神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerve growth factor,
NGF)是一種經(jīng)典的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。NGF在周圍神經(jīng)系統(tǒng)(peripheral nervous system,PNS)參與交感神經(jīng)元、神經(jīng)嵴起源的感覺(jué)神經(jīng)元的發(fā)育、存活,維持及損傷修復(fù)等作用已逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。八十年以后,人們發(fā)現(xiàn)NGF對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(certral nervous system,CNS)中基底前腦(basal forebrain)膽堿能神經(jīng)元有作用。而作用于該部膽堿能神經(jīng)元的NGF主要由靶區(qū)(海馬及新皮質(zhì))產(chǎn)生,經(jīng)逆行運(yùn)輸?shù)侥憠A能神經(jīng)元胞體,發(fā)揮其靶源性營(yíng)養(yǎng)作用。大量的研究表明這類神經(jīng)元亞群在學(xué)習(xí)和記憶中具有特殊功能。
在培養(yǎng)PC12細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入NGF時(shí),能誘導(dǎo)PC12突起的生長(zhǎng)并使酶的活性提高,但當(dāng)注射NGF到PC12細(xì)胞體或胞核時(shí),并不發(fā)生以上變化,從而說(shuō)明NGF生理功能的啟動(dòng)是由膜受體介導(dǎo)的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),NGF效應(yīng)細(xì)胞膜上有兩種受體類型,根據(jù)其對(duì)NGF的親和性分為高親和力受體(high affinity receptor,HNGFR)和低親和力受體(low affinity receptor,LNGFR)。LNGFR是一種富含半胱氨酸的糖蛋白,其分子量為75kD,所以又稱p75。LNGFR胞質(zhì)部分沒(méi)有ATP結(jié)合位點(diǎn),致使NGF與p75結(jié)合后不能活化內(nèi)源性激酶,故NGF與p75的結(jié)合不能直接發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng),但能通過(guò)增加HNGFR與NGF的結(jié)合率,影響通過(guò)HNGFR進(jìn)行的信號(hào)傳遞。1991年Klein[1]等研究發(fā)現(xiàn)HNGFR是由酪氨酸激酶原癌基因(tyrosine kinase proto-oncogene,TrK)表達(dá)的一種跨膜糖蛋白,分子量為140kD。現(xiàn)已知HNGFR至少有一個(gè)亞基由TrkA原癌基因編碼。TrkA由三部分組成:即辨別并結(jié)合NGF的細(xì)胞外部、跨膜部及含酪氨酸激酶的胞質(zhì)部。TrkA是NGF的功能性受體,當(dāng)其與NGF結(jié)合后,可激活酪氨酸激酶信號(hào)傳遞系統(tǒng),從而啟動(dòng)細(xì)胞活性,產(chǎn)生生物效應(yīng)。Boissiere[2]等用免疫組化方法檢測(cè)人基底前腦,發(fā)現(xiàn)99%膽堿能神經(jīng)元有TrkA表達(dá);有人用原位雜交和免疫組化方法發(fā)現(xiàn)TrkA mRNA和蛋白質(zhì)廣泛地分布于大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)[3]。在基底前腦表達(dá)TrkA mRNA的膽堿能纖維廣泛地投射到海馬和新皮質(zhì)。
1 發(fā)育過(guò)程中基底前腦TrkA表達(dá)的變化
