神经生长因子与细胞凋亡的研究进展

1、神经生长因子与细胞凋亡的研究进展胡雨云(综述林永,翁山耕(审校关键词:神经生长因子;凋亡;受体,神经生长因子中图分类号:R329125文献标识码:A 文章编号:167224194(2005S020016203收稿日期:2005203216修回日期:2005205219基金项目:教育部重点科研项目、福建省教育厅重点科研项目(JA03084,福建省科技攻关计划资助项目(2001Z036作者单位:福建医科大学附属第一医院普外科,福州350004作者简介:胡雨云(1978,男,福建医科大学2002级硕士研究生神经营养因子(N T 家族包括神经生长因子(N GF 、大脑衍生神经营养因子(BDNF 、神经

2、营养因子3(N T 23、神经营养因子4/5(N T 24/5等。而N T 受体有两类:一类是低亲和力的受体p75,它能和所有的N T 结合;另一类是高亲和力的受体酪氨酸激酶A 、B 和C (Trk A 、B 和C 。N GF 结合TrkA ,BDNF 结合TrkB ,N T 23结合TrkB 及TrkC ,N T 24/5结合TrkB1。N T 家族成员能够促进发育中的感觉神经元及交感神经元的存活及分化,营养成熟的神经元并维持其正常的生物学功能。而N GF 是第一个被发现,也是目前为止研究得最清楚的一个N T 。近年研究发现,N GF 除了具有N T 的一般功能外,还可以诱导细胞凋亡。这一功

3、能是通过p75来介导的,并迅速成为近几年来生命科学界所瞩目的焦点之一。1对p75信号传导功能的认识111p75激活凋亡信号p75有肿瘤坏死因子(TNF 家族的特点,在结构上与B 细胞抗原,TNF受体和Fas 抗原(APO 21有同源性,能促进细胞凋亡。N GF 通过p75激活小分子GTP 结合蛋白、核转录因子(NF 2B 和c 2J un 氨基端激酶(J N K ,最终导致细胞凋亡。p75基因敲除的动物,它的那些表达p75的细胞数量有增加的趋势,并且这些细胞凋亡明显减少,末端脱氧核苷酸转移酶介导的尿苷脱氧三磷酸缺口末端标记(TUN EL 检测细胞凋亡数明显降低。进一步研究发现,在海马神经元中,

4、N GF 通过p75产生促凋亡效应,而在p75表达缺失的细胞中,使用N GF 培养对细胞凋亡效应无影响2。p75介导的凋亡机制与多种细胞因子、激酶有关。其中丝裂原相关的蛋白激酶(MAP K 、J N K 、半胱天冬酶(Caspase 等起着重要作用。在交感神经中,N GF 与p75结合激活J N K 引起细胞凋亡。相反,一旦使J N K 途径受阻,即使N GF 与p75结合,p75介导的细胞凋亡效应也大大降低324。2004年Takman 等用N GF 预处理表达p75的PC 22细胞,发现细胞外信号调节激酶c 2J N K 及MAP K 随时间变化明显激活5。BDNF 结合到p75也可激活J

5、 N K 引起细胞凋亡6。大多数细胞凋亡发生需要Caspase 分子的激活,Caspases 是细胞凋亡的指挥中枢之一,它们通过切断与周围细胞的联络,重组细胞骨架,关闭DNA 复制和修复,破坏DNA 与核结构,诱导细胞显示吞噬和整合为凋亡小体的信号等,在细胞凋亡中起着重要作用。Caspases 家族成员拥有相似的氨基酸序列、结构和底物特异性,共约14个,其中Caspase 22、23、26、27、28、29、210是细胞凋亡的执行者。而N GF 与p75结合使Caspase 23、26、29快速激活,导致细胞凋亡。p75介导的凋亡激活机制虽未完全阐明,但N GF 与其受体p75结合的确能诱导细

