神经营养因子.ppt

神经营养因子,Neuronotrophins/Neurotrophic Factors,神经营养因子概述,概念： 具有神经营养活性，与神经细胞生长、存活相关的细胞因子的统称，是细胞因子的重要一类 功能： 增强分化，诱导增殖，影响突触功能，防止神经细胞凋亡 特点: 具有细胞因子的功能特点：多功能性，协同性和相互依赖性相互制约性，自分泌和旁分泌性神经营养因子的分类,神经营养素 神经生长因子，脑源性神经营养因子，睫状神经营养因子，神经营养素3，4，4/5，5，6，7，神经胶质细胞源性神经营养因子及紫红素 表皮生长因子类 EGF 成纤维细胞生长因子类 aFGF, bFGF 胰岛素样生长因子 IGF2 其它具有神经营养的细胞因子 PDGF, NSE(Neuron-specific enolase), Activin A, HBNF(heparin-binding Neurite-promoting Factor),神经生长抑制因子（NGI）,神经抗增殖蛋白 星形胶质细胞抑制素(Astrostatine) 胶质生长抑制因子(Glial growth inhibitory factor ，GGIF),神经生长因子（NGF）,NGF的产生 NGF最初是从鼠的颌下腺中分离到 NGF可在下丘脑、松果体、胸腺、结缔组织及 附睾中合成，也可由其它不同类型的细胞，包括血管平滑肌细胞和成纤维细胞合成。

在皮质及中枢神经系统中，特定的神经元细胞中的NGF的表达受谷氨酰胺所促进，受GABA所抑制 NGF的表达可被血清、PMA、Vitamin D3所增强，被糖皮质激素所抑制 在星形胶质细胞中，IL1、TNF-alpha、PDGF和TGF-beta可促进NGF的表达，在斯旺细胞中TGF-beta可抑制NGF的表达，而其它细胞因子则无影响NGF蛋白质的合成,NGF是以前体蛋白原形式合成的，前体蛋白原由 305残基组成，包括一个信号肽，由18个氨基酸残基和由103个氨基酸残基组成的前体序列 成熟NGF的产生是通过对前体蛋白进行氨基端和羧基端的蛋白酶解后产生的 NGF是高度保守的，在不同物种间表现极少的差异NGF氨基酸序列的保守性 但不同种产生的NGF的主要高原决定簇之间存在明显差异，因而抗原性不同，彼此间缺乏免疫交叉反应,,NGF蛋白质结构,鼠NGF：最初从下颌腺中分离得到，称为7S NGF, 由NGF-alpha、NGF-beta和NGF-gamma三个蛋白组成复合物 NGF-alpha：其结构与酪蛋白样丝氨酸激酶相关，但功能不甚清楚 NGF-beta：26kD, 由118氨基酸残基组成的多肽亚基，相同的多肽链借助链间的二硫键连结形成二聚体，是NGF的主要活性成分。

NGF-gamma：其结构与酪蛋白样丝氨酸激酶相关，功能与EGF结合蛋白有关，可能参与NGF-beta的加工过程；此外，还能激活和切割巨噬细胞刺激蛋白（Macrophage Stimulating Protein, MSP）,NGF蛋白质结构,人NGF蛋白，两种，三个糖基化位点 NGF前体1，分子量为3.4kD, 以-187位的甲硫氨酸残基为起始点，含有70个氨基酸残基组成的信号肽； NGF前体2，分子量为2.7kD，以-121位的甲硫氨酸残基为起始点，只含有一个较短的信号肽,NGF基因结构,鼠NGF基因 鼠NGF-beta基因：长约45kb，含4个外显子，仅在第4个外显子的3‘端编码NGF-beta NGF-alpha和NGF-gamma基因：定位于7号染色体，是两个相邻基因，从同一DNA模板链上转录，中间以 5.3 kb 的间隔序列相隔 人NGF基因 定位于1p13,基因结构与鼠NGF相似方式组织； 原始的转录物经过不同的剪接方式，产生两种不同的mRNA，不同剪接的mRNA在不同的组织中差异性表达 NGF-alpha和NGF-gamma由两个独立的基因编码，但基因间存在高度同源性，说明可能来源于同一祖先基因 在NGF基因的第一个外显子中含有一PMA反应成分（TRE），作为与转录因子结合的位点参与基因表达的调节。

