基本介紹
- 中文名：神經營養因子
- 外文名： neurotrophin
- 性質：蛋白質
- 產生：神經支配的組織、星形膠質細胞
- 作用：支持神經元生長、發育等
介紹,發現過程,第一個事件,第二個事件,分類和作用,受體,其他影響作用,學術文獻,
介紹
人類發現的第一個神經營養因子——神經生長因子（ Nerve Growth Factor, NGF ）首先是由義大利神經科學家 Rita Levi-Montalcini 和美國生物化學家 Stanley Cohen 於 1956 年分離成功； Cohen 還意外發現了另一種能促進表皮細胞生長、增殖和分化的生長因子，因而將該因子命名為表皮生長因子（ Epidermal Growth Factor, EGF ）。為此， Levi-Montalcini 和 Cohen 於 1986 年共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。
神經生長因子的發現過程可追溯到 20 世紀 20~30 年代。美國神經科學家 Samuel Randall Detwiler 和美國胚胎學家 Viktor Hamburger 那時就已發現神經元所支配的靶細胞在神經元存活中具有重要作用。他們觀察到，兩棲動物胚胎背根神經節中的感覺神經元數量可因移植外加的肢芽（ limb bud, 指胚體外側壁在將來發生四肢的區域向外膨出而形成的隆起）到靶細胞中而增加。相反，神經元數量可因去除正常的靶細胞而明顯減少。他們認為，由靶細胞引起的神經元數量改變是靶細胞影響成神經細胞增生與分化的反映。但在 40 年代，這種解釋受到義大利年輕的神經科學工作者 Rita Levi-Montalcini 的質疑，因為在她的實驗中，她驚奇地發現在胚胎的發育過程中神經元死亡是完全正常的事。
發現過程
1947 年秋， Levi-Montalcini 接受 Viktor Hamburger 教授的邀請前往美國參加他的工作，並重複她自己許多年前在雞胚上所做的實驗，這是 Levi-Montalcini 一生中的重要轉折點，後來她在自傳中如是寫道。 在關鍵的實驗中，她和 Viktor Hamburger 證實了與保留完整的肢芽的雞胚相比，去除雞胚的肢芽將導致更多的感覺神經元死亡。
在中樞神經系統的發育過程中，神經細胞也發生正常死亡。 Hamburger 後來證實在胚胎髮育過程中在雞脊髓外側運動柱中生成的運動神經元約有一半是注定要死亡（凋亡）的。而且，在類似於對感覺神經節的那些實驗中， Hamburger 發現運動神經元的死亡數量可因去除靶細胞而增加或因外加肢芽而減少。所以肌肉靶的大小對脊髓運動神經元的存活是極為重要的。神經元過度生成過程後的死亡幾乎發生在中樞和周圍神經系統的任何部位。
Hamburger 和 Levi-Montalcini 的上述發現促使他們提出了神經營養因子（ neurotrophic factor ）的假設，這個假設認為發育中的神經元所支配的靶細胞可產生和分泌一種數量有限的但又是必需的營養性物質或營養因子，而這種營養性物質或營養因子可在神經末梢被攝取，那些不能獲得適量神經營養因子的神經元將會死亡（凋亡）。根據這一假設，最終 Levi-Montalcini 和她在 Hamburger 實驗室的同事生物化學家 Stanley Cohen 一起成功分離了神經生長因子（ nerve growth factor, NGF ）。在這個過程中，有兩個重要的事件值得一提。
第一個事件
