第四章神经营养因子

第四章神经营养因子掌握要点：1.神经生长因子家族的组成和受体类型2.NGF的主要生物学效应2神经营养因子的发现：1934年，Hamburger在鸡胚芽上发现受神经支配的外周组织对神经中枢的发生有调节作用。1948年，Buerker发现向3日龄鸡胚植入小鼠肉瘤S-180，使鸡胚脊神经节和交感神经节明显增大。1952年，Levi-Montalcini用鸡胚背根节组织培养技术建立了检测促进神经发育的生长因子活性的方法。1960年Cohen从蛇毒和小鼠颌下腺中分离纯化出该物质，并命名为神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)。20世纪80年代末期，相继发现一系列神经营养因子：脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor,BDNF)神经营养素-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神经营养因子的作用:1.一种神经营养因子作用于一种神经细胞产生多种效应。促进神经元的存活促进神经元轴突的发生、分支和延伸影响神经肽和神经纤维蛋白的合成6营养因子理论(trophicfactortheory)：神经元的生长必须有来自靶组织的神经营养因子逆向专一的作用于支配神经元。2.一种神经营养因子影响不同类型的神经细胞。神经生长因子：背根神经节神经元、海马胆碱能神经元睫状神经营养因子：睫状神经节神经元、背根神经节神经元、交感神经节神经元、运动神经元和黑质多巴胺能神经元神经营养因子对不同类型神经细胞的识别统一于这些神经细胞上特定神经营养因子受体的存在。73.神经营养因子不仅来源于靶细胞(靶源性/逆行转运)，也来源于传入神经元及神经鞘细胞(旁分泌)，甚至来源于支配神经元本身(自分泌)。4.不同的神经营养因子可以结合同一受体或受体亚基。Trk受体：NGF,BDNF,NT-3和NT-4/5不同营养因子共用一种受体或一种受体亚基，体现了同一类神经营养因子作用相似性的本质。89神经营养因子的分泌方式表4-1神经营养因子的分类名称缩写1.神经生长因子基因家族Nervegrowthfactorgenefamily①神经生长因子NervegrowthfactorNGF②脑源性神经营养因子Brain-derivedneurotrophicfactorBDNF③神经营养素-3Neurotrophin-3NT-3④神经营养素-4/5Neurotrophin-4/5NT-4/52.成纤维细胞生长因子家族Fibroblastgrowthfactorfamily①酸性成纤维细胞生长因子AcidicfibroblastgrowthfactorFGF-1(aFGF)②碱性成纤维细胞生长因子BasicfibroblastgrowthfactorFGF-2(bFGF)③成纤维细胞生长因子-3Fibroblastgrowthfactor-3FGF-3(Int-2)10④成纤维细胞生长因子-4Fibroblastgrowthfactor-4FGF-4(Kaposi-FGF)⑤成纤维细胞生长因子-5Fibroblastgrowthfactor-5FGF-5⑥成纤维细胞生长因子-6Fibroblastgrowthfactor-6FGF-6⑦成纤维细胞生长因子-7（角质细胞生长因子）Fibroblastgrowthfactor-7(Keratinocytegrowthfactor)FGF-7(KGF)⑧成纤维细胞生长因子-8(雄激素诱导性生长因子)Fibroblastgrowthfactor-8(Androgen-induciblegrowthfactor)FGF-8(AIGF)⑨成纤维细胞生长因子-9（神经胶质激活因子）Fibroblastgrowthfactor-9(Glialactivatingfactor)FGF-9(GAF)3.胶质细胞源性神经营养因子Glial-derivedneurotrophinfactor①胶质细胞源性神经营养因子-1Glial-derivedneurotrophinfactor-1GDNF-1②胶质细胞源性神经营养因子-2Glial-derivedneurotrophinfactor-2GDNF-211③NeurturinNTN④PersephinPSP⑤ArteminART4.转化生长因子家族Transforminggrowthfactorfamily①转化生长因子-αTransforminggrowthfactorfamily-αTGF--α②转化生长因子-βTransforminggrowthfactorfamily-βTGF-β③表皮生长因子EpidermalgrowthfactorEGF④活化素AActivinA5.