睫状神经营养因子及受体的研究进展
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2004年8月15日
石向群 陈兴洲 陆兵勋 2004-8-8 14:37:36 国外医学脑血管疾病分册 1999年 4月 第7卷第2期
摘要 睫状神经营养因子(CNTF)自70年代发现以来倍受重视，其对神经细胞的生长、分化具有明显的营养作用。有关CNTF及其受体的组织分布、蛋白质和基因的分子结构、生长学活性、表达调节等的研究取得了新的进展并展现了临床应用前景。
1956年Cohen纯化出第一个神经营养因子——神经生长因子(NGF)，随后陆续发现了脑源性神经营养因子(BDNF)、神经营养因子-3(NT-3)、神经营养因子-4/5(NT-4/5)，构成了神经营养因子(NT-Fs)家族，它们对神经细胞生长、分化有重要作用。睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor,CNTF)因最初从鸟的睫状神经节中提取出来，可维持副交感神经节活性而得名，它不属于NTFs家族成员，与其无同源性，属非靶源性神经营养因子。CNTF最早由Helfand等在1976年发现，1984年Barbin等从鸡睫状神经元提取获得，并于1989年获得CNTF cDNA。
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1 CNTF及其受体的组织分布
⑴CNTF阳性细胞 在中枢神经系统，CNTF阳性细胞主要分布在大脑皮质、嗅球、小脑皮质下区。体外培养的Ⅰ型胶质细胞也可见CNTF表达。细胞内定位：胶质细胞主要在胞体、突起呈阴性，神经元细胞在胞核、胞浆呈阴性[1]；但亦有不一致的报道[2]。在周围神经系统，CNTF主要分布在髓鞘/雪旺细胞、睫状神经节；雪旺细胞CNT呈高水平表达，主要分布于胞体和突起，而核中无阳性反应。
⑵睫状神经营养因子受体(CNTFR) 在中枢神经系统以小脑CNTFR-α mRNA水平最高，其他依次为后脑、中脑、丘脑、下丘脑、纹状体、海马、皮质和嗅球，且脑脊液中也存在可溶性CNTFR-α，在外周组织中以胃髓肌CNTFR-α mRNA水平最高，其次为皮肤、肺、肠、肾、肝、脾和胸腺。周围神经系统的交感神经节、副交感神经节均存在CNTFR。
2 CNTF和CNTFR的分子结构
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⑴人类CNTF(hCNTF) hCNTF分子质量为(20-24)×103(20-24 kD)，酸性蛋白质，仅在第17位有一个Cys，分子内无二硫键、也无N-糖基化位点和信号及肽，属于细胞内蛋白质，而非分泌蛋白质，与LIF、IL-6、OSM、GOSF等可能同属一个家族，富含α-螺旋结构，具有相似的四螺旋束样空间结构。有A、B、C、D等4个螺旋结构，其C端形成松散的转角和无规则卷曲，B螺旋结构后段和C螺旋结构可能形成蛋白质的疏水核心[3]。
⑵CNTFR CNTFR分子质量52×103(52 kD),是由三个亚基(CNTFR-α、LIFR-β和gp130)构成的复合体。CNTFR-α是CNTF的特异结合蛋白质，如果缺损，gp130将与LIF结合，而不与CNTF结合；人与大鼠CNTFRα的氨基酸序列有94%的同源性，属非跨膜蛋白质，其借糖基-磷脂酰肌醇键(glycosyl-phos-phatidylinositol lindage,GPI)锚在细胞膜上[4]，但可被细胞膜上的磷脂酶裂解因此CNTFR-α可以结合形式或可溶形式存在[5]。LIFR-β和gp130存在于细胞膜上，参与JAK/TYK偶联，起信号传递作用[6]。CNTFGN cNTFR结合过程可能是：CNTF先与可溶性CNTFR-α结合，然后再连接LIFR-β和gp130，继而激活JAK/STAT信号传递通路将信号向细胞内传递。
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3 CNTF和CNTFR-α基因结构