是在 Hamburger 和 Levi-Montalcini 證實靶組織具有調節神經元的存活數量後不久， Hamburger 以前的一個學生 Elmer Bueker 通過實驗證明了不同的腫瘤組織移植至小鼠能替代外周的靶細胞支持感覺神經元的存活。 Bueker 發現小鼠肉瘤組織可使感覺神經纖維廣泛長入腫瘤組織，他還觀察到脊髓中植入腫瘤的一側背根神經節明顯大於另一側相對應的神經節。這些成果被 Levi-Montalcini 和 Hamburger 進一步拓展，他們注意到在肉瘤植入近旁的交感神經節明顯增大，並進一步證實肉瘤細胞的作用是由一種可擴散的因子所引起的。 Levi-Montalcini 研製了可定量分析腫瘤組織對離體的感覺神經節和交感神經節存活和軸突生長的方法。 1956 年，她和生物化學家 Stanley Cohen 一起提純了這個可擴散的分子，並將這個分子命名為神經生長因子。
第二個事件
是在一個關鍵的生物化學實驗中， Cohen 和 Levi-Montalcini 為了排除 DNA 或 RNA 對神經產生營養作用的可能性。他們碰巧使用了一種粗製的蛇毒標本作為具有活性的磷酸二酯酶來降解存在於不完全純化的 NGF 標本中的各種核酸，結果他們發現蛇毒本身具有比 NGF 更為顯著的促軸突快速生長效應。然後， Cohen 研究了雄性小鼠的頜下腺，這是在哺乳動物相當於蛇毒腺的部分，結果令人興奮地發現它富含 NGF ，這一結果啟示了可供 NGF 純化和蛋白測序的豐富來源。隨後的工作證明了 NGF 是由 2 個 a 、 2 個 b 和 2 個 g 亞單位組成的蛋白質，其分子量約為 130000 。 a 亞單位具有胰蛋白酶樣活性， b 亞單位的結構與胰島素相似，而 g 亞單位則為絲氨酸蛋白酶。 b 亞單位是 NGF 促進神經生長的主要活性部分 ，是一種含 118 個胺基酸殘基的序列 。
Rita Levi-Montalcini 於 1909 年 4 月 22 日 出生於義大利都靈市的一個 猶太人家庭。她的父親是個電機工程師和有天賦的數學家，母親是個有才華的畫家。 1936 年， Levi Montalcini 畢業於都靈醫學院，但由於當時墨索里尼法西斯獨裁政權對猶太人的歧視政策，她的學術研究生涯不幸被暫時中斷。她先在都靈自己家裡堅持科學研究工作，她把她的實驗室建在自己的臥室里。 1941 年因都靈遭受英美空軍的空襲迫使她放棄都靈，搬遷到鄉村農舍繼續她的實驗。 1943 年秋，德國軍隊入侵義大利，迫使她 和家人一起 逃往佛羅倫斯， 在那裡他們隱蔽地居住到戰爭結束。 1945 年 5 月。 她和家人才回到都靈，並恢復了她在大學的科學研究工作。 1947 年秋接受 Hamburger 教授的邀請到美國聖路易斯繼續她的研究，並在那裡取得了舉世矚目的成就。她原本打算在聖路易斯逗留 10~12 個月，但由於出色的研究成果使她大大延遲了回義大利的時間。 1956 年，她被任為副教授， 1958 年起任正教授，直到 1977 年退休。 1962 年，她在羅馬建立了一個研究所，此後就在聖路易斯和羅馬兩個城市之間奔波。 1969~1978 年間，她還擔任義大利國家研究委員會細胞生物學研究所的主管， 1979 年退休後，她仍被聘為該研究所的客座教授。
分類和作用
NGF 的發現是研究生長因子和激發尋找其他神經營養因子的里程碑。現已知道， NGF 僅僅是一系列具有促進神經元存活的分泌因子之一。研究最多的一類營養因子是神經營養因子（neurotrophins）。四種主要的神經營養因子已從哺乳動物中分離出來，它們是： NGF 、腦源神經營養因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF），神經營養因子3(NT-3)和神經營養因子4/5（NT-4/5）。此外，可能還有神經營養因子6（NT-6）。
NGF 廣泛存在於人和多種動物體內。若將 NGF 的抗血清注入新生動物，可使幾乎所有的交感神經節受損；而將抗血清注入母鼠則可導致胎鼠感覺神經系統缺失。可見 NGF 對交感神經元和感覺神經元的生長和存活是必需的。實驗還表明， NGF 能提高基底前腦和紋狀體膽鹼能神經元的 cAMP 水平，增高膽鹼乙醯移位酶的活性，並對這些神經元的生長和存活起重要作用。各種 NT 在保護神經元和阻止細胞凋亡中有不同的作用，但也有一些交叉和重疊。剔除 NT-3 基因可引起皮膚觸 - 壓覺感受器明顯缺失； DBNF 缺乏的小鼠，其周圍感覺神經元數量減少，前庭神經節嚴重變性。