利用免疫組化方法證實(shí)在成年大鼠基底前腦的膽堿能神經(jīng)元有p75和TrkA的表達(dá)[4],有人用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR)探及到胚胎17天大鼠基底前腦膽堿能神經(jīng)元無(wú)TrkA mRNA表達(dá)[5],生后3天到2周才發(fā)現(xiàn)有TrkA mRNA的表達(dá);Li[6]等用原位雜交和Northern印跡等方法定量分析TrkA mRNA、ChAT mRNA在大白鼠胚胎、生后、成年基底前腦內(nèi)側(cè)隔核(MS)的變化。發(fā)現(xiàn)胚胎17天時(shí)均無(wú)表達(dá),生后0天少數(shù)幾個(gè)細(xì)胞表達(dá)TrkA mRNA、ChAT mRNA;生后4天至11天,兩者表達(dá)明顯增加,生后21天表達(dá)最強(qiáng),高于成年鼠的水平。生后30天呈下降趨勢(shì),在成年鼠維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定比較高的水平。TrkA mRNA和ChAT mRNA的表達(dá)有相似的時(shí)空模式。最近有人用免疫組織化學(xué)方法觀察TrkA表達(dá),無(wú)ChAT表達(dá),生后5天可見(jiàn)ChAT表達(dá),生后20天TrkA mRNA表達(dá)達(dá)高峰;生后30天下調(diào),成年時(shí)維持相對(duì)較高水平,老年時(shí)TrkA mRNA表達(dá)明顯下調(diào)。大鼠基底前腦Meynert基底核TrkA表達(dá)早于ChAT表達(dá)。從生后5天起,TrkA、ChAT表達(dá)有相似的時(shí)間模式。TrkA可能參與Meynert基底核膽堿能神經(jīng)元的發(fā)育、分化、成熟。NGF mRNA、TrkA mRNA在發(fā)育過(guò)程中的變化對(duì)于基底前腦膽堿能神經(jīng)元的存活及突起形成可能起一定的調(diào)節(jié)作用。在腦發(fā)育不同階段基底前腦膽堿能神經(jīng)元TrkA基因表達(dá)具有階段性差異,Hsiang[7]等用原位雜交方法發(fā)現(xiàn),在出生后1天大鼠基底前腦膽堿能神經(jīng)元沒(méi)有測(cè)到TrkA基因,以后逐漸增加,4周時(shí)達(dá)最高水平,這種發(fā)育階段的變化與海馬及皮質(zhì)中NGF mRNA基因表達(dá)的變化有平行關(guān)系[8],提示NGF對(duì)膽堿能神經(jīng)元發(fā)育的調(diào)控作用,也反應(yīng)了這個(gè)過(guò)程中NGF受體對(duì)這種調(diào)控的參與。
2 老齡鼠和
阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)病人基底前腦膽堿能神經(jīng)元TrkA、ChAT表達(dá)的變化
Cooper[9]等將125I-NGF注射入成年大鼠和老齡大鼠(26~30個(gè)月)海馬內(nèi),發(fā)現(xiàn)老齡鼠內(nèi)側(cè)隔核能攝取和逆行轉(zhuǎn)動(dòng)125I-NGF的ChAT免疫反應(yīng)神經(jīng)元數(shù)目減少31%,不能攝取和逆行轉(zhuǎn)運(yùn)125I-NGF的膽堿能神經(jīng)元嚴(yán)重萎縮、胞體的平均面積減少60%,同時(shí),TrkA mRNA表達(dá)下調(diào)43%,而p75沒(méi)有差異。表明老齡鼠基底前腦膽堿能神經(jīng)元維持受體介導(dǎo)靶源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的攝取和逆行轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降,導(dǎo)致NGF信號(hào)傳遞功能削弱。增加了老年動(dòng)物膽堿能神經(jīng)元變性的易感性。最近我們用免疫組織化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)老齡鼠(Meynert)基底核(basal nucleus of Meynert,nBM)TrkA、ChAT-IR神經(jīng)元萎縮、數(shù)量分別減少31.9%、37.5%;胞體平均截面積分別減少39.4%、30.4%;平均灰度分別減少11.8%、9.9%。