⑴hCNTF基因 位于第11号染色体长臂近端，属单拷贝基因，编码区长600 bp，两个外显子之前有一个1kb左右的内含子，内含子位于第38-39个氨基酸之间，转录起始位于起始密码子上游5 bp，此处存在可与转录因子Ⅱ D结合的TATA序列，该序列上游91bp存在jun和fos家族二聚体的结合位点5'-TGAHTCA-3[5，7]；终止子后650 bp处有两个聚腺苷酸AATAAT序列，这两个AATAAT系列与保守的AATAAT系列不完全相同，产生编印400核苷酸的3'翻译区。人、兔、大鼠CNTF同源性达84%左右，而与NGF的同源性却很低。
⑵CNTFR-α基因 由10个外显子和9个内含子组成，长度至少35 bp，位于染色体的9P13位置，前两个外显子和第10个外显子含5'、3'非翻译区，第3个外显子编码信号肽，第4个外显子编码Ig样结构域，第5-8个外显子编码细胞因子受体样结构域，第9个外显子编码疏水的GPI识别序列。
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4 CNTF生物活性
4.1 营养神经元
CNTF的营养作用突出表现在对中枢和周围运动神经元的营养作用，不仅表现在对培养的胚胎运动神经元具有营养作用，而且在体研究亦发现其影响胚胎运动神经元的发育、分化；神经损伤后见到雪旺细胞CNTF呈高水平表达，神经轴突逆转运CNTF增加，提示CNTF参与神经损伤后的修复、再生[8-10]，损伤后CNTF反应性增高是细胞的保护性反应。此外，CNTF还影响交感神经节、感觉神经节均有CNTFR-α表达，因此被认为是CNTF的靶组织。新生大鼠脊髓运动神经元胞体对轴突损伤反应敏感，容易导致胞体变性、死亡，但生后3周这种易感性明显减弱，可能与此时雪旺细胞CNTF mRNAT蛋白质水平较高有关；利用同源重组技术修饰CNTF基因(基因打靶技术)使其失活，可导致动物先天性运动神经元变性、死亡[11]；如果修饰CNTFR-α基因，小鼠则于出生后24h内死亡，基段神经核细胞脱失56%[12]。据此，可推测还存在另一未发现的CNTF，其生物活性大于已发现的CNTF。
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4.2 影响非神经组织
CNTF属于细胞因子大家族的成员，因此它对非神经组织生理、病理过程也有调节作用。体外实验证实，CNTF能够微弱抑制外周血单核细胞产生IL-8和前列腺素E2，加入CNTFR-α后CNTF的这种抑制作用大大加强[13]。此外，CNTF能抑制胚胎多能干细胞的分化[11]，诱导肝细胞表达急性反应蛋白[14]，皮下注射CNTF可预防失神经支配的肌肉发生萎缩[15，16]。
4.3 营养的协同作用
目前所知神经营养因子与神经元的关系并非一一对应，一种神经营养因子可作用多种神经元，一种神经元接受多种营养因子的营养、调节、而且神经营养因子之间存在协同作用。培养的运动神经元基质中加入BDNF或CNTF均能使胞内CHAT水平升高，联合应用更加明显，进一步研究发现单独作用BDNF或CNTF均不能阻止Wobbler突变鼠神经肌肉进行性退化，但两种因子联合应用却能阻止其发病[7]。
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5 CNTF的基因表达调节
5.1 发育调节
CNTF表达水平在发育过程中是不断变化的,Northern转印分析显示，新生大鼠坐骨神经内不能测出CNTF mRNA，须至第4天才能测出，提示CNTF较少参与调节围产期神经系统的生长、发育[3]；至第2周坐骨神经内CNTF mRNA和蛋白质均急剧升高，达原来的30倍[18]。
5.2 神经元活动调节
Rory在1993年发现，感觉、运动神经元能以轴突逆转运CNTF至胞体，当神经受到损伤时这种逆转运将迅速增多[19]，这一反应可被外源性LIF抑制；因此可推测，CNTF的逆转运由膜受体倡导。神经损伤后雪旺细胞提高CNTF地表达，大脑中动脉缺血后缺血脑皮质和海马区的CNTF水平明显升高[20]。故CNTF有损伤保护因子之称。新生大鼠骨髓运动神经元胞体对轴突损伤反应敏感，容易导致胞体变性、死亡，但生后3周这种易感性明显减弱，可能与此时雪旺细胞CNTF mRNA和蛋白质水平较高有关。
