南通大学神经生物课件-神经营养因子

神经生物学第　5　章　（三）5.5神经营养因子神经营养因子（neurotrophicfactors，NTFs）：一组超出普通维持生存所必需的基本营养物质以外的，对神经细胞起特殊营养作用的多肽分子，是诸多细胞生长调节因子中的一类。 参与调节发育过程中的神经元存活 促进神经细胞的生长和延长生存时间 促进胚胎发育、细胞分化、创伤愈合 参与免疫调节及至肿瘤发生等5.5.1分类根据结构同源性以及产生生物学效应共同的信号转导机制分类。表5-6神经营养因子及其受体 神经营养因子家族及其代表成员 神经营养因子受体家族及其代表成员 神经营养素家族 Trk(R-PTKs) 胶质细胞源性神经营养因子家族 与Ret偶联 睫状神经生长因子家族 与Janus激酶（JAK）偶联 表皮生长因子家族 ErbB（R-PTKs） 其他生长因子 受体-蛋白酪氨酸激酶 白介素及相关细胞因子 涉及多种 转化生长因子（TGF）家族 受体蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶 其他细胞因子 涉及多种 趋化因子 G蛋白偶联受体5.5.2代谢和作用方式 源于靶细胞而逆向营养神经元 某些贮存于大致密囊泡内 通过蛋白质降解而终止其信号 作用很复杂，主要通过信息的逆向传递、旁分泌传递、自分泌传递、信息顺向传递和非分泌作用等方式发挥效应5.5.3神经营养素家族（neurotrophins,NT） 神经生长因子（NerveGrowthFactor,NGF）1951年，Levi-Montalcini和VicktorHamburger发现NGF，1983年基因被克隆，1986年获诺贝尔奖。定义：一种在机体自然存在的，能刺激交感和某些感觉神经生长和分化的五聚体蛋白质。Aclumpofsympatheticneuronsinculture（1）NGF的结构与分布 五聚体蛋白，分子量为140KD，2个α、1个β和2个γ亚单位 β亚单位含有118个氨基酸残基，是NGF与受体结合的关键区域 主要分布于中枢和周围神经系统X-raycrystallographicstructuresofNGFaloneandboundtop75NTRNGF介导的神经元存活和分化的信号转导机制（2）NGF的主要生物学效应在发育期1)诱导神经纤维定向生长2)控制神经元存活的数量3)刺激某些神经元胞体和树突的发育4)影响神经纤维支配靶区的密度，如NGF水平高的器官，交感神经纤维分布的密度大5)促进神经元的分化，使神经元胞体增大、树突发育、轴突生长6）引起神经元胞体内蛋白质合成、糖、脂肪代谢7）促进微丝和微管蛋白的合成和微管的磷酸化等在成年期 神经元对NGF的依赖下降 部分交感及成熟的感觉神经元、前脑胆碱能神经元需依赖NGF存活 NGF与学习记忆密切相关 神经受损伤后，效应神经元及靶区NGF水平增高，有利于轴突的再生 NGF对非神经系统也有作用2.脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF) 1982年Barde等在猪脑提取液中分离获得 1989年其基因被克隆、测序 分子量13KD，由120个氨基酸组成，与NGF有50%～60%同源生物学效应1）防止脊髓运动神经元在胚胎期发生的凋亡2）维持成年运动神经元的存活 促进病变神经元的存活和轴突再生 对其他神经元的作用星形胶质细胞（红）表达BDNF（黄），作用于神经元（蓝）3.