早老性癡呆是由于基底前腦膽堿能神經(jīng)元的變性死亡及相應(yīng)皮質(zhì)、海馬神經(jīng)元退化所引起的老年神經(jīng)元退行性疾病,其主要臨床表現(xiàn)為學(xué)習(xí)及記憶功能障礙,導(dǎo)致嚴(yán)重的智力低下。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為AD病因主要與乙酰膽堿能系統(tǒng)改變有關(guān)。Boissiere[10,11]等用原位雜交方法發(fā)現(xiàn)AD病人與老年人對(duì)照組比較,nBM膽堿能神經(jīng)元TrkA mRNA表達(dá)減少75%,差異有顯著性(P<0.001);腹側(cè)紋狀體(ventral atriatum)TrkA mRNA表達(dá)減少41%(P<0.01)。豆?fàn)詈藲ぃ╬utamen)TrkA mRNA表達(dá)減少43%~53%(P<0.01)。Mufson[12]等用原位雜交方法發(fā)現(xiàn)AD病人與老年人對(duì)照組比較,nBM膽堿能神經(jīng)元TrkA mRNA表達(dá)減少66%,用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR)方法也得出同樣的結(jié)論。進(jìn)一步用免疫組化方法研究發(fā)現(xiàn):AD病人nBM內(nèi)膽堿能神經(jīng)元TrkA蛋白質(zhì)表達(dá)與老年人對(duì)照組比較,AD病人nBM內(nèi)幸存的TrkA iR陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)量減少60%,染色密度減少35%,細(xì)胞外形皺縮,樹(shù)突截?cái)嘧冃危麄(gè)細(xì)胞呈腫脹的球形外觀(swollen globose appearance)[13]。
3 TrkA對(duì)于基底前腦膽堿能神經(jīng)元的作用
Fagan[14]等將小鼠基底前腦、紋狀體膽堿能神經(jīng)元編碼TrkA受體的基因失活(TrkA-/-)發(fā)現(xiàn)生后7天小鼠基底前腦、紋狀體膽堿能神經(jīng)元ChAT-IR陽(yáng)性產(chǎn)物胞體的平均截面積減少10%~20%;生后20~25天小鼠ChAT-IR陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)目20%~36%,胞體萎縮變小,ChAT免疫反應(yīng)性降低,胞體和膽堿能神經(jīng)纖維氈標(biāo)記密度減少,表明正在發(fā)育的(TrkA-/-)小鼠膽堿能神經(jīng)元ChAT表達(dá)減少,阻礙發(fā)育成熟。結(jié)果表明正在發(fā)育(TrkA-/-)小鼠膽堿能神經(jīng)元ChAT的表達(dá)減少,細(xì)胞死亡增加。(TrkA-/-)小鼠基底前腦膽堿能神經(jīng)元丟失與生后1~4周時(shí),靶源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺失導(dǎo)致細(xì)胞死亡是一致的[15]。缺乏TrkA受體,NGF不能與特異性的受體結(jié)合,不能進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞,正在發(fā)育的基底前腦膽堿能神經(jīng)元不能充分地發(fā)育成熟。
4 TrkA與ChAT、雌激素受體(estrogen receptor,ER)共存
Sobreviela[16]等用免疫組化方法發(fā)現(xiàn):內(nèi)側(cè)隔核和斜角帶核內(nèi)95%以上TrkA免疫反應(yīng)陽(yáng)性神經(jīng)元內(nèi)既含有ChAT也含有p75 nGFR;Meynert基底核內(nèi)80%以上TrkA免疫反應(yīng)陽(yáng)性神經(jīng)元內(nèi)含有ChAT,95%以上的TrkA免疫反應(yīng)陽(yáng)性神經(jīng)元內(nèi)含有p75。Gibbs[17]等用免疫組化方法證明50%~80%的膽堿能ChAT免疫反應(yīng)神經(jīng)元內(nèi)含有ER,雌性大鼠較雄性大鼠多10.5%。紋狀體內(nèi)雙標(biāo)細(xì)胞占74.2%,斜角帶核水平支內(nèi)為63.4%。