神经生长因子

神经生长因子 计” 衍链訇b啦 第2卷第4期沈阳医学院 2000年l2月JOURNALOFSHENYANGMEDICALCOLLEGE 作 ,r0I_2No.4 Dec.20O0 神经生长因子 邢雪松综述刘芬兰审校畋_上 (沈阳医学院医学基础部人体解剖学数研窒,沈阳l10031) 神经生长因子(nervegrowthfactor, NGF)是神经系统晟重要的生物活性分子 之一,也是发现撮早和巳知撮典型的神经 营养因子(neurotrophlcfactor,NTF).它 具有营养和调节外周神经和中枢神经系统 中一些类型神经元的分化,存活及再生等 生物学活性,故在神经系统发育,损伤修复 及正常功能的维系中起着十分重要的作 用口].本文拟对NGF的来源及理化特性, 生物学活性及其作用机制作一简要综述. lNGF的来源及理化特性 目前NGF的来源主要有两个方面, 一 是从小鼠额下腺,蛇毒及人的胎盘等动 物组织分离制备}二是采用基因工程产 生?. 1.1动物组自Cohen(1959年)发现并 从蛇毒中分离出NGF以来,人们相继从 雄性小鼠的颔下腺,豚鼠的前列腺,金鱼的 大脑以及人的胎盘等许多动物组织中分离 纯化出了相应的NGFC~].这些组织中 NGF的含量很高,一般可高达同一动物其 它组织中NGF浓度的10’,10倍.其中 含量撮丰富的是雄性小鼠颔下腺,故多年 来一直是获取NGF的最重要的组织来 源.有关NGF的研究大多也都是采用小 鼠须下腺来源的NGF进行的].由于提取 以及分离NGF所用的方法有所不同,因 而目前报道的有关NGF的理化特性也存 在一定的差异. 1.1.1小鼠颔下腺在中性pH条件下 从小鼠颤下腺分离出的NGF是一种含有 a,p,73种亚基的多聚体,可表示为aB .,分子量为130kD,沉降系数为7S,故 称之为7sNGF.7SNGF分子中还含有2 个可能起到使多聚体稳定的Zn.现已证 实,B亚基是NGF的活性亚基,它由2条 各含有118个氨基酸残基的相同肚链组 成,分子量为26.518kD,等电点9.3,属碱 性蛋白质.由于其沉降系数为2.5S,故又 称之为2.5SNGF.7亚基分子量为26 kD,等电点为5.5,是一种精氨酸特异性的 酯肚酶,可能与B亚基活化有关.a亚基的 分子量也约为26kD,等电点为4.3,其生 理作用迄今未详】. 1.1.2蛇毒1959年Cohen采用当时作 为磷酸二酯酶来源的蛇毒来鉴定小鼠肉瘤 组织提取物中的NGF是否为一种核蛋白 时惊人地发现,蛇毒本身就具有促进神经 元纤维长出的作用,且比小鼠肉瘤组织提 取液的作用高得多.迄今巳从多种毒蛇的 毒液中分离纯化出蛇毒NGF,这些毒蛇分 别属蝮蛇科,蝰蛇科和眼镜蛇科.其中研究 较多的是眼镜蛇Najanaja来探的蛇毒 NGF.这种NGF由两条各含116个氨基 酸残基的相同肽链组成,分子量为26kD. 它与小鼠来源的NG邢亚基的氨基酸组成 及一级结构十分相似,有73十氨基酸残基 ?257’? 沈阳医学院第2卷 与小鼠NGFB亚基的相同,同源性为 61.引起神经纤维长出最大效应浓度也 与小鼠NGF相同,约为10ng/ml.但抗小 鼠NGF抗体则对这种蛇毒NGF的识别 能力很差.几乎不能发生抗原抗体的结台 反应. 1.1.3人类胎盘人类各种组织中的 NGF含量均很低,常用于分离纯化NGF 的组织是足月胎盘.人胎盘中的NGF也 存在高分子多聚物的形式,其解离须在酸 性pH和5mol/L尿素条件下才能发生. 其p亚基与小鼠NGF的十分相似,也由含 118个氨基酸残基的两条相同肽链组成, 两者氨基酸序列的同源性高达89;非8 亚基单位据推测可能与小鼠NGF的a亚 基相似. 1.2基因工程从动物组织来源的NGF 终归是有限的,而对NGF的结构与功能 研究及临床开展”NGF疗法”研究,都需 要大量的NGF纯品,故采用基因工程方 法生产NGF阜已成为NGF研究领域的 重要. 1.21NGF基因1983年James等根 据已知的小鼠NqGF氨基酸序列合成了几 段寡核苷酸探针,成功地从小鼠领下腺 eDNA文库中筛选出了8NGFcDNA.此 后,Ullrieh等利用小鼠BNGFeDNA进一 步钓出了人的NGF基因.小鼠NqGF前 体的基因组全长约45kb,含5个外显子和 6个内含子,编码0NGF的核酸序列位于 最大的第5个外显子的3r端区域.人NGF 基因组与小鼠的十分类似,具有同样数量 的外显子和内含子结构,且二者均为单拷 贝基因.已确定NGF基因的启动子有两 个:较常用的启动子序列富含GC残基,其 间有两小段TAAATA和TTAA片段,位 于第2个外显子开始部位上游的5O个碱 基内|另一个启动子不含TATA保守序 ? 