6、胞凋亡,这为将来临床治疗一些相关的疾病,促进或抑制靶细胞凋亡开辟了一条新的途径。112p75诱导细胞存活与增生2002年Yan 等研究发现,N GF 诱导的细胞凋亡效应可以被Trk 阻滞剂阻断,而不能被p75受体阻滞剂所影响7。这就使人们想到N GF 与p75受体结合诱导的促凋亡效应可能受N GF 与TrkA 结合的促存活效应影响,而且N GF 与p75受体结合可能诱导促存活信号,并通过TrkA 起作用的。在体内外p75可以被P38磷酸化,而N GF 与p75结合增加P38的活性,这机制部分解释了在一定条件下为什么N GF 结合p75会增加细胞的存活8。p75和其他的TNF 受体家族成员都有促

7、存活和促凋亡的双重作用,它们是通过转录因子NF 2B激活起作用的。NF 2B 通常以P65/P50异二聚体形式与抑制蛋白转录因子抑制子(I b 结合,以非激活状态存在于细胞质中。当细胞受到刺激时,I b 被上游的I k 磷酸化导致I b 降解,I b 的降解使异二聚体P65/P50移位于细胞核,调节靶基因的转录。N GF 与p75结合可诱导P65核移位,调节NF 2B 的活性9。在无血清培养的PC12细胞中,61福建医科大学学报2005年8月第39卷增刊N GF激活NF2B,维持蛋白激酶C21水平,促进细胞存活与分化。用NF2B活性抑制剂可阻断N GF 刺激的细胞存活和蛋白激酶C的表达10。而

8、且, N GF诱导NF2B激活增加抗凋亡基因bcl2X的表达,用抗p75抗体阻断剂处理神经元,从而也阻断了N GF诱导的bcl2X表达11。p75受体还能激活磷脂酰肌醇3激酶2Akt通路,促进细胞的存活与增生。Akt能抑制凋亡,激活Caspase29、促进促死亡蛋白Bad的磷酸化。在海马神经元中,这个通路被p75激活,起着促进细胞的存活与增生的作用11。2NGF与p75结合诱导细胞凋亡与靶细胞有关1990年代初Rabizadeh用不同浓度的N GF研究发现,在N GF浓度较低,只能与Trk结合时,抑制细胞死亡的作用很弱,但当N GF浓度增高,能够同时和p75结合时,细胞凋亡受到明显的抑制12。

9、邓玉蕾等研究发现N GF能对2淀粉样蛋白诱导海马神经细胞凋亡起保护作用,这一机制是通过激活NF2B实现的13。高鹏等,用R2L1细胞(人N GF 低亲和力受体p75转染R2细胞而建立和R2细胞以差式筛选(differential screening的方法,筛选随机的噬菌体7肽和12肽展示文库(display lib,获得了和p75受体结合的N GF等的模拟配基,并用细胞结合的方法和EL ISA对获得的配基顺序与p75受体的结合进行了分析,发现拟N GF短肽与p75结合后产生抗凋亡作用14。当然他们还没有做更深的研究,那就是可能在去血清培养后,加入的N GF 模肽与p75受体相结合,由此抑制了p

10、75受体引起的细胞凋亡途径,或者是激活了p75受体与TrkA 受体的相互作用,引起了TrkA受体的活化,产生抗凋亡作用。上述结果提示,N GF不管与哪种受体结合都对细胞凋亡起抑制作用。可是报道更多的是N GF与TrkA结合后引起细胞增殖,与p75结合后引起细胞凋亡。K ishibe等研究表明,N GF结合TrkA导致细胞内信号传导,引起一系列激酶级联反应,导致神经细胞的存活与增殖,与p75结合,激活J N K和神经酰胺,促进细胞凋亡15。Oakley等研究表明,肝细胞在肝受损的情况下表达N GF,用重组体N GF培养肝星形细胞,导致剂量依赖性地增加凋亡。N GF调节NF2B活性,降低P50/P

