神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-091120課件

1NeurotrophicFactors23一個(gè)漫長(zhǎng)卻精彩的故事~~~5

直到，一個(gè)聰明的老頭兒，做了一個(gè)聰明的實(shí)驗(yàn)……

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(qiáng)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(wù)的機(jī)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(gè)普遍的，令人驚嘆的策略12營(yíng)養(yǎng)作用的分子基礎(chǔ)關(guān)于神經(jīng)元及其靶標(biāo)的假說(shuō)：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(jiǎn)史雞胚移植實(shí)驗(yàn)測(cè)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(guān)于NGF遺留的問(wèn)題生理環(huán)境下對(duì)神經(jīng)存活的重要作用通過(guò)慢性注射NGF的抗血清來(lái)剝奪發(fā)育中的老鼠的NGF（knockdown）——導(dǎo)致成年小鼠失去大量NGF依賴的神經(jīng)元注射外源性NGF（overexpression）——?jiǎng)t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(méi)有直接證據(jù)顯示NGF是由其靶組織合成，或者說(shuō)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(hào)只在生長(zhǎng)的神經(jīng)元軸突接觸到其靶標(biāo)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(yíng)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(jìn)化上比較保守，與LIF、IL-6等構(gòu)成成血細(xì)胞因子(hematopoieticcytokine)超家族分子以單體形式存在，無(wú)糖基化位點(diǎn)，二級(jí)結(jié)構(gòu)富含α-螺旋結(jié)構(gòu)，為維持活性所必需CNTF缺少信號(hào)肽序列，在真核細(xì)胞中表達(dá)的CNTF不能分泌到胞外27膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

(glialcellline-derivedneurotrophicfactor，GDNF)1993年6月，美國(guó)Synergen生物技術(shù)公司的Lin等發(fā)現(xiàn)并克隆了一種新的NTF，由134個(gè)氨基酸殘基組成，分子量為15kDaGDNF前體有19個(gè)AA的信號(hào)肽，成熟多肽鏈中有7個(gè)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(yíng)養(yǎng)因子肽類生長(zhǎng)因子成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblastgrowthfactor，F(xiàn)GF)：aFGF、bFGF表皮生長(zhǎng)因子(epidermalgrowthfactor，EGF)胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-likegrowthfactor，IGF)：IGF-I，IGF-II白細(xì)胞介素(interleukin，IL)：IL-1，神經(jīng)白細(xì)胞素(neuroleukin)30313233Trk受體的分布

TrkA分布在交感、感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及基底前腦TrkB分布在整個(gè)NS中，在肺、肌肉也有少量表達(dá)TrkC主要在大腦皮質(zhì)，海馬，小腦表達(dá)；TrkC與NT-3在外周分布的不一致性3435Trk受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

PLC-IP3/DAGIP3-Ca2+/CaM：可誘導(dǎo)LTP，促進(jìn)神經(jīng)突起的生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)中樞突觸神經(jīng)遞質(zhì)的受體分型DAG/Ca2+-PKC：生長(zhǎng)相關(guān)蛋白GAP-43(growthassociatedprotein-43)是PKC的一個(gè)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(gè)決定因子36p75NTRstructureNGFKD=10-9M(allneurotrophinscanbindp75NTR)RouxandBarker(2002)ProgNeurobiol67:203-23337p75NTR的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)：無(wú)固定的配體誘導(dǎo)的酶激活域，含有6個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)死亡結(jié)構(gòu)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(dá)，p75受體增加配體與Trk的結(jié)合力，TrkA對(duì)p75NTR介導(dǎo)的信號(hào)通路具有抑制效應(yīng)

p75NTR介導(dǎo)的凋亡作用只有在細(xì)胞內(nèi)Trk的表達(dá)水平很低或不表達(dá)的情況時(shí)才會(huì)出現(xiàn)41NT的主要生物學(xué)效應(yīng)☆發(fā)育期：促進(jìn)神經(jīng)元的存活，生長(zhǎng)和分化成熟對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的選擇作用誘導(dǎo)神經(jīng)纖維定向生長(zhǎng)控制神經(jīng)元存活數(shù)量42NT的主要生物學(xué)效應(yīng)成年期：NT及其受體的表達(dá)和分布都明顯減少，效應(yīng)神經(jīng)元對(duì)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(fù)43NT的主要生物學(xué)效應(yīng)非神經(jīng)系統(tǒng)：