258? 列,但有两小段CCAAT结构,位于第1个 外显子上游的200个碱基内. 1.2.2原核系统中的表达早期NGF 基因在体外表达的试验是在几种细菌表达 系统中进行的.Hu等1988年将小鼠NGF 基因置入噬菌体PL启动子的下游并在大 肠杆菌中获得表达,但其水平很低,与在其 它细菌系统中的情况类同,NGF表达水平 均很低,且生物学活性更低0]. 1.2.3真核系统中的表达NGF基因在 酵母细胞中的表达已获成功,但表达水平 与在原核细胞中相似.1990年]wane等成 功地将人NGF基因置于鼠白血病病毒 LTR的下蝣,利用携带有二氢叶酸还原酶 的eDNA作标记载体在中国仓鼠卵巢细 胞中获得高水平表达.序列分析表明,它在 羟基端比人的天然NGF多了两个氨基酸 残基. 2NGF的生物学活性 2.1促进神经元分化体外培养的胚胎 感觉神经元和交感神经元在NGF支持下 很快长出神经突起.同时神经元内许多亚 细胞结构,如核仁,粗面内质网及高尔基体 等加速形成,RNA和蛋白质台成增加,徽 丝和微管等管状细胞器也开始增加.标志 神经元分化的递质台成酶类,如酪氨酸羟 化酶,多巴胺羟化酶以及胆碱乙酰化酶 等活性也相应增高. 2.2维持神经元生长,发育NGF对神 经系统的营养作用已被许多体内,外实验 所证明[日】.在早期的研究中观察到,神经组 织细胞在体外培养的存活有赖于NGF的 存在.给新生啮齿动物连续一个月每日注 射少量抗NGF抗体后,镜下观察发现所 有的副交感神经和椎前神经节几乎完全消 失.而啮齿动物眙儿给予抗NGF抗血清, 或使妊娠啮齿动物对内源性NGF产生自 第4期邢雪松等.神经生长因子 身免疫反应,也均能导致感觉神经节发育 异常.此外,不论是在上述所谓的”交感神 经免疫切除,还是在”交感神经化学切除 或”外科切除的情况下,给予外源性的 NGF均可防止神经细胞的大量死亡口].反 之,若给幼啮齿动物连续注射2.5S的 NGF(约10/g体重),就可引起这些动 物的交感神经节肥大,给成年动物注射则 引起分泌交感素的细胞增生L1o].这表明, 感觉神经系的生长发育在动物胚胎期是离 不开NGF的. 2.3促进神经元损伤的修复成年大鼠 切断坐骨神经后不久,即可在近侧断端与 相应的背根节神经元之间观察到逆行转运 的内源性NGF.它们并非来自靶组织,而 是源于损伤附近的雪旺氏细胞.这些细胞 在正常情况下基本不表达NGF,但损伤后 自断处向下至靶组织之间的雪旺氏细胞开 始表达NGF及其受体.此现象表明雪旺 氏细胞合成NGF,参与了效应神经元的损 伤修复过程m】.神经系统损伤对NGF的 反应是因损伤部位不同而异的. 2.3.1外周神经系统作用感觉神经节 和交感神经节的部分细胞群体的再生对 NGF的依赖性可以说是绝对的口.根据 对其依赖性的不同,感觉神经节的细胞可 分两群.一种约占总数的6O,对NGF有 高敏性;另一种则对其敏感性较低.交感神 经节的细胞也可分为两类,即长轴突和短 轴突肾上腺素能神经元,其中前者对NGF 作用最敏感.NGF对交感神经元的损伤修 复作用主要表现在,不论采用什么方法阻 断NGF的作用,结果均可导致这些神经 元大量死亡.反之,给予NGF则可防止或 缓解多种因素对其损害. 2.3.2中枢系统作用与早衰性痴呆 NGF对中枢系统起重要作用的实验证据 之一来源于两种不同的免疫学实验:一是 在大鼠或豚鼠胚胎中诱导产生对NGF的 自身免疫反应,二是给胚胎注射外源性抗 NGF抗体.在这两种情况下,动物出生时 交感神经和感觉神经节不仅被严重损害, 而且还出现中枢神经发育障碍和无情感行 为的感觉神经缺陷综合征-1.这可能是由 于在中枢神经群体发育过程中的某些关键 时期得不到NGF的营养调节造成的【1. 研究表明,在大脑的不同部位存在着一些 大小不等的NGF效应细胞核团,其中部 分神经元具有与感觉神经元和交感神经元 极为相似的特性-1.原位杂交实验表明, 大脑内表达的P”mRNA专一性地分 布在内侧隔核,斜束核和纹状体区域内的 胆碱能神经元上m].标记NGF示踪实验 也显示,脑内P”主要分布在隔一海马 通路和基底皮质通路的胆碱能神经元,以 及纹状体内的胆碱能中间神经元上L1.这 提示NGF对这些神经元的损伤修复可能 起相当重要的作用. 值得注意的是,是早衰性痴呆 (Alzheimer’sdisease,AD)患者大脑内退 行性病变神经元的分布与脑内NGF效应 神经元的分布十分相似-1.而且损毁动物 基底前脑的一些核团或切断隔一海马胆碱 能神经通路,均可在一定程度上模拟出 AD的皮层投射胆碱能神经减少,皮层和 海马胆碱能神经指标下降以及学习记忆能 力减退等特征[1.