11、65异二聚体的活性,最终引起Caspase23表达明显增加,诱导细胞凋亡16。人们研究苦参碱诱导肝星形细胞凋亡,认为N GF/p75途径可能参与了肝星形细胞凋亡过程,而且发现苦参碱能促进肝细胞增殖。而Cassiman等用免疫组织化学方法和PCR方法,发现人与大鼠的肝细胞RNA中包含TrkA mRNA,发现肝星形细胞能表达p751,在这个实验中N GF/ TrkA可能参与了苦参碱诱导的大鼠肝细胞的增殖,而N GF/p75可能参与了苦参碱诱导的大鼠肝星形细胞的凋亡。因此,不管是外源性的N GF还是内源性的N GF引起细胞凋亡或是存活,可能和靶细胞种类不同有关。3p75和TrkA相互关系由于大多数细

12、胞既表达p75又表达TrkA,N GF 与p75相结合的信号传导机制很可能受N GF与TrkA相结合的信号影响与调节。一系列的研究表明,p75的存在使TrkA的信号传导功能发挥最大。在二者共存的情况下,TrkA依赖的Ras激活可阻滞p75诱导的J N K激活。TrkA激活磷脂酰肌醇23激酶(PI23K及存活分化分子Akt,也可与p75诱导的促凋亡信号相互作用。在体内外,N GF与p75结合可激活鸟苷三磷酸激酶,进而激活J N K诱导细胞凋亡。另外p75诱导的鸟苷三磷酸激酶激活可以被TrkA共激活作用调节,从而抑制J N K激活,阻止N GF诱导的细胞凋亡17。N GF与其受体结合产生的生物学效

13、应可能也与受体的比例有关。例如, N GF在抑制化疗诱导的凋亡中起着重要的作用,通常认为它是与高亲和力受体TrkA相结合的结果,而低亲和力受体p75只起着利于高亲和力受体与N GF结合的作用。但p75与N GF相结合(该细胞不表达TrkA却能保护细胞,对抗化疗剂诱导的凋亡。2002年Yan等研究发现,在既表达TrkA又表达p75的细胞中,TrkA/p75比例为1/100时N GF 抗凋亡效应需要结合p75,相反,TrkA/p75比例为100/100时,N GF抗凋亡效应不依赖p75的结合18。另外,最近发现许多p75与TrkA相衔接的蛋白。例如,能直接连接p75与TrkA受体的蛋白激酶C相互作

14、用蛋白P62,它能结合和改变蛋白激酶C的定位而对N GF起反应。内源性P62结合肿瘤坏死因子相关因子6(TRAF6(TrkA与P75的结合蛋白,使N GF激活NF2B。P62结合TRAF6能选择性地与TrkA相互作用而不与P75相互作用,而TRAF6能选择性地与p75相互作用而不与TrkA 作用。因此P62可作为NF2B激活的平台使N GF 促存活或促凋亡19。TrkA与P62相互作用对TrkA进入细胞特定位置是必要的。这样结合蛋白使二受体信号传导有协同性,共同促进细胞的存活71胡雨云等:神经生长因子与细胞凋亡的研究进展与分化。研究还表明,TrkA干预p75信号传导是通过P123K/P KC依

15、赖的机制20。N GF诱导的凋亡,同时伴随着MAP K的活化、神经酰胺的产生及J N K 的活化抑制,但NF2B的活化未受到影响。由此看来,TrkA不仅启动了促进细胞存活的信号,同时抑制了p75启动的死亡信号。4展望细胞在发生、发展及死亡过程中,体内存在着两种相互关联相互制约的敏锐而有效的调节机制,使细胞执行正常的生理功能,排除对机体无用及有害的物质,维持生物体平衡状态。N GF除了能够维持细胞存活以外,它还参与介导细胞凋亡,这可能正是大量的神经元在神经系统发育早期死亡的原因之一。细胞的存活与凋亡有十分复杂的机制,受基因严格控制,也受环境的影响。对N GF及其两种受体的研究具有十分重要的理论意