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6 CNTF的医用研究现状与前景
随着研究不断深入，已逐步认识到CNTF的医用价值，并已开始应用于临床。CNTF目前主要应用于治疗运动神经元疾病如肌萎缩侧索硬化(ALS)。动物实验研究显示，CNTF有良好的促运动神经元生长作用，对外伤后运动神经元胞体的变性、死亡显示出明显的预防作用；Sendtner发现，CNTF能够提高纯合子pmn/pmn小鼠面神经运动神经核神经元数量和膈神经的神经轴突数量[21]。但临床应用的效果却并不令人满意；一组临床研究显示，730例ALS病人分3组分别给予CNTF30μg/kg、15μg/kg及安慰剂；每周3次皮下注射，治疗9个月，结果显示，死亡率、并发症和肌肉挛缩在治疗组与对照组无明显差异[22]。另一研究发现，570例ALS病人经0.5、2、5、μg/kg-1·d-1rh·CNTF治疗6个月后，不但病情无明显好转，且副作用明显，咳嗽、体重下降、死亡率增高，并由此导致治疗终止。为了解决上述问题，有人将一微囊(内装有能分泌CNTF的活细胞、其膜为半透膜)植入病变局部，可提高局部CNTF浓度，降低血药浓度、减轻副作用。
CNTF治疗其他CNS疾病的研究较少。目前已知CNTF在CNS大部分区域的水平均较低，但CNTFR-α水平较高，主要分布在神经元。细胞培养显示，CNTF对基底前脑胆碱能等多种神经元有营养作用，但动物实验发现单独应用CNTF并不能使轴突损伤后的基底前脑胆碱能神经元和黑质多巴胺神经元恢复合成CAT酪氨酸羟化酶[23]。CNTF对脑缺血的影响看法不一。Kumon等[24]在自发性高血压大鼠的脑缺血实验中发现侧脑室注射CNTF能够缓解脑缺血造成的空间认知障碍，且组织学显示皮质的梗死灶和同侧丘脑神经元逆行性变性均有改善；但Ogata[25]等在Wistar大鼠脑缺血术前1周给予CNTF却未能有效阻止海马CAI区的神经元死亡。
参考文献略, 百拇医药
摘要 睫状神经营养因子(CNTF)自70年代发现以来倍受重视，其对神经细胞的生长、分化具有明显的营养作用。有关CNTF及其受体的组织分布、蛋白质和基因的分子结构、生长学活性、表达调节等的研究取得了新的进展并展现了临床应用前景。
1956年Cohen纯化出第一个神经营养因子——神经生长因子(NGF)，随后陆续发现了脑源性神经营养因子(BDNF)、神经营养因子-3(NT-3)、神经营养因子-4/5(NT-4/5)，构成了神经营养因子(NT-Fs)家族，它们对神经细胞生长、分化有重要作用。睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor,CNTF)因最初从鸟的睫状神经节中提取出来，可维持副交感神经节活性而得名，它不属于NTFs家族成员，与其无同源性，属非靶源性神经营养因子。CNTF最早由Helfand等在1976年发现，1984年Barbin等从鸡睫状神经元提取获得，并于1989年获得CNTF cDNA。
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1 CNTF及其受体的组织分布
⑴CNTF阳性细胞 在中枢神经系统，CNTF阳性细胞主要分布在大脑皮质、嗅球、小脑皮质下区。体外培养的Ⅰ型胶质细胞也可见CNTF表达。细胞内定位：胶质细胞主要在胞体、突起呈阴性，神经元细胞在胞核、胞浆呈阴性[1]；但亦有不一致的报道[2]。在周围神经系统，CNTF主要分布在髓鞘/雪旺细胞、睫状神经节；雪旺细胞CNT呈高水平表达，主要分布于胞体和突起，而核中无阳性反应。
