Нейротрофические факторы ( NTF ) - это семейство биомолекул, почти все из которых являются пептидами или небольшими белками, которые поддерживают рост, выживание и дифференцировку как развивающихся, так и зрелых нейронов. [1] [2] [3] Большинство NTF оказывают свои трофические эффекты на нейроны, передавая сигналы через тирозинкиназы , [2] обычно рецепторные тирозинкиназы . В зрелой нервной системе они способствуют выживанию нейронов, вызывают синаптическую пластичность и модулируют формирование долговременных воспоминаний. [2]Нейротрофические факторы также способствуют начальному росту и развитию нейронов в центральной нервной системе и периферической нервной системе , и они способны восстанавливать поврежденные нейроны в пробирках и моделях на животных. [1] [4] Некоторые нейротрофические факторы также выделяются тканью-мишенью, чтобы управлять ростом развивающихся аксонов . Большинство нейротрофических факторов принадлежат к одному из трех семейств: (1) нейротрофины , (2) лиганды семейства нейротрофических факторов, происходящих из глиальных клеток (GFL), и (3) нейропоэтические цитокины. [4] Каждое семейство имеет свои собственные отчетливые клеточные сигнальные механизмы , хотя вызываемые клеточные ответы часто накладываются друг на друга. [4]
В настоящее время нейротрофические факторы интенсивно изучаются для использования в биоискусственных нервных проводниках, поскольку они необходимы in vivo для управления ростом и регенерацией аксонов. В исследованиях нейротрофические факторы обычно используются в сочетании с другими методами, такими как биологические и физические сигналы, создаваемые добавлением клеток и определенных топографий. Нейротрофические факторы могут быть иммобилизованы или не иммобилизованы на каркасной структуре, хотя иммобилизация предпочтительна, поскольку она позволяет создавать постоянные контролируемые градиенты. В некоторых случаях, таких как нервные системы доставки лекарств , они слабо иммобилизованы, так что они могут избирательно высвобождаться в определенное время и в определенных количествах. [ требуется медицинская цитата ]
Список нейротрофических факторов
Хотя появляется больше информации о нейротрофических факторах, их классификация основана на различных клеточных механизмах, и они сгруппированы в три основных семейства: нейротрофины , семейство CNTF и семейство GDNF . [2] [5] [6]
Нейротрофины
Нейротрофический фактор головного мозга
Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) структурно подобен NGF, NT-3 и NT-4 /5, [7] и разделяет рецептор TrkB с NT-4. [8] Полученный из головного мозга нейротрофический фактор / система TrkB способствует выживанию тимоцитов , как это было исследовано в тимусе мышей. [8] Другие эксперименты предполагают, что BDNF более важен и необходим для выживания нейронов, чем другие факторы. [5] Однако этот компенсаторный механизм до сих пор не известен. В частности, BDNF способствует выживанию нейронов ганглия задних корешков . [7] Даже будучи связанным с усеченным TrkB, BDNF все еще проявляет роль роста и развития. [7] Без BDNF (гомозиготный (- / -)) мыши не выживают в течение трех недель. [7]
Включая развитие, BDNF играет важную регулирующую роль в развитии зрительной коры , усилении нейрогенеза и улучшении обучения и памяти. [7] В частности, BDNF действует в гиппокампе . Исследования показали, что лечение кортикостероном и адреналэктомия снижают или повышают экспрессию BDNF в гиппокампе. [9] В соответствии с исследованиями на людях и животных, уровень BDNF снижается у пациентов с нелеченой большой депрессией . [9] Однако корреляция между уровнем BDNF и депрессией противоречива. [9] [10]
Фактор роста нервов
Фактор роста нервов (NGF) использует высокоаффинный рецептор TrkA [11] [8], чтобы способствовать миелинизации [11] и дифференцировке нейронов. [12] Исследования показали, что нарушение регуляции NGF вызывает гипералгезию и боль. [8] [12] Производство NGF сильно коррелирует со степенью воспаления . Несмотря на то, что очевидно, что экзогенное введение NGF помогает уменьшить воспаление тканей, молекулярные механизмы все еще неизвестны. [12] Более того, уровни NGF в крови повышаются во время стресса, при иммунных заболеваниях , а также при астме или артрите , среди других состояний. [8] [12]
Нейротрофин-3
В то время как нейротрофические факторы в семействе нейротрофинов обычно имеют рецептор протеинтирозинкиназы (Trk), нейротрофин -3 (NT-3) имеет уникальный рецептор TrkC . [8] Фактически, открытие различных рецепторов помогло ученым дифференцировать понимание и классификацию NT-3. [13] NT-3 обладает сходными свойствами с другими членами этого класса и, как известно, важен для выживания нейронов. [13] Белок NT-3 обнаружен в тимусе , селезенке , кишечном эпителии, но его роль в функционировании каждого органа до сих пор неизвестна. [8]
Нейротрофин-4
Семья CNTF
Семейство нейротрофических факторов CNTF включает цилиарный нейротрофический фактор (CNTF), фактор ингибирования лейкемии (LIF), интерлейкин-6 (IL-6), пролактин , гормон роста , лептин , интерфероны (т.е. интерферон-α, -β и - γ ) и онкостатин M . [2]
Цилиарный нейротрофический фактор
Цилиарный нейротрофический фактор влияет на эмбриональные мотонейроны , сенсорные нейроны ганглия задних корешков и нейроны цилиарного нейрона гиппокампа. [14] Он структурно связан с фактором ингибирования лейкемии (LIF), интерлейкином 6 (IL-6) и онкостатином M (OSM). [15] CNTF предотвращает дегенерацию двигательных нейронов у крыс и мышей, что увеличивает время выживания и двигательную функцию мышей. Эти результаты предполагают, что экзогенный CNTF может