受體
已發現神經末梢上有高親和力和低親和力兩類 NT 受體，高親和力受體是一類為 140 kD 的結合酪氨酸激酶的受體，包括 trk A 、 trk B 和 trk C 受體三種。 Trk A 受體對 NGF 的親和力較高； trk B 受體對 BDNF 和 NT-4/5 的親和力較高；而 Trk C 受體則主要與 NT-3 結合。各種受體均以二聚體的形式存在，受體激動後可促發胞漿內酪氨酸蛋白激酶的磷酸化。低親和力受體是一種 75 kD 的膜蛋白，稱為 p75 NTR 。這種受體的數量遠比高親和力受體多，約為後者的 7 倍。 P75 NTR 與 Trk A 單體形成的二雜合體能增強與 NGF 特異結合的親和力。但由兩個 p75 NTR 聚合而成的同源二聚體與 NT 結合時，則可引起相反的效應，甚至導致細胞凋亡。
其他影響作用
影響神經元生長的其他營養因子
隨著無血清培養神經元等技術的套用，在許多組織液和細胞外基質中陸續發現一些新的特異蛋白質分子，也能促進神經元的增殖、分化和存活。例如，施萬細胞和星形膠質細胞產生的 睫狀神經營養因子 （ ciliary neurotrophic factor, CNTF ）能促進受損傷的和胚胎的脊髓神經元存活，並在治療人類運動神經元變性疾病中有重要價值。又如， 膠質細胞源神經營養因子 （ glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF ）在離體實驗中能支持中腦多巴胺能神經元的生存，在各種帕金森病動物模型上可提高多巴胺能神經元的存活率和神經末梢的密度而改善其症狀。此外，促進神經元生長的還有 白血病抑制因子（ leukemia inhibitory factor, LIF ）、 胰島素樣生長因子 Ⅰ （ insulin like-growth factor- Ⅰ , IGF- Ⅰ ）、 轉化生長因子 （ transforming growth factor, TGF ）、 表皮生長因子 （ epidermal growth factor, EGF ）、 成纖維細胞生長因子 （ fibroblast growth factor, FGF ）和 血小板源生長因子 （ platelet-derived growth factor, PDGF ）等。
神經營養因子與受體的相互作用
2008年7月2日，《自然》（Nature）雜誌線上發表了中國科學院生物物理所江濤課題組題為“Crystal structure of the neurotrophin-3 and p75NTR symmetrical complex” 的研究論文。該論文報導了神經營養因子3與其受體p75NTR胞外區複合物的晶體結構，研究結果揭示了神經營養因子與其受體p75NTR相互作用的方式與結構基礎。
神經營養因子是一類對神經元的發育、存活和凋亡起重要作用的蛋白質，其成員包括神經生長因子（NGF），腦源性生長因子(BDNF)，神經營養因子3(NT-3)，神經營養因子4(NT-4)等，這些蛋白質是治療神經損傷等疾病的潛在藥物標靶。過去的研究表明，神經營養因子有兩種不同的膜蛋白受體，分別為p75NTR 受體和酪氨酸激酶受體Trk。神經營養因子通過與這兩種受體的胞外區相互作用，將有關神經細胞存活和凋亡的信號傳遞到細胞內部，從而調控細胞的發育與凋亡。p75NTR可以與所有的神經營養因子相結合，但是p75NTR與神經營養因子的結合方式一直存在爭議。此外，p75NTR與Trk之間既存在協同作用，又存在拮抗作用， 但是詳細的協同調控機制仍有待進一步研究來闡明。
