng)生長(zhǎng)因子基因家族Nervegrowthfactorgenefamily

①神經(jīng)生長(zhǎng)因子NervegrowthfactorNGF②腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子Brain-derivedneurotrophicfactorBDNF③神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-3Neurotrophin-3NT-3④神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素-4/5Neurotrophin-4/5NT-4/52.成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子家族Fibroblastgrowthfactorfamily

①酸性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子AcidicfibroblastgrowthfactorFGF-1(aFGF)②堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子BasicfibroblastgrowthfactorFGF-2(bFGF)③成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-3Fibroblastgrowthfactor-3FGF-3(Int-2)10④成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-4Fibroblastgrowthfactor-4FGF-4(Kaposi-FGF)⑤成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-5Fibroblastgrowthfactor-5FGF-5⑥成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-6Fibroblastgrowthfactor-6FGF-6⑦成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-7（角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子）Fibroblastgrowthfactor-7(Keratinocytegrowthfactor)FGF-7(KGF)⑧成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-8(雄激素誘導(dǎo)性生長(zhǎng)因子)Fibroblastgrowthfactor-8(Androgen-induciblegrowthfactor)FGF-8(AIGF)⑨成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-9（神經(jīng)膠質(zhì)激活因子）Fibroblastgrowthfactor-9(Glialactivatingfactor)FGF-9(GAF)3.膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子Glial-derivedneurotrophinfactor

①膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-1Glial-derivedneurotrophinfactor-1GDNF-1②膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-2Glial-derivedneurotrophinfactor-2GDNF-211③NeurturinNTN④PersephinPSP⑤ArteminART4.轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子家族Transforminggrowthfactorfamily

①轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-αTransforminggrowthfactorfamily-αTGF--α②轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-βTransforminggrowthfactorfamily-βTGF-β③表皮生長(zhǎng)因子EpidermalgrowthfactorEGF④活化素AActivinA

5.生神經(jīng)因子家族Neuropoieticfactorsfamily

①膽堿能分化因子/白血病抑制因子Cholinergicdifferentiationfactor/leukemiaInbibitoryfactorCDF/LIF②睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子CiliaryneurotrophicfactorCNTF③制瘤素MOncostatinMOSM④生長(zhǎng)促進(jìn)活性物質(zhì)Growth-promotingactivityGPA⑤汗腺因子SweatglandfactorSGF⑥白介素-6和白介素-11Interleukin-6,interleukin-11IL-6,IL-1112一、神經(jīng)生長(zhǎng)因子1952年

意大利科學(xué)家Levi-Montalcini發(fā)現(xiàn)了NGF。1960年

美國(guó)科學(xué)家Cohen提取純化NGF，證明其生物活性。1970年

Cohen證明NGF是個(gè)復(fù)合蛋白。1984年

NGF的研究重點(diǎn)從周圍神經(jīng)系統(tǒng)拓展到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，乃至非神經(jīng)系統(tǒng)。1986年

Montalcini和Cohen因?qū)GF研究的杰出而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。13第一節(jié)神經(jīng)生長(zhǎng)因子基因家族14StanleycohenRitaLeviMontalciniPhotomicrographsofsensorygangliaremovedfromaneight-day-oldchickembryoandculturedfor24hat37°C.Gangliawerecultured(a)inamediumcontainingnonervegrowthfactor(NGF)and(b)inamediumcontaining10ngml?1ofNGF.

神經(jīng)生長(zhǎng)因子基因家族：NGF、BDNF、NT-3和NT-4/5基因都位于1號(hào)染色體短臂近端，活性形式均為二聚體，單體分子量14kD左右，氨基酸序列相似。受體：高親和力受體：TrkA—NGFTrkB—BDNF和NT-4/5TrkC—NT-3低親和力受體：p75NTR蛋白1516（一）基因和分子結(jié)構(gòu)

NGF基因→mRNA→前體蛋白前體蛋白有兩種：長(zhǎng)→7SNGF(α2βγ2三種亞基組成的復(fù)合體)短→2.5SNGF(β亞單位：兩個(gè)肽鏈(每個(gè)肽鏈