神经营养因子-3（neurotrophin-3，NT-3）中枢和外周神经系统广泛，主要分布于海马、脑、脊神经节、脑干、脊髓分布 1990年由Ernfors采用基因克隆的方法发现的 NT-3为一碱性蛋白，分子量为13.6KD，由119个氨基酸组成 与小鼠NGF和猪BDNA氨基酸序列57%同源生物学效应1）维持神经元存活，促进其分化和增殖，可作用于交感、感觉、运动、胆碱能神经元2）诱导神经元轴突生长，促进背神根经节、睫状神经节、交感神经节神经细胞轴突的生长3）促进神经损伤的修复，如促进脊髓运动功能的恢复4.神经营养因子-4/5（neurotrophin-4/5，NT-4，NT-5） 1991年从非洲爪蟾和哺乳类动物组织中分别克隆到NT-4和NT-5 NT-4和NT-5是来源于不同种族的同一种神经营养因子 人的成熟NT-4/5在体内以二聚体形式存在X-raycrystallographicstructuresofNT-4–TrkBD5(c),andinteractionsbetweentheN-terminusoftheneurotrophinwiththeD5domainofthereceptors(d)生物学效应1）维持神经元存活，促进神经元的分化2）促进周围神经损伤的修复3）对味觉和视觉发育具有一定的作用NT-4/5在中枢和外周神经系统中分布很广，在运动神经元、基底前脑胆碱神经元与海马、下丘、延髓等处均有存在分布5.5.4胶质细胞源性神经营养因子家族 1993年从大鼠胶质细胞来源的B49细胞株 对多巴胺能神经元有高特异性营养作用 对发育或成熟的运动神经元、交感和感觉神经元 迄今为止发现的神经营养因子中作用最强的 GDNF家族有Neurturin、Persephin、Artemin、Enovin等成员1.GDNF的结构和分布分泌型碱性蛋白质134个氨基酸的成熟多肽，分子量为20KD分布中脑黑质神经元的靶细胞，如纹状体、伏核、丘脑核、海马、小脑等GDNF2.GDNF的生物学效应 支持中脑DA能神经元存活 对运动神经元具有强大的神经营养作用 保护缺血损伤的皮质神经元等IncreasedsecretionofGDNFhasbeenreportedtoinduceanessentialneuronaltrophiceffect.5.5.5睫状神经营养因子家族（ciliaryneurotrophicfactor，CNTF） 因促进体外培养的鸡胚睫状神经元存活而得名 家族成员：CNTF、白血病抑制因子（leukemiainhibitoryfactor，LIF）、白介素-6、泌乳素、生长激素、瘦素、干扰素（interferon，IFN）等 CNTF、LIF等可视为神经营养因子1.CNTF结构和分布 在周围神经系统中分布广泛 在中枢主要存在于视神经、嗅球、脊髓，脑干、小脑、海马、纹状体等部位分布200个氨基酸残基，24KD，N端不含有分泌蛋白所含有的信号肽2.CNTF的生物学效应 可调节多种神经细胞的生长、存活和分化 对运动神经元的作用最显著5.5.6中枢免疫反应性细胞因子 大脑本身亦可合成免疫反应性细胞因子 主要为小胶质细胞和星形胶质细胞 脑部感染、损伤、缺氧和中毒等可刺激上述细胞活化，产生许多免疫反应性细胞因子，如IL-1、IL-6、TNFα、和TGFβ等 活化的胶质细胞可调节内环境稳态，有利于脑功能恢复 免疫反应性细胞因子水平过高会引起神经元损伤5.5.7趋化因子 趋化因子能募集白细胞至炎症部位参与炎症反应 脑部趋化因子主要源于小胶质细胞，星形胶质细胞和神经元中亦有少量表达 脑部趋化因子可能参与介导脑部部分炎症反应，也可能与MS、脑肿瘤和脑卒中等疾病有关5.5.8神经营养因子治疗前景（NTFs）神经元死亡两种机制：①神经营养因子缺乏和相应信号途径的失活②触发细胞死亡的不同途径的激活TheTargetFieldTheory 在神经系统发育过程中起着神经营养作用及神经突触生长的导向作用， 对成熟神经元的维持 对神经元损伤后再生的影响，可能是治疗神经精神变性疾病的重要靶点 可通过抑制死亡效应基因的表达，或增加促生存基因的表达而防止细胞死亡NTFs治疗前景5.6神经系统药物作用5.6.1神经系统药物作用特点1.