NT與其它肽類生長(zhǎng)因子一樣，也是多功能生長(zhǎng)因子，可影響免疫、造血、內(nèi)分泌、和生殖等系統(tǒng)的功能44CNTF的主要生物效應(yīng)對(duì)中樞和周圍運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的營(yíng)養(yǎng)作用影響非神經(jīng)組織4546GDNF的主要生物效應(yīng)對(duì)多巴胺能神經(jīng)元的營(yíng)養(yǎng)支持促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)育、修復(fù)損傷后運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元對(duì)感覺(jué)神經(jīng)元的營(yíng)養(yǎng)支持47NTF的作用模式逆行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（靶源性的）：經(jīng)典的NTF作用途徑；靶細(xì)胞合成NTF，經(jīng)軸突末端的受體介導(dǎo)，逆行軸突轉(zhuǎn)運(yùn)到胞體4849NTF的作用模式順行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：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(guò)大分子物質(zhì)的順行軸突轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)靶神經(jīng)元起神經(jīng)營(yíng)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(lái)自靶合成的NTF作用于臨近效應(yīng)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(yíng)養(yǎng)52NTF的作用模式通過(guò)膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)：膠質(zhì)細(xì)胞本身就能釋放NTF；在某些生長(zhǎng)因子存在時(shí)可釋放NT完成神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用53NTF的作用模式神經(jīng)元合成NTF：通過(guò)順行軸突、逆行軸突轉(zhuǎn)運(yùn)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(yīng)受體表達(dá)，并對(duì)自身的NTF有反應(yīng)；不能介導(dǎo)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(hào)肽序列，不能分泌到胞外，細(xì)胞損傷時(shí)才能釋放，適應(yīng)神經(jīng)再生需要56神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子與疾病57基因敲除動(dòng)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(gè)月內(nèi)死亡，感覺(jué)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(yùn)動(dòng)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(gè)月內(nèi)死亡，本體感覺(jué)缺失，運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)異常P75NTR非致死性，可存活至成年，但感覺(jué)神經(jīng)元的一個(gè)亞群丟失，周圍感覺(jué)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(zhǎng)瘡、出現(xiàn)自毀傾向，感覺(jué)和交感神經(jīng)節(jié)細(xì)胞缺失BDNF致死性，感覺(jué)神經(jīng)缺陷，顱神經(jīng)節(jié)、外周神經(jīng)節(jié)缺失，最嚴(yán)重的是前庭神經(jīng)節(jié)細(xì)胞顯著喪失，行為表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)、共濟(jì)失調(diào)和呈弓狀姿勢(shì)NT-3致死性，感覺(jué)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(jué)有關(guān)的感受器（肌梭和高爾基腱器）喪失NT-4/5正常，10個(gè)月內(nèi)無(wú)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(yùn)動(dòng)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(yíng)養(yǎng)因子的臨床應(yīng)用前景神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的選擇活性及臨床應(yīng)用可能

疾病作用部位NGFBDNFNT-3NT-4/5CNTFGDNF外周神經(jīng)病感覺(jué)神經(jīng)元√√√√交感神經(jīng)元√ALS運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元√√√√√基底前腦膽堿能神經(jīng)元√√√√√皮質(zhì)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(zhì)神經(jīng)元√√√急性腦脊髓損傷皮質(zhì)－脊髓神經(jīng)元√神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤√神經(jīng)膠質(zhì)瘤√成神經(jīng)細(xì)胞瘤60神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的臨床應(yīng)用前景帕金森病(Parkinsondisease，PD)：主要病因：黑質(zhì)紋狀體通路中的多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性退化造成治療：BDNF

GDNF：對(duì)DA能神經(jīng)元作用最強(qiáng)的NTF61神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的臨床應(yīng)用前景肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化(ALS)

主要原因：運(yùn)動(dòng)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(kāi)始臨床試驗(yàn)62神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的臨床應(yīng)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(diào)ChAT表達(dá)63神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的臨床應(yīng)用前景外周感覺(jué)神經(jīng)病主要原因：外周感覺(jué)神經(jīng)元的退化。治療：NGF為主64神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的臨床應(yīng)用前景神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素為蛋白質(zhì)，難以通過(guò)血腦屏障，故不能直接通過(guò)全身給藥治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

腦內(nèi)給藥利用蛋白修飾增加穿過(guò)血腦屏障的能力利用基因工程手段增加NTF的功能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍多種NTF聯(lián)用尋找調(diào)控NTF及其受體表達(dá)或啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的小分子物質(zhì)65遺留的問(wèn)題找到靶組織以前，神經(jīng)元靠什么活著？在CNS中還沒(méi)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