118aa)組成的二聚體，分子量26kD)1718Three-dimensionalrepresentationofNGF.A,theNGFdimerwitheachsubunitcoloreddifferentlyforclarity.B,thetertiaryfoldfortheNGFsubunit.Thethreedisulfidebridgesaredrawnaswhitestickswithgreenindicatingthesulfur-atom.該家族分子結(jié)構(gòu)的保守性：①起始密碼子之后的信號(hào)肽；②與N端相連的糖基化部位和一個(gè)蛋白水解的裂解部位；③由二對(duì)不平衡的β-鏈形成的三維結(jié)構(gòu)，以及6個(gè)半胱氨酸殘基形成的3個(gè)二硫鍵。19神經(jīng)組織：中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞都可以合成NGF，如海馬、大腦皮質(zhì)、小腦、下丘腦、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、周圍神經(jīng)的脊神經(jīng)節(jié)、自主神經(jīng)節(jié)等。靶源性逆向分泌順行性分泌旁分泌自分泌20（二）NGF的分布NGF的分布周圍組織：頜下腺(雄性小鼠)、前列腺（豚鼠）、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞以及骨骼肌細(xì)胞。腫瘤組織（間充質(zhì)）：成神經(jīng)細(xì)胞瘤、神經(jīng)纖維瘤、肌肉瘤、脂肪肉瘤、黑色素瘤等。其它來源：

蛇毒：Crotalidae,Viperidae,Elapidae金魚的腦培養(yǎng)的細(xì)胞：C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞，成纖維細(xì)胞瘤細(xì)胞，

骨骼肌細(xì)胞，肉瘤37和180等21一、受體的類型Trk-R包括TrkA、TrkB和TrkC。NGF：TrkA；p75NTRTrk是原癌基因產(chǎn)物，該基因既編碼原肌球蛋白，又編碼酪氨酸激酶受體，因此稱為原肌球蛋白受體激酶(tropomyosinreceptorkinase,Trk)。22（三）NGF的受體二、TrkA的分子結(jié)構(gòu)TrkA(P140trkA)受體是分子量140kD的跨膜糖蛋白，解離常數(shù)Kd=10-11mmol/L，是NGF的高親和力受體。TrkA受體與NGF結(jié)合既可以激活內(nèi)在的酪氨酸激酶活性，又可以作為底物自身磷酸化。2324AlternativesplicinggeneratesmanyTrkreceptorisoformsRouxandBarker(2002)ProgNeurobiol67:203-23325TrksignalingpathwaysRas激活的下游信號(hào)1.PI3K-Akt:cellsurvival2.MAPK:neuriteoutgrowthandneuraldifferentiation3.PLC-IP3/DAG:activity-dependentplasticity27BrodeurGMetal.ClinCancerRes2009;15:3244-325027TrksignalingpathwaysMEK/MAPKpathway圖4-42829ActivatedTrkcansignallocallyandretrogradelyusingdifferentsignallingpathwaysMillerandKaplan(2001)Neuron32:767-770Slow(2-20mm/hr)30

胞外區(qū)：4個(gè)重復(fù)的富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域，與配體結(jié)合有關(guān)。

胞內(nèi)區(qū)：無固定的配體誘導(dǎo)的酶激活域，含有6個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的死亡結(jié)構(gòu)域(deathdomain，DD)三、NGF低親和力受體：p75Kd=10-9M

(allneurotrophinscanbindp75NTR)31P75recruitscytoplasmicinteractorstosignalP75蛋白可以與神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族的任一成員結(jié)合。①增強(qiáng)TrkA與NGF結(jié)合；②單獨(dú)發(fā)揮作用，參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程。

p75-小鼠：感覺神經(jīng)元和交感神經(jīng)元缺損在胚胎發(fā)育的不同時(shí)期作用也不同：胚胎第12-15天：P75蛋白與TrkA共同維持神經(jīng)細(xì)胞的生存和生長(zhǎng)；胚胎第19天--產(chǎn)后第2天：P75蛋白可以介導(dǎo)細(xì)胞