这表明AD的发生可能 与大脑缺乏NGF的营养作用密切相 关c蛐]近年来在大脑老化模型的研究证 实,老龄动物脑内NGF及其mRNA水平 显着降低,同时基层前脑神经元对NGF 的敏感性也有所下降并与年龄相关另外, 老龄动物所发生的记忆等机能的减退一般 认为与胆碱能神经系统功能衰退有关.近 年来包括灵长类动物在内的许多动物实验 研究表明,外源给予NGF,不仅可以防止 ?259? 沈阳医学院第2卷 或减轻各种动物AD实验模型中中枢胆碱 能神经系统的损害,而且还可使已损伤的 胆碱能神经功能及动物学习记忆的能力得 到明显改善m】.这些疗效与NGF离体和 在体内均能支持中枢胆碱能神经元的存活 与生长是一致的.所有这些均表明了NGF 在延缓大脑衰老和防治AD方面很可能具 有十分广阔的前景. 3NGF作用机制 NGF的生物学活性是通过它与效应 细胞上的特异受体结合而实现的.NGF效 应细胞主要指那些表达NGF受体并在其 作用下产生某种生物效应的细胞目前证 实这类细胞分类广泛,可分为神经脊源组 织细胞,中枢神经系统神经元以及非神经 元细胞神经系统的NGF效应细胞概括 有以下特征:(1)分布有NGF的特异受 体;(2)NGF与受体结合后可被内化井沿 轴突逆行转运到胞体内;(3)NGF能促进 效应细胞内神经介质如乙酰胆碱的合成; (4)给予外源性NGF能防止免疫,化学或 外科截切所致的细胞死亡;(5)给予抗 NGF或抗NGF受体的抗体可引起细胞的 生长和功能异常.在这些效应细胞上分布 的NGF特异性受体有两种类型,即高亲 和力受体P”和低亲和力受体P75口 由NGF效应神经元支配的靶组织细胞合 成释放出的NGF,可以旁分泌的作用方式 与效应神经末梢上分布的受体发生特异的 结合.这种配基与受体的结合作用,一方面 可使NGF内化进入轴突内.再经逆行轴 浆转运输送到核周体}另一方面可以触发 一 系列的胞内信息传递过程,最终导致效 应神经元胞体内一些功能性蛋白和酶的表 达以及神经突起的生长等一系列生物效应 的产生03]. ?26O? 4研究展望 迄今为止,NGF的研究主要还是基础 研究,临床研究刚刚起步.目前的研究结果 表明,NGF对人体是安全的,它是从生物 中提取的人体内存在的生化药物,其 制剂无毒性.由于其保护效应神经元和促 进再生纤维生长的重要作用,因此NGF 研究有很大的潜在应用价值,可望为某些 临床难治性神经系统疾患,提供有效的治 疗手段. 参考文献 1SVdD.F~ctiI)ns0{theneurozrophlnsduring neruceltssystemdevelopment1whattheknockouts 8reteachingUS.Cel1.1994I77I627 2WaterfieldMD.Growthctors—Intrc~:luction.Brit MedBul1.1989’45(2):317 3蔡蛊琬.生长因子的研究进展与临床应用.基础 医学与临床.1991}?(“:1 4于肇英.神经生长因子的研究.生理科学进展, 19B8F19t226 5RotheM.Growthfac~rsAmhDermato1.1989} 125(10):1390 6Dyet~e—AA.Rizzo-MA.W啪B.ela1.1dentitl— cationofgenesdifferen~~tlyexpressedbym growthfactorandneurotrophin一3一dependentse? ry~uron&.JNeurophysiol,1997F78(1)’31 71waneM.PructEon.purificationandcharacter1. z~tionofbiologicallyactivere~omblnanthuman n~rvegrowth[actor.BiochemB[ophysReaCom- 硼un,1990l171c116 8KromerLF.Nervegrowthct0tr~entatter braininjurypreventsneuronaldeath.Science. 1987}235l214 9RichKM.Nervegrowth[actorprotectsadultsen— sozy0nsfromcelldeathandatrophycausedby nervl!injury.】Neurccyto~,1987{16I261 10Levi-MontalcinlR.Thenerveg~owth[actor35 yearslar~s.science,1987}237’1154 l1质立强,朱家恺.神经生长因子和彗旺氏细胞分罄 的神经营养栝性物质促进周茸神经再生的实验研 究.