外周神经系统药理特点传出神经胆碱能神经去甲肾上腺素能神经NE能神经(+):心脏兴奋、皮肤粘膜和内脏血管收缩、血压升高、支气管和胃肠道平滑肌抑制、瞳孔扩大等Ach能神经(+)：节后纤维兴奋：与NE相反，有利于机体进行休整和积蓄能量节前纤维兴奋：神经节兴奋和肾上腺髓质分泌的增加药物直接与受体结合，产生与递质相似的作用，称激动剂（agonist）药物与受体结合后不产生或较少产生拟似递质的作用，妨碍递质与受体的结合，阻断了冲动的传递，产生与递质相反的作用，称阻断剂（blocker）或拮抗剂（antagonist）传出神经系统药物可通过直接作用于受体或影响递质的合成、贮存、释放和灭活发挥药理效应。按药物作用部位分 直接影响递质生物合成－－工具药 影响递质的转化－－如新斯的明抑制胆碱酯酶 影响递质转运和贮存－－如麻黄素促NE释放 影响递质在神经末梢的贮存－－如利舍平抑制囊泡对NE的摄取2.中枢神经系统药理学特点CNS（－）：抑制表现为镇静、抑郁、睡眠和昏迷等CNS（＋）：兴奋性表现由弱到强分别为欣快、失眠、不安、幻觉、妄想、躁狂和惊厥等 大多数作用于CNS的药物作用方式是影响突触化学传递的某一环节，导致相应功能的改变（包括干扰递质的合成、贮存、释放和灭活过程，激活和阻断受体等） 少数药物影响神经细胞的能量代谢和膜稳定性，呈非特异性作用－－无竞争性拮抗药和特效解毒药5.6.2传出神经系统受体和药物靶点PNS受体分布1.乙酰胆碱受体含毒蕈碱的蘑菇含烟碱植物的花M受体分布在副交感神经节后纤维支配的效应器细胞膜副交感神经系统G蛋白偶联受体M1、M3和M5受体通过Gq蛋白偶联M2和M4亚型受体则通过Gi蛋白IP3DGcAMPM受体激动剂毒蕈碱（muscarine）毛果芸香碱（Pilocarpine，即匹罗卡品）：眼和腺体槟榔碱（arecoline）:中枢兴奋卡巴胆碱（Carbamylcholine,carbachol）M受体拮抗剂阿托品（atropine）东莨菪碱（scopolamine）苯扎托品（benztropine）苯海索（thihexyphenidyl）atropinescopolaminebenztropinethihexyphenidylnicotineAcetylcholineN型Ach受体模型（配体门控离子通道）箭毒毒素(curare):阻断肌肉nAChRs引起瘫痪琥珀酰胆碱(succinylcholine):麻醉的辅助用药六甲胺(hexamethonium)美加明(mecamylamine)箭毒curare重症肌无力(myastheniagravis,MG)显著症状：肌无力和易疲劳发病原因：机体存在对抗肌肉N受体的自身抗体常规治疗：用AchE抑制剂延长Ach在突触间隙停留时间多数交感神经节后纤维释放NE，效应取决于受体2.肾上腺素受体——(NE,E) 肾上腺素受体属G蛋白偶联受体 间接调节离子通道 α1受体与Gq偶联，触发PIP2级联反应，兴奋神经元 α2受体与Gi偶联，产生抑制效应α受体激动剂α1、α2：去甲肾上腺素（Norepinephrine）派唑嗪肾上腺素(epinephrine)酚妥拉明(phentolamie)α1：麻黄碱(ephedrine)去氧肾上腺素(Phenylephrine)吲哚拉明α2：羟甲唑林(oxymetazoline)可乐定(clonidine)育亨宾α受体拮抗剂外周β受体结合 β受体亚型 激动剂 拮抗剂 β1 异丙肾上腺素 阿普洛尔 β2: 特布他林舒喘林 β1和β2 普萘洛尔（心得安）5.6.3中枢神经受体与药物靶点 中枢神经递质：指CNS神经元间传递信息的化学物质 作用于CNS的药物主要通过影响突触传递药理效应CNS乙酰胆碱受体谷氨酸受体γ-氨基丁酸受体甘氨酸受体肾上腺素受体多巴胺受体5-羟色胺受体组胺受体神经肽受体神经营养因子受体嘌呤受体1.