⑵睫状神经营养因子受体(CNTFR) 在中枢神经系统以小脑CNTFR-α mRNA水平最高，其他依次为后脑、中脑、丘脑、下丘脑、纹状体、海马、皮质和嗅球，且脑脊液中也存在可溶性CNTFR-α，在外周组织中以胃髓肌CNTFR-α mRNA水平最高，其次为皮肤、肺、肠、肾、肝、脾和胸腺。周围神经系统的交感神经节、副交感神经节均存在CNTFR。
2 CNTF和CNTFR的分子结构
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⑴人类CNTF(hCNTF) hCNTF分子质量为(20-24)×103(20-24 kD)，酸性蛋白质，仅在第17位有一个Cys，分子内无二硫键、也无N-糖基化位点和信号及肽，属于细胞内蛋白质，而非分泌蛋白质，与LIF、IL-6、OSM、GOSF等可能同属一个家族，富含α-螺旋结构，具有相似的四螺旋束样空间结构。有A、B、C、D等4个螺旋结构，其C端形成松散的转角和无规则卷曲，B螺旋结构后段和C螺旋结构可能形成蛋白质的疏水核心[3]。
⑵CNTFR CNTFR分子质量52×103(52 kD),是由三个亚基(CNTFR-α、LIFR-β和gp130)构成的复合体。CNTFR-α是CNTF的特异结合蛋白质，如果缺损，gp130将与LIF结合，而不与CNTF结合；人与大鼠CNTFRα的氨基酸序列有94%的同源性，属非跨膜蛋白质，其借糖基-磷脂酰肌醇键(glycosyl-phos-phatidylinositol lindage,GPI)锚在细胞膜上[4]，但可被细胞膜上的磷脂酶裂解因此CNTFR-α可以结合形式或可溶形式存在[5]。LIFR-β和gp130存在于细胞膜上，参与JAK/TYK偶联，起信号传递作用[6]。CNTFGN cNTFR结合过程可能是：CNTF先与可溶性CNTFR-α结合，然后再连接LIFR-β和gp130，继而激活JAK/STAT信号传递通路将信号向细胞内传递。
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3 CNTF和CNTFR-α基因结构
⑴hCNTF基因 位于第11号染色体长臂近端，属单拷贝基因，编码区长600 bp，两个外显子之前有一个1kb左右的内含子，内含子位于第38-39个氨基酸之间，转录起始位于起始密码子上游5 bp，此处存在可与转录因子Ⅱ D结合的TATA序列，该序列上游91bp存在jun和fos家族二聚体的结合位点5'-TGAHTCA-3[5，7]；终止子后650 bp处有两个聚腺苷酸AATAAT序列，这两个AATAAT系列与保守的AATAAT系列不完全相同，产生编印400核苷酸的3'翻译区。人、兔、大鼠CNTF同源性达84%左右，而与NGF的同源性却很低。
⑵CNTFR-α基因 由10个外显子和9个内含子组成，长度至少35 bp，位于染色体的9P13位置，前两个外显子和第10个外显子含5'、3'非翻译区，第3个外显子编码信号肽，第4个外显子编码Ig样结构域，第5-8个外显子编码细胞因子受体样结构域，第9个外显子编码疏水的GPI识别序列。
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4 CNTF生物活性
4.1 营养神经元
CNTF的营养作用突出表现在对中枢和周围运动神经元的营养作用，不仅表现在对培养的胚胎运动神经元具有营养作用，而且在体研究亦发现其影响胚胎运动神经元的发育、分化；神经损伤后见到雪旺细胞CNTF呈高水平表达，神经轴突逆转运CNTF增加，提示CNTF参与神经损伤后的修复、再生[8-10]，损伤后CNTF反应性增高是细胞的保护性反应。此外，CNTF还影响交感神经节、感觉神经节均有CNTFR-α表达，因此被认为是CNTF的靶组织。新生大鼠脊髓运动神经元胞体对轴突损伤反应敏感，容易导致胞体变性、死亡，但生后3周这种易感性明显减弱，可能与此时雪旺细胞CNTF mRNAT蛋白质水平较高有关；利用同源重组技术修饰CNTF基因(基因打靶技术)使其失活，可导致动物先天性运动神经元变性、死亡[11]；如果修饰CNTFR-α基因，小鼠则于出生后24h内死亡，基段神经核细胞脱失56%[12]。据此，可推测还存在另一未发现的CNTF，其生物活性大于已发现的CNTF。