Toran[18,19]等用放射自顯影和原位雜交、免疫組化方法發(fā)現(xiàn)基底前腦膽堿能神經(jīng)元含有雌性激素的高親和性連接位點(diǎn),即雌激素受體,屬核受體,為一核轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)果提示它們的配體(神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、雌性激素)可能作用于同一神經(jīng)元,協(xié)同調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)特異的基因或者基因網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)。從而調(diào)控mRNA的細(xì)胞內(nèi)組成,影響蛋白質(zhì)生成的量及其性質(zhì),最終影響神經(jīng)元的存活、分化、再生和可塑性。
5 雌性激素對(duì)于基底前腦膽堿能神經(jīng)元TrkA mRNA和ChAT mRNA表達(dá)的調(diào)節(jié)
Pamela[20]等人將成年大白鼠卵巢切除后10天,HDB和nBM內(nèi)TrkA mRNA表達(dá)水平分別下調(diào)56%和34%,而ChAT mRNA分別下調(diào)38%~65%,與Gibbs[21]等人研究結(jié)果相似。雌性激素替代治療3天后,TrkA mRNA、ChAT mRNA表達(dá)恢復(fù)到未切卵巢的動(dòng)物的水平,而VDB中的TrkA mRNA、ChAT mRNA表達(dá)沒(méi)有明顯的差異。Gibbs[22]等觀察鼠齡分別為13個(gè)月、19個(gè)月和25個(gè)月的雄性、雌性大鼠,發(fā)現(xiàn)年齡對(duì)于MS、nBM內(nèi)ChAT、p75免疫反應(yīng)陽(yáng)性神經(jīng)元的細(xì)胞大小、纖維染色密度的影響沒(méi)有顯著性差異,13~25個(gè)月齡鼠中,25個(gè)月齡鼠TrkA mRNA明顯地減少。將13個(gè)月齡鼠卵巢切除6個(gè)月后,MS、nBM內(nèi)TrkA mRNA、ChAT mRNA明顯地減少,短期內(nèi)雌性激素替代治療后,MS、nBM內(nèi)TrkA mRNA、ChAT mRNA明顯地減少,短期內(nèi)雌性激素替代治療后,MS、nBM內(nèi)TrkA mRNA、ChAT mRNA部分恢復(fù)。結(jié)果提示卵巢分泌的雌激素對(duì)于大白鼠基底前腦MS、nBM內(nèi)TrkA mRNA、ChAT mRNA維持正常水平發(fā)揮重要作用。卵巢切除后,MS和nBM內(nèi)TrkA mRNA表達(dá)減少,對(duì)于內(nèi)源性的神經(jīng)生長(zhǎng)因子效應(yīng)降低,基底前腦對(duì)于衰老和疾病的易感性增加,膽堿能神經(jīng)元的功能下降。因此,長(zhǎng)期的卵巢功能喪失,對(duì)基底前腦膽堿能神經(jīng)元將產(chǎn)生不利影響。雌性激素替代治療絕經(jīng)后的婦女有助于減少其患AD病的可能。
6 雌性激素和NGF協(xié)同作用,可望應(yīng)用于臨床
雌性激素能夠上調(diào)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和它們的受體的表達(dá),而NGF能夠增加ChAT mRNA的數(shù)量,增強(qiáng)ChAT的活性,從而增加Ach的釋放。雌性激素對(duì)于膽堿能系統(tǒng)神經(jīng)元的營(yíng)養(yǎng)作用可能部分地經(jīng)過(guò)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子與其受體結(jié)合后傳遞信息而被介導(dǎo)。Gibbs等研究發(fā)現(xiàn)雌性激素的劑量和給藥治療的周期不同,它對(duì)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因以及受體的表達(dá)有不同的效果。臨床應(yīng)用中絕經(jīng)后的婦女用雌性激素替代治療可以預(yù)防AD病的發(fā)生[21],但是
乳腺癌發(fā)病率明顯增高這一副作用也不容忽視。雌性激素和NGF協(xié)同應(yīng)用于臨床還有待于進(jìn)一步的探索。