乙酰胆碱受体 胆碱能中间神经元：参与局部回路分布于纹状体、隔核、伏隔核、嗅神经节等神经核团 胆碱能投射神经元：神经元分布集中组成胆碱能基底前脑复合体和胆碱能脑桥-中脑-被盖复合体Review2.谷氨酸受体iGluR为配体门控离子通道型受体，激活后打开离子通道，直接影响突触后膜电位（1）NMDA受体 由NR1和NR2两个亚单位组成 广泛分布于CNS，大脑皮层和海马分布最多 独特的双重门控通道：被激活后，主要对Ca2+有通透性，介导持续、缓慢的去极化过程 突触传递过程中，NMDA受体的激活需要非NMDA受体尤其是AMPA受体的参与 受多种因子的调控：内源性强啡肽、渗透压、氧化剂、硫酸类固醇及Zn2+等对NMDA受体产生抑制作用；花生四烯酸、组胺等则产生兴奋作用 涉及学习和记忆形成等过程 功能丧失会导致很多疾病，包括PD、精神分裂症和中风 NMDA受体过度激动可使大脑产生包括神经元坏死和细胞凋亡的神经损害 NMDA受体是研制治疗多种神经精神疾病药物的重要靶点功能 两个亚单位NR1和NR2可被PKA或PKC在一个或多个位点磷酸化。 PKC的激活可使NMDA受体的磷酸化增强、功能增强，主要是增加受体通道的开放和降低细胞外Mg2+与受体的亲和力 PKA和CaMPKⅡ也能使NR1和NR2亚单位相应的丝/苏氨酸位点磷酸化。 磷酯酶1、2A或2B可抑制NMDA受体活性，其中磷酯酶1、2A可减少NMDA受体开放的数目，磷酯酶2B则可缩短受体开放的时间。受体激活与磷酸化的关系NMDA受体拮抗剂竞争性：作用于EAAs识别位点，竞争性阻滞EAAs与NMDA受体结合。AP5,AP7非竞争性：结合于Mg2+结合位点或附近，阻断NMDA受体通道。MK-801等（2）非NMDA受体 化学门控离子通道受体 开启仅允许单价阳离子如Na+、K+进出 Na+内流引起突触后膜去极化，诱发快速的EPSP，参与兴奋性突触的传递 非NMDA受体与NMDA受体在突触传递及Glu的兴奋性神经毒性作用中有协同作用AMPA受体：GluR1、GluR2、GluR3、GluR4KA受体：GluR5、GluR6、GluR7和KA1、KA2PKA、PKC和PKG可调节非NMDA受体的活性：PKA可增强通道的开放频率，对开放时间没有影响。对维持非NMDA受体功能是必需的PKC对AMPA受体磷酸化的影响可能导致功能性受体数目增加，并不影响受体对配体的亲和力。（3）代谢型谷氨酸受体(mGluR) mGluR通过G蛋白与不同的第二信使偶联，触发较缓慢的生物学效应。 目前已克隆出8种不同亚型的mGluRs（mGluRl～R8），分成3组 非选择性激动剂：Glu、使君子酸（quisqualicAcid，QA）和鹅膏蕈酸（Ibotenicacid，Ibo） 选择性激动剂：t-ACPD是第一个选择性激动剂，L-CCG-I3.γ-氨基丁酸受体GABAAR：配体门控的氯通道GABABR：G蛋白偶联受体家族，在脑内分布较少GABACR：配体门控的氯通道，仅在视网膜发现GABAAR：被荷包牡丹碱（bicucine）阻断由α、β、γ、δ和ρ5种亚基组成，围绕氯通道 激动剂:地西泮、氯硝西泮等与α位点结合后，促进GABA与GABAA受体结合,氯通道开放频率增加，更多Cl―内流，引起膜超极化，产生快速IPSP，最终产生抗焦虑、镇静催眠和抗惊厥等作用。 