NGF受体,NGF受体：糖蛋白gp140trk 分子量140kD的糖蛋白,在其细胞内结构域中含有一个内源性的酪氨酸特异性激酶（tyrosine-specific protein kinase,PTK),其介导的NGF的大多数活性，由 NGF受体基因：trk gene编码 gp140Trk在单核细胞表面表达及其它研究结果，提示NGF除了神经营养作用外，对单核细胞具有重要的免疫调节作用,低亲和力NGF受体（LGNFR）,低亲和力神经生长因子受体： 由LNGFR基因(low affinity NGF receptor)编码，其对NGF的亲和力很低，为kdis =10**-9 -10**-8 M) ，其确切功能还不清楚LNGFR由399个氨基酸残基组成，系一富含半胱氨酸的跨膜糖蛋白，分子约为80kD，又称为gp80LNGFR, 有一极短的细胞内结构域 LNGFR的功能 LNGFR在许多神经细胞表面表达，但它们对NGF并无反应 LNGFR也在许多其它细胞表面，包括：结缔组织细胞，肌肉细胞，淋巴组织和淋巴细胞； LNGFR同时也是BDNF（brain-derived neurotrophic factor)和神经营养素3（NT-3）的受体 有人提出，trk和LNGFR联合可产生一高亲和力NGF受体 (kdis =10**-11 M)，但目前还不清楚，至少单存在trk受体即能介导NGF细胞生长活性,NGFR的信号转导,对于NGF与受体结合后的细胞内信号转导机制目前还不清楚 cAMP作为第二信使的作用已经被排除 G-蛋白可能参与信号转导过程 癌基因ras的表达在NFG信号转导中可能是必需的，当抑制ras基因表达时可抑制NGF介导的某些细胞的分化过程 NGF可介导一些基因的表达，这些基因被称为NGF可诱导基因(NGF-inducible genes, NGFI),NGF的生物学功能,NGF的主要功能是促进周围神经系统的感觉和突触神经元的生存和分化，NGF本身并不是一个有丝分裂原，并不能促进细胞的分裂增殖 在中枢神经系统的胆碱能神经元的发育和功能活性中起重要的作用 持续NGF灌注大鼠时能够防止神经元的死亡，当用抗NGF抗体处理新生大鼠时可引起全身性神经系统神经元的完全变性并引起多种神经内分泌失调 NGF可诱导感觉神经元中多种神经递质样多肽的合成，包括P物质(Substance P, SP)、Somatostatin和VIP(vasoactive intestinal peptide) NGF在神经突触末端可抑制去甲肾上腺素的释放，作为一种抑制性调节因子参与肾上腺素的加工过程，可能是一种抑制儿茶酚胺刺激的NGF合成的负反馈机制,NGF的生物学功能,NGF在许多非神经组织细胞中也表达，其可能具有更广泛的作用，如NGF能够刺激化学趋化作用 NGF能够促进肥大细胞的增殖，增强组织胺的释放，增强嗜碱细胞在不同刺激物作用下脂介质的形成 NGF能够刺激B细胞的生长与分化，刺激T细胞及某些肿瘤细胞的生长； NGF能够抑制不同的浆细胞合成免疫球蛋白，这种抑制作用可被IL6所恢复 NGF还影响嗜酸性细胞和嗜碱性细胞的分化，说明NGF在调节免疫反应中发挥辅助作用 IL1,IL6和bFGF是NGF的诱导剂，同时NGF也可诱导嗜铬细胞瘤PC12中IL1的表达，它作用神经胶质细胞的生长因子，并能在神经损伤时诱导NGF合成 NGF诱导胸腺基质细胞合成IL6，诱导fos和myc癌基因的合成，还影响EGF的表达,NGF的临床应用,NGF主要用于神经退变性疾病的治疗 Vitamin D3及其它代谢活性前体是NGF强诱导物 向脑内输注人NGF能够防止胆碱能神经元的变性，因此可能用于防止Alzheimer‘s病 NGF用于伴有多发性神经病变的糖尿病 NGF可用于化疗引起的神经病变,脑源性神经营养因子（BDNF）,脑源的神经营养因子（BDNF）是由猪脑提取液中获得的一种神经营养因子，为分子量12．3KD的碱性蛋白。

