神經(jīng)營養(yǎng)因子.ppt

1、神經(jīng)營養(yǎng)因子Neurotrophic Factor,簡介,半個(gè)世紀(jì)前，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外的信號能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長、分化。 1948年，Bueker 首次提出存在NGF。 Rita Levi-Montalcini和Victor Hamburger也證明了存在著促進(jìn)這些神經(jīng)節(jié)中神經(jīng)元生長的可溶性物質(zhì)。 Levi-Montalcini將一小片含有感覺神經(jīng)元或交感神經(jīng)元的組織放入培養(yǎng)皿中，發(fā)現(xiàn)來自肌瘤的細(xì)胞非常劇烈地刺激神經(jīng)突起(neuritic) 向外生長 。,直到十年前，才闡明生長因子和細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)的分子多樣化。 生長因子信號轉(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、Pa

2、rkinson 病、亨廷頓(huntington)病和肌萎縮側(cè)面硬化（ amyotropic lateral sclerosis）。 某些神經(jīng)生長因子為細(xì)胞因子。,神經(jīng)營養(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、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。,神經(jīng)營養(yǎng)因子分類,神經(jīng)營養(yǎng)素(Neurotrophins)家族,包括神經(jīng)生長因子( NGF )、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營養(yǎng)素(NT)37及源自非哺乳動物的神經(jīng)營養(yǎng)素;膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF

3、)家族,包括發(fā)現(xiàn)的NTN、PSP、ART (artemin)、RNV (renovin);細(xì)胞因子家族（CNTF ）,包括睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子、白介素-6(IL-6)、白血病抑制因子(LIF)及心肌營養(yǎng)素-1(,CT-1);成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)家族。此外,還有胰島素樣生長因子(IGF)、表皮生長因子等。,神經(jīng)營養(yǎng)因子的特性,神經(jīng)營養(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)末梢或樹突伸展區(qū)。 活性合成可能主要取決于它們的釋放。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

4、了它們的擴(kuò)散以及它們持續(xù)活動時(shí)間。 合成和活性的配對導(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。,神經(jīng)營養(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)營養(yǎng)因子作用于這些細(xì)胞末梢的突觸靶上。,NTF與神經(jīng)肽的區(qū)別,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

5、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)元的生長和分化，影響這些神經(jīng)元的存活以及成年表型的分化。,神 經(jīng) 營 養(yǎng) 因 子 受 體 Neurotrophins Trk （R-PTKs） NGF、BDNF、NT-3、NT-4 TrkA 、TrkB、TrkC1 GDNF family Coupled to Ret GDNF 、neurturin、persephin GFR1、GFR2、 nuknown CNTF family Coupled to Jan

6、us kinase（JAK ） CNTF、LIF、IL-6 GP130、CNTFR、LIFR Ephrins Eph (R-PTKs) EGF family ErbB (R-PTKs) EGF, TGF, neuregulns2 Other growth factors R-PTKs Insulin, IGF, FGF, PDGF Interleukins and related cytokines IL-IR coupled to PS/TK, R-PTK IL-1, IL-2, IL-3, IL-5,TNF, TNF Coupled to JAK, Related to p753 TGF

7、family TGF R-PS/TRs Other cytokines Coupled to JAK, R-PTKs Interferons (IFN, , ), m-CSF, gm-CSF Coupled to JAK Chemokines G protein-coupled receotors CC chemokines (IL-8) CC1-CC8R CXC chemokines (MIP, MCP) CXC1-CXC4R CX3C chemokines (neurotactin) Cx3C1R,分類,一、神經(jīng)營養(yǎng)素(Neurotrophins),Neurotrophins是分子量較小的

8、蛋白質(zhì)，主要通過Trk受體產(chǎn)生生物效應(yīng)。 家族組成：NGF、BDNF、NT-3、NT-4 。 作用,NGF的結(jié)構(gòu),由三種不同類型的蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物。它對交感神經(jīng)和感覺神經(jīng)元?dú)埢纳飳W(xué)活性取決于其亞單位。,NGF的作用,不能引起神經(jīng)元或其前體細(xì)胞的有絲分裂。對神經(jīng)元的存活、形成及活動有深刻的影響。 在交感神經(jīng)元的正常發(fā)育及成年動物的維持中起作用。交感神經(jīng)元或感覺神經(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)對軸突生長的方向性提供了一個(gè)化學(xué)信號。 促進(jìn)膽堿能神經(jīng)元的存活。,神經(jīng)營養(yǎng)因子作用,（一）神經(jīng)系統(tǒng)退變性疾病 帕金森病(P

9、arkinson disease,PD)、阿爾茨海默病(Alzheimer disease,AD)和肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)等都是中老年常見的CNS退變性疾病,（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血腦屏障;加之腫瘤細(xì)胞的生長和浸潤的自身特性及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。,（三）腦缺血,缺血性的腦損害激活神經(jīng)元的離子通道,引起鈣離子濃度過度增加;此外,腦細(xì)胞缺氧造成無氧酵解,進(jìn)而能量耗竭,興奮性氨基

10、酸釋放,繼發(fā)自由基損害,神經(jīng)元變性壞死。NTFs通過與相應(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)。,（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。,神經(jīng)營養(yǎng)素作用的神經(jīng)元細(xì)胞類型,NGF保證交感神經(jīng)元和感覺神經(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)動皮層和海馬神經(jīng)元的存活。 神經(jīng)營養(yǎng)素能促進(jìn)位于腦干中的去甲腎上腺素激活的、多巴胺