中华显散外科杂志.1994?17(4)t269 l2Der.Exogenousn~rv~growthfactorenhances 第4期邢雪松等.神经生长因子 theregeneratior,0rrats~iatic?ee.SocNeuroscl Ahstr.1988F14t498 l3张继东.按铁胜,赵定峨,等.大剂量甲基强的松尤 对大鼠损伤脊髓中神经生长园子的影响.中华外 科杂志.1995f33(12)727 14管英俊.NGFFGFEGF厦其受体在人胚早期神经 管发育中发生.解剖科学进展.1997f3(3)t256 15博文玉.张圣明,王汝芬,等.NGF对大鼠脑体中脑 神经元的存活和赛起生长的影响.罐坊医学院学 报.1997|19(1),13 16HohzmeDM,LiY.ParadaLF.etP14O mRNAmarksNGF-re~ptmsiveforebrainneuronB1 evidencethattrkgeneexpressionininducedby NGF.Neuron,1992F9:465 17LapchakPAAioDM,CarsuellS.ttaI.Dis— t~butmnofnervegrowthfBmrintherBtbrainIol— lowingasingleintraventrlcularinjection:cortela— tionwiththetopographicaldistributiontrkA expressingcells.Neurosciene, messengerRNA— 1993;54{445 18HsggT.Delayedt~atmelttwithnervegrowthhc— tottheappsrentlossofehollnergleneu- mafteracutebraindamage.ExpNeutol一1988; 101f303 19~blgerH.Chollnergiemechanismsinlearning memoryanddementarareviewof—tevidence. TrendsNeurosci.1991’14:g20 2O谭怙勋.血管性痴呆.国外医学脑血管丧席分罱, 1994|2(2)I82 21Eng-M,工jng—V,Brig~-JA,et.Formulation deve1o[y/1)etttandp~msrydegradation[orreearabi- nmnthumanDervegrowthfactorAnal—Chem? 1997|69(20){4184 22BOnetti—B.Panzerl—Lt~Erner—M,eta1.Human neoplasticSchwanncelia{Changesintheexpres— sionofneurotrophi~andthorlows~Lmtyreceptor p75.Neuropathol—App]一Neuroblo1.1997l23(5)} 380 23LeviAThemechanismoractionof【lergrowth factor.Anm】RevPharmaeo]Toxlcol,1991’31: 205 (2000-03—24收稿) ? 书讯?《医学期刊论文编写技术》出版 《医学期刊论文编写技术》是由《中国煤炭工业医学杂志》编辑部主任栾爽主编, 《中国综合临床杂志》编辑部主任冬爽伦主审,并组织几位有的期刊编辑,根据国 际,国家标准以及我国对医学期刊的有关规定,结合多年的工作经验编写而成, 旨在为广大医务工作者撰写医学科技论文,提供有效的参考和帮助,以提高作者的医 学论文编写质量,达到医学期刊的编辑出版水平. 全书共分7章及附录,比较系统地阐述了医学期刊论文写作的基本知识,体裁特 点,写作方法,编写格式及规范表达形式}简明地介绍了医学期刊一般的编辑程序,常 见的名词术语和医学论文发表与编辑中经常遇到问的一般处理办法;在附录中汇 集了医学论文写作常用的一些规定,标准,如:法定计量单位,标点符 号用法及常用新 旧医学名词对照表等,供作者查阅参考. 该书突出实用性,知识性,指导性和参考性,适合医学科技期刊的作者阅读,也可 供科技期刊的年轻编辑参考,同时,还可做为医学科技写作培训的参考资料. 该书由中国医药科技出版社2000年8月出版,全国新华书店经销,大32开本, 覆亚光膜,24万字,定价15.80元,需要者请汇款邮购,不收邮挂费. 汇款地址:063000河北省唐山市建设南路57号《中国煤炭工业医学杂志}编辑 部 联系人:刘瑞联系电话:0315—3725999 ?261?