其氨基酸序列55％～60％与NGF、NT-3同源 它不但对多种神经元的发育分化和生长再生具有维持和促进作用，也能挽救损伤的脊髓运动神经元和感觉神经元 BDNF为损伤神经元提供营养，国外已开始试用脑内注射BDNF治疗某些神经系统疾病（如Parkinson病、肌萎缩侧索硬化症等），其治疗有一定效果 大规模生产和用药途经等问题未得到解决，目前还不能真正应用于临床,BDNF的表达,BDNF首先在中枢神经系统的神经元中发现，它主要在下丘脑、皮质及前脑基底部的突触部位表达； BDNA的表达受神经活动及神经递质系统的调节； BDNF在外周神经受损伤时，也可在斯旺细胞中表达 BNDF还可在肌肉细胞中表达，当肌肉失神经支配时其表达上调,BDNF的蛋白结构,BDNF是一个碱性蛋白，等电点pI =9.99，由252个氨基酸组成，以前体方式合成，有一18个氨基酸组成的亲水性的信号肽及112个氨基酸组成的前体序列 从不同哺乳动物分离得到的BDNF的氨基酸序列具有极度同源性，并且在组织表达分布上也高度保守 BDNF蛋白的一些结构域与NGF相同，另一结构域则与NT-3相同，抗鼠NGF的多抗可对BDNF起交叉反应，并可部分或全部阻断BDNF的生物学活性 在蛋白质水平，BDNF、NGF及NT-3之间有50％的同源性。

不同的结构域可能与某些特定神经元特异性基因表达相关BDNF的基因结构,人BDNF基因定位于11号染色体的11p15.5-p11.2，位于FSHB 和HVBS1基因座位之间，跨度约4 Mb 鼠BDNF基因定位于第2号染色体 大鼠BDNF基因5个外显子组成，5‘端的4个外显子与相互分离的启动子相连，3’端的外显子则编码BDNF蛋白,BDNF的受体,BDNF的生物学活性由属于trk受体家族的酪氨酸特异性蛋白激酶介导 BDNF对gp140trk受体仅有弱结合力，也能与LNGFR结合 基于它们在受体结合上的共同性，将NGF、BDNF和NT-3组合成一个全能性神经营养因子，可能获得更强的生物学功能,BDNF的生物学功能,选择性地支持感觉神经元和视网膜神经节的存活 在体外支持某些胆碱能神经元和多巴胺神经的存活的分化 防止培养的胚大鼠脊椎运动神经元的死亡，仅需picogram的BDNF；还能抑制胚鸡运动神经元的正常细胞死亡 BDNF对交感神经节无作用 在中枢神经系统的下丘脑和皮质中，BDNF的合成受神经元活动的影响：谷氨酸神经递质系统上调节BDNF的表达，GABA神经递质系统则下调BDNF的表达 在培养的神经肌肉突触系统发育中，BDNF能够快速激发突触的自发性和脉冲性突触活性，说明BDNF参与突触发育功能的调节,BDNF的生物学功能,某些神经元，包括三叉神经感觉神经元和小脑神经元的生长则表现为对BDNF、NGF和NT-3之间的依赖性切换 BDNF可以自分泌的形式起作用，如许多海马神经元和皮质神经元共表面BDNF和相应的trkB受体 BDNF还可与其它神经营养因子协同作用，如与NT-3有协同增强作用，与LIF也有作用。

BDNG、NGF和NT-3的组织分布和神经元特异是显著不同的，BDNF及NT-3能对某些不与NGF反应的神经元起作用 糖皮质激素在大脑发育和衰老中具有重要的调节作用，能够影响海马神经元在不同神经损伤因素下的生存能力，可阻止培养的大鼠神经元细胞中活性依赖性BDNF转录升高，说明糖皮质的作用可能是通过调节脑内BDNF及其它神经营养因子的水平来发挥作用,BDNF的临床应用价值,由于BDNF对感觉神经元、视网膜神经节、前脑基底部胆碱能神经元和间脑多巴胺神经元的存活的支持作用，提示其可能用于神经变性疾病如巴金森病的治疗 BDNF对运动神经元的作用，使它可能用于运动神经元疾病，包括肌萎缩性脊髓侧索硬化症的治疗 BDNF输注到大鼠的海马及皮质区能够提高神经肽Y及其它神经肽的表达,神经营养因子-3(Neurotrophin-3,NT-3）,。