反相激动剂：β-咔啉 拮抗剂：氟马西尼GABABR：被法克罗芬（ohaclofen）阻断主要分布于突触前膜，关闭钙通道负反馈调节神经递质的释放分布于突触后膜，通过G蛋白及第二信使诱导钾通道开放抑制性效应激动剂：氯苯氨丁酸拮抗剂：法克罗芬CGP54626CGP64213GABACR：被印防己毒素（picrotoxin）阻断本身即氯通道，激活后引起Cl―内流，产生IPSP。激动剂：GABA、蝇蕈醇、顺式-4-氨基丁烯酸（CACA）、反式-4-氨基丁烯酸（TACA）等4.甘氨酸受体激动剂：甘氨酸、β-苯丙酸、牛磺酸和丝氨酸拮抗剂：士的宁、印防己毒素和印防己毒内酯配体门控离子通道型受体5.肾上腺素受体指与NE和E结合的受体的总称，肾上腺素受体在中枢内分布较集中，主要在下丘脑等处，与警觉、睡眠、情绪等调节有关，属G蛋白偶联受体超家族中枢肾上腺素能受体 受体 中枢分布 激动剂 拮抗剂 G蛋白 效应酶 第二信使 α1 皮质、海马、脑干 去氧肾上腺素 派唑嗪、吲哚拉明 Gq/11 PLC DG，IP3 α2 （视亚型） 可乐定 育亨宾、派唑嗪 Gi/o AC cAMP β1 嗅神经核等 异丙肾上腺素 阿普洛尔、倍他洛尔、普萘洛尔 Gs AC cAMP β2 嗅球、海马等 丙卡特 普萘洛尔 Gs AC cAMP6.多巴胺受体属G蛋白偶联受体超家族D1样：D1和D5D2样：D2、D3、D4 黑质纹状体系统存在D1样受体（D1和D5亚型）和D2样受体（D2和D3亚型） 中脑-边缘系统和中脑-皮质系统主要存在D2样受体 D4亚型受体特异地存在于上述两个DA通路，与精神分裂症的发生和发展密切相关，氯氮平对其具有高亲和力。7.5-羟色胺受体 分为7型（5-HT1-7），各自包括很多亚型 除5-HT3受体外，其余5-HT受体均属于G蛋白偶联受体超家族5-HT1受体：与Gi蛋白偶联，抑制AC5-HT2受体：与Gq蛋白偶联，激活PLC5-HT3受体：配体门控，非选择性阳离子通道与5-HT5受体：尚未确定偶联的蛋白质5-HT4、5-HT6和5-HT7受体：与Gs蛋白偶联，激活AC 5-HT1A受体部分激动剂丁螺环酮（buspirone）和吉吡隆（gepirone）用于治疗广泛性焦虑症 5-HT1B/1D受体激动剂舒马曲普坦(SumatriptanSuccinate)用于治疗偏头痛 非选择性的5-HT2A受体部分激动剂D‑麦角酸二乙酰胺（Dlysergicaciddiethylamide,LSD）是目前最强的致幻剂之一 昂丹司琼(ondansetron)和格拉司琼（granisetron）等5-HT3受体拮抗剂都是止吐剂，临床常用于缓解化疗所致恶心和呕吐。8.组胺受体 有3种亚型（H1～H3），脑内均有表达，属于G蛋白偶联受体超家族成员H1受体：与Gq蛋白偶联，激活PLC，拮抗剂：苯海拉明和氯苯甲嗪（第一代），氯雷他定和特非那定（第二代），非索非那定（第三代）H2受体：与Gs蛋白偶联，激活AC，拮抗剂：西咪替丁（cimetidine）、雷尼替丁（ranitidine）等H3受体：与Gi蛋白偶联，激活AC，激动剂：R–α–甲基组胺9.神经肽受体 多数神经肽受体属于G蛋白偶联受体超家族。 仅神经降压肽受体，其本身是膜上的鸟苷酸环化酶，直接通过cGMP产生效应特点1）一种神经肽可与一种或多种亚型受体2）某些神经肽受体可与多种神经肽结合3）神经肽与受体间结合非常复杂4）某些受体亚型在中枢和神经系统的表达形式不同（1）阿片受体 脑内阿片受体有5种，分别为μ、δ、α、ε和ρ受体 前三类受体属于G蛋白偶联受体超家族。