11、激活的、血清素激活的神經(jīng)元的存活。,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。,P75受體,分子量為75kDa的蛋白質(zhì) 與神經(jīng)營養(yǎng)素的結(jié)合親和力較低 可介導(dǎo)Trk的信號轉(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)營養(yǎng)素。 是細(xì)胞死亡途徑的一個(gè)關(guān)鍵角色。,神經(jīng)營養(yǎng)素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,Ras信號轉(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-

12、結(jié)合態(tài)之間轉(zhuǎn)變。 3. 與GTP結(jié)合，使細(xì)胞生長保持活性，刺激細(xì)胞過量增殖。,PC12細(xì)胞及NGF作用的機(jī)制,來源于嗜鉻細(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。 注射活化Ras可刺激神經(jīng)突起的生長。 激活形式的Raf激酶使突起生長，模擬NGF的作用。 注射突變MEK酶編碼的DNA也可使突起生長。,Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑疾病,神經(jīng)營養(yǎng)因子激活的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的缺陷能導(dǎo)致細(xì)胞過量增殖，引起各種疾病。 神經(jīng)纖維瘤?。╪eurofibromatosis)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

13、基因具有的突變體能通過以下二種狀態(tài)引起Ras保持固有的活潑狀態(tài)： 1. 降低Ras GTP酶活性 2. 使Ras對GTPs調(diào)節(jié)的反應(yīng)遲鈍。,神經(jīng)營養(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)元和感覺神經(jīng)元喪失。 NGF和TrkA knockout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。 TrkB knockout小鼠，頭蓋運(yùn)動神經(jīng)元、三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元出現(xiàn)死亡。 BDNF knockout小鼠，面部和脊椎運(yùn)動神經(jīng)元無丟失。 肌萎縮外側(cè)硬化癥(amyotrophic lateral sclerisis )以皮層

14、和脊椎運(yùn)動神經(jīng)元的退化為特征。,神經(jīng)營養(yǎng)素的作用,NGF刺激神經(jīng)突起的生長。 BDNF維持運(yùn)動神經(jīng)元的存活。 NT-4對發(fā)育期運(yùn)動神經(jīng)元的存活是重要的。 NT-3維持運(yùn)動神經(jīng)元的存活沒有BDNF、NT-4好。,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。Glial cell line-Derived Neurotrophic Factor GDNT，分子量為18kDa糖蛋白，通過二硫鍵連接成二聚體。 GDNF家族還包括Neurturin、persphin,插入受體蛋白稱為GFR1，它是一個(gè)分子量約為40kDa的蛋白質(zhì)，通過糖磷脂酰肌醇（GPI）GFR1被

15、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Hirschsprung病 一致。 Ret的gain-of-function突變體與人類神經(jīng)嵴惡性腫瘤一致，如多重性內(nèi)分泌瘤和髓狀甲狀腺癌。,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

16、因子。,三、細(xì)胞因子家族(Ciliary neurotriphic factor，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)、生長激素、leptin、干擾素及制瘤素-M等 CNTF、LIF及IL-6，它們最初的名稱為細(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的初始和唯一的來源。,CNTF的作用,CNTF可調(diào)節(jié)交感神經(jīng)元、感覺神經(jīng)元、運(yùn)動神經(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、分化及血統(tǒng)承擔(dān)義

17、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。,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CNTF“敲除體”，這些個(gè)體發(fā)育沒有明顯的缺陷。 小鼠缺乏CNTF-結(jié)合蛋白CNTFR就失去了幾乎所有的運(yùn)動神經(jīng)元，并在出生后24小時(shí)死去。,免疫細(xì)胞因子的作用,IL-1、IL-6、TNF、轉(zhuǎn)移生長因子-（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。 活化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞通過重建正常動態(tài)平衡來總體幫助大

18、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 。,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)營養(yǎng)因子的撤離及隨后至關(guān)重要的信號轉(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)類似于TNF結(jié)構(gòu)的死亡結(jié)構(gòu)域，通過細(xì)胞膜上神經(jīng)鞘脂產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺來激活凋亡。 應(yīng)答NGF撤離時(shí)觸發(fā)凋亡。,細(xì)胞凋亡途徑,細(xì)胞死亡或存活取決于死亡信號和存活信號之間的動力學(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)營養(yǎng)因子的撤離。神經(jīng)營養(yǎng)因子受體能激活前存活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)。,凋亡在神經(jīng)系統(tǒng)中的

19、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)展干擾這些過程的藥物試劑上。,NTF在治療神經(jīng)退化疾病中的應(yīng)用,BDNF、GDNF在動物模型中，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)動神經(jīng)元缺失，用BDNF、CNTF治療，顯示緩慢或停止運(yùn)動神經(jīng)元的退化。,應(yīng)用的難點(diǎn),NTF是相對大的

20、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)營養(yǎng)因子類藥物在細(xì)胞培養(yǎng)中效果明顯，在動物模型和臨床上效果不佳。,小 結(jié),1. 神經(jīng)營養(yǎng)因子是一種支持神經(jīng)元的生長、分化及成活的多肽。 2.與多肽的神經(jīng)遞質(zhì)相比，神經(jīng)營養(yǎng)因子是通過酪氨酸激酶的活化產(chǎn)生作用的，酪氨酸激酶也可能是神經(jīng)營養(yǎng)因子實(shí)質(zhì)上的受體或者是分離的蛋白質(zhì)。 3.在適當(dāng)神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏的情況下，神經(jīng)元通過程序性死亡（成為凋亡）而死舉例。,舉例,正常成人腦重1500g，占體重的23%，流經(jīng)腦組織的血液7501000ml/ min，表明腦血液供應(yīng)非常豐富，代謝極為旺盛。能量來源主要依賴于糖的有氧代謝，幾乎無能量儲備。因此腦組織對缺血、缺氧