生神经因子家族Neuropoieticfactorsfamily①胆碱能分化因子/白血病抑制因子Cholinergicdifferentiationfactor/leukemiaInbibitoryfactorCDF/LIF②睫状神经营养因子CiliaryneurotrophicfactorCNTF③制瘤素MOncostatinMOSM④生长促进活性物质Growth-promotingactivityGPA⑤汗腺因子SweatglandfactorSGF⑥白介素-6和白介素-11Interleukin-6,interleukin-11IL-6,IL-1112一、神经生长因子1952年意大利科学家Levi-Montalcini发现了NGF。1960年美国科学家Cohen提取纯化NGF，证明其生物活性。1970年Cohen证明NGF是个复合蛋白。1984年NGF的研究重点从周围神经系统拓展到中枢神经系统，乃至非神经系统。1986年Montalcini和Cohen因对NGF研究的杰出而荣获诺贝尔生理医学奖。13第一节神经生长因子基因家族14StanleycohenRitaLeviMontalciniPhotomicrographsofsensorygangliaremovedfromaneight-day-oldchickembryoandculturedfor24hat37°C.Gangliawerecultured(a)inamediumcontainingnonervegrowthfactor(NGF)and(b)inamediumcontaining10ngml−1ofNGF.神经生长因子基因家族：NGF、BDNF、NT-3和NT-4/5基因都位于1号染色体短臂近端，活性形式均为二聚体，单体分子量14kD左右，氨基酸序列相似。受体：高亲和力受体：TrkA—NGFTrkB—BDNF和NT-4/5TrkC—NT-3低亲和力受体：p75NTR蛋白1516（一）基因和分子结构NGF基因→mRNA→前体蛋白前体蛋白有两种：长→7SNGF(α2βγ2三种亚基组成的复合体)短→2.5SNGF(β亚单位：两个肽链(每个肽链118aa)组成的二聚体，分子量26kD)1718Three-dimensionalrepresentationofNGF.A,theNGFdimerwitheachsubunitcoloreddifferentlyforclarity.B,thetertiaryfoldfortheNGFsubunit.Thethreedisulfidebridgesaredrawnaswhitestickswithgreenindicatingthesulfur-atom.该家族分子结构的保守性：①起始密码子之后的信号肽；②与N端相连的糖基化部位和一个蛋白水解的裂解部位；③由二对不平衡的β-链形成的三维结构，以及6个半胱氨酸残基形成的3个二硫键。19神经组织：中枢和周围神经系统的神经元和神经胶质细胞都可以合成NGF，如海马、大脑皮质、小脑、下丘脑、运动神经元、周围神经的脊神经节、自主神经节等。靶源性逆向分泌顺行性分泌旁分泌自分泌20（二）NGF的分布NGF的分布周围组织：颌下腺(雄性小鼠)、前列腺（豚鼠）、成纤维细胞、平滑肌细胞以及骨骼肌细胞。肿瘤组织（间充质）：成神经细胞瘤、神经纤维瘤、肌肉瘤、脂肪肉瘤、黑色素瘤等。其它来源：蛇毒：Crotalidae,Viperidae,Elapidae金鱼的脑培养的细胞：C6胶质瘤细胞，成纤维细胞瘤细胞，骨骼肌细胞，肉瘤37和180等21一、受体的类型Trk-R包括TrkA、TrkB和TrkC。NGF：TrkA；p75NTRTrk是原癌基因产物，该基因既编码原肌球蛋白，又编码酪氨酸激酶受体，因此称为原肌球蛋白受体激酶(tropomyosinreceptorkinase,Trk)。22（三）NGF的受体二、TrkA的分子结构TrkA(P140trkA)受体是分子量140kD的跨膜糖蛋白，解离常数Kd=10-11mmol/L，是NGF的高亲和力受体。TrkA受体与NGF结合既可以激活内在的酪氨酸激酶活性，又可以作为底物自身磷酸化。2324AlternativesplicinggeneratesmanyTrkreceptorisoformsRouxandBarker(2002)ProgNeurobiol67:203-23325TrksignalingpathwaysRas激活的下游信号1.PI3K-Akt:cellsurvival2.MAPK:neuriteoutgrowthandneuraldifferentiation3.PLC-IP3/DAG:activity-dependentplasticity27BrodeurGMetal.ClinCancerRes2009;15:3244-325027TrksignalingpathwaysMEK/MAPKpathway图4-42829ActivatedTrkcansignallocallyandretrogradelyusingdifferentsignallingpathwaysMillerandKaplan(2001)Neuron32:767-770Slow(2-20mm/hr)30胞外区：4个重复的富含半胱氨酸的结构域，与配体结合有关。胞内区：无固定的配体诱导的酶激活域，含有6个螺旋结构的