（2）速激肽受体（3）促肾上腺皮质激素释放激素受体 速激肽受体为G蛋白偶联受体超家族， 分为NK1、NK2和NK3型 有CRH1R和CRH2R两种亚型 均为G蛋白偶联受体 CRH1R广泛分布于脑部，主要介导ACTH的释放，参与应激反应 CRH2R主要集中分布于前脑外侧核，参与形成情绪、恐惧和认知感（4）神经降压肽受体 受体有3型（NTS1～NTS3）， NTS1和NTS2属G蛋白偶联受体 NTS3，仅一个跨膜区，是膜上的鸟苷酸环化酶，直接通过cGMP产生效应（5）降钙素受体 降钙素基因相关肽（CGRP）受体有两类，分别为CGRP1和CGRP2 属于G蛋白偶联受体家族10.神经营养因子受体（1）神经营养素受体分两类缺乏Trk受体的激动剂和拮抗剂，因此研究依赖于缺乏特定神经营养素或Trk受体的基因工程小鼠1、与酪氨酸激酶（Trk）偶联的受体家族，特异性地与不同的神经营养素结合2、与p75有关的低亲和性受体，可与所有神经营养素家族成员结合（2）胶质细胞源性神经营养因子受体 间接激活酪氨酸蛋白激酶产生生物学效应BindingofGDNFtoRet. GDNFdimerbindstotwomoleculesofGFRa-1andthiscomplexbindstoRetthatdimerizes. ThedimerizationofRetcausesthatautophosphorylationofthetyrosineresiduesofthetwosubunits.（3）睫状神经营养因子受体受体由三个亚基组成：1、CNTF结合蛋白CNTFRα亚基2、130KD的糖蛋白（gp130）亚基3、信号转导LIF受体（LIFR）β亚基CNTF与CNTFRα受体结合，通过受体募集作用，与gp130和LIFR形成三元受体复合物，触发信号转导小结11.嘌呤受体分类（1）P1受体与G蛋白偶联，A1、A2A、A2B和A3 A1和A3受体与Gi/o蛋白偶联，抑制AC，降低胞内cAMP水平，抑制性受体 A2A和A2B受体与Gs蛋白偶联，激活AC，升高胞内cAMP水平，兴奋性受体。腺苷为P1受体的内源配体。A1受体与腺苷亲和力最大，介导腺苷的抗焦虑、抗惊厥、止痛和镇静作用（2）P2受体 P2X受体亚家族和P2Y受体亚家族 为ATP和ApnA门控的阳离子通道 P2X受体活化后促使Na+、K+、Ca2+快速流动，引起膜去极化；P2Y受体有5种亚型，均有独特的药理学特性， 苏拉明（suramin）为一竞争性的P2受体拮抗剂（3）中枢神经系统中嘌呤类递质的作用及治疗前景 腺苷对神经功能的影响 腺苷与神经元兴奋 腺苷的神经保护作用 腺苷对多巴胺能系统的影响 腺苷在疼痛中的作用 CNS中腺苷的其他作用5.6.4神经系统药物与非受体蛋白药物的作用靶点受体受体的信号转导系统酶离子通道其他G‑蛋白偶联受体（GPCR）靶点占绝大多数G蛋白信号调节蛋白（regulatorofGproteinsignaling，RGS） RGS可加速G蛋白失活进而终止GPCR信号转导 RGS的多样性,组织分布特异性以及较强的调节活性,可成为寻找新型CNS疾病治疗药物的新靶点酸敏感离子通道（acidsensitiveionchannels，ASICs） 直接感受体液中pH值的变化，ASICs作为谷氨酸受体以外的神经保护药物靶点，是神经系统疾病和药物研究中一个重要的课题中性粒细胞弹性蛋白酶(neutrophilelastase，Ne） 中性粒细胞作为炎症细胞，对多种组织器官如肝、肺、肠、心肌等的损伤都起到重要的保护作用。1、简述神经营养因子概念及分类及常见神经营养因子的主要功能（NGF,NT-3,GDNF）2、简述外周乙酰胆碱受体，肾上腺素受体的分型、分布,主要的受体激动剂和拮抗剂3、脑内谷氨酸、γ-氨基丁酸主要受体分型及信息传递的主要作用机制，主要的受体激动剂和拮抗剂思考题