16、义,它使人们认识细胞凋亡过程,从而进一步认识生命的本质。而且,对其研究还具有十分重要的临床意义,它使人们懂得采取干预细胞生长与凋亡过程的有效措施,对过度增殖的细胞促使其凋亡,从而维持机体的稳态。如肝星形细胞过度增生导致肝纤维化,如果知道N GF/p75途径参与此细胞凋亡过程,人们便可能开发有效的药物,或适时使用p75及TrkA受体的激动剂或抑制剂,为治疗疾病提供有效方法21。N GF 促进细胞凋亡的机制,尤其它的信号传导过程还未被完全阐述清楚,进一步对它研究仍将是今后的一个重要方向。参考文献:1Cassiman D,Denff C,Desmet VJ,et al1Human and rat h

17、epaticstellate cells express neurotrophins and neurotrophin receptorsJ1Hepatology,2001,33(1:148215812Brann AB,Tcherpakov M,Williams IM,et al1Nerve growth fac2tor2induced p752mediated death of cultured hippocampal neurons isage2dependent and transduced through ceramide generated by neu2tral sphingomy

18、elinaseJ1Epub,2002,277(12:9812298181 3Harris CA,Deshmukh M,Tsui2Pierchala B,et al1Inhibition ofthe c2J un N2terminal kinase signaling pathway by the mixed lin2eage kinase inhibitor CEP21347(KT7515preserves metabolismand growth of trophic factor2deprived neuronsJ1J Neurosci,2002,22(1:103211314Sarmier

19、e PD,Freenam RS1Analysis of the NF2kappa B and PI32kinase/Akt survival pathways in nerve growth factor2dependentneuronsJ1Mol Cell Neurosci,2001,18(3:320233115Takman R,Jiang H,Schaefer E,et al1Nerve growth factor pre2treatment attenuates oxygen and glucose deprivation2induced c2J unamino2terminal kin

20、ase1and stress2activated kinases p38alpha andp38beta activation and confers neuroprotection in the pheochro2 mocytoma PC12modelJ1J Mol Neurosci,2004,22(3:2372 25016Yeiser EC,Rutkoski NJ,Naito A,et al1Neurotrophin signaling7Yan C,Liang Y,Nylander KD,et al1TrkA as a life and death re2ceptor:receptor d

21、ose as a mediator of functionJ1Cancer Res, 2002,62(17:48672487518Wang JJ,Tasinato A,Ethell DW,et al1Phosphorylation of thecommon neurotrophin receptor p75by p38beta2kinase affects NF2kappaB and AP21activitiesJ1J Mol Neurosci,2000,15(1:1922919Cosgaya J M,Shooter EM1Binding of nerve growth factor to i

22、tsp75receptor in stressed cells induces selective IkappaB2beta degra2 dation and NF2kappaB nuclear translocationJ1J Neurochem, 2001,79(2:3912399110Choi DS,Y oung H,McMahon T,et al1The mouse RACK1gene is regulated by nuclear factor2kappa B and contributes tocell survivalJ1Mol Pharmacol,2003,64(6:1541

23、215481 11Bui N T,K onig HG,Culmsee C,et al1p75neurotrophin receptoris required for constitutive and N GF2induced survival signallingin PC12cells and rat hippocampal neuronesJ1J Neurochem,2002,81(3:5942605112Rabizadeh S1Low2affinity nerve growth factor receptor inducecell apoptosisJ1Science,1993,261(

24、16:3452348113邓钰蕾,徐玮,汤荟冬,等1NF2B在N GF和TNF2a对A25235海马神经细胞毒的保护作用中的机制研究J1现代神经疾病杂志,2003,3(6:3462347114高鹏,王欣,陈虹,等1神经生长因子低亲和力受体(75N TR的模拟配基的筛选J1中国生物化学与分子生物学报,2003,19(6:7692774115K ishibe K,Yamada Y,Ogawa K1Production of nerve growthfactor by mouse hepatocellular carcinoma cells and expression ofTrkA in tumo

25、r2associated arteries in miceJ1Gast roentero2logy,2002,122(7:197821986116Oakley F,Trim N,Constandinou CM,et al1Hepatocytes ex2press nerve growth factor during liver injuryJ1A m J Pathol,2003,163(5:184921858117Harrington AW,K im J Y,Y oon SO1Activation of Rac GTPaseby p75is necessary for c2jun N2terminal kinase2mediated apopto2sisJ