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4.2 影响非神经组织
CNTF属于细胞因子大家族的成员，因此它对非神经组织生理、病理过程也有调节作用。体外实验证实，CNTF能够微弱抑制外周血单核细胞产生IL-8和前列腺素E2，加入CNTFR-α后CNTF的这种抑制作用大大加强[13]。此外，CNTF能抑制胚胎多能干细胞的分化[11]，诱导肝细胞表达急性反应蛋白[14]，皮下注射CNTF可预防失神经支配的肌肉发生萎缩[15，16]。
4.3 营养的协同作用
目前所知神经营养因子与神经元的关系并非一一对应，一种神经营养因子可作用多种神经元，一种神经元接受多种营养因子的营养、调节、而且神经营养因子之间存在协同作用。培养的运动神经元基质中加入BDNF或CNTF均能使胞内CHAT水平升高，联合应用更加明显，进一步研究发现单独作用BDNF或CNTF均不能阻止Wobbler突变鼠神经肌肉进行性退化，但两种因子联合应用却能阻止其发病[7]。
, 百拇医药
5 CNTF的基因表达调节
5.1 发育调节
CNTF表达水平在发育过程中是不断变化的,Northern转印分析显示，新生大鼠坐骨神经内不能测出CNTF mRNA，须至第4天才能测出，提示CNTF较少参与调节围产期神经系统的生长、发育[3]；至第2周坐骨神经内CNTF mRNA和蛋白质均急剧升高，达原来的30倍[18]。
5.2 神经元活动调节
Rory在1993年发现，感觉、运动神经元能以轴突逆转运CNTF至胞体，当神经受到损伤时这种逆转运将迅速增多[19]，这一反应可被外源性LIF抑制；因此可推测，CNTF的逆转运由膜受体倡导。神经损伤后雪旺细胞提高CNTF地表达，大脑中动脉缺血后缺血脑皮质和海马区的CNTF水平明显升高[20]。故CNTF有损伤保护因子之称。新生大鼠骨髓运动神经元胞体对轴突损伤反应敏感，容易导致胞体变性、死亡，但生后3周这种易感性明显减弱，可能与此时雪旺细胞CNTF mRNA和蛋白质水平较高有关。
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6 CNTF的医用研究现状与前景
随着研究不断深入，已逐步认识到CNTF的医用价值，并已开始应用于临床。CNTF目前主要应用于治疗运动神经元疾病如肌萎缩侧索硬化(ALS)。动物实验研究显示，CNTF有良好的促运动神经元生长作用，对外伤后运动神经元胞体的变性、死亡显示出明显的预防作用；Sendtner发现，CNTF能够提高纯合子pmn/pmn小鼠面神经运动神经核神经元数量和膈神经的神经轴突数量[21]。但临床应用的效果却并不令人满意；一组临床研究显示，730例ALS病人分3组分别给予CNTF30μg/kg、15μg/kg及安慰剂；每周3次皮下注射，治疗9个月，结果显示，死亡率、并发症和肌肉挛缩在治疗组与对照组无明显差异[22]。另一研究发现，570例ALS病人经0.5、2、5、μg/kg-1·d-1rh·CNTF治疗6个月后，不但病情无明显好转，且副作用明显，咳嗽、体重下降、死亡率增高，并由此导致治疗终止。为了解决上述问题，有人将一微囊(内装有能分泌CNTF的活细胞、其膜为半透膜)植入病变局部，可提高局部CNTF浓度，降低血药浓度、减轻副作用。
CNTF治疗其他CNS疾病的研究较少。目前已知CNTF在CNS大部分区域的水平均较低，但CNTFR-α水平较高，主要分布在神经元。细胞培养显示，CNTF对基底前脑胆碱能等多种神经元有营养作用，但动物实验发现单独应用CNTF并不能使轴突损伤后的基底前脑胆碱能神经元和黑质多巴胺神经元恢复合成CAT酪氨酸羟化酶[23]。CNTF对脑缺血的影响看法不一。Kumon等[24]在自发性高血压大鼠的脑缺血实验中发现侧脑室注射CNTF能够缓解脑缺血造成的空间认知障碍，且组织学显示皮质的梗死灶和同侧丘脑神经元逆行性变性均有改善；但Ogata[25]等在Wistar大鼠脑缺血术前1周给予CNTF却未能有效阻止海马CAI区的神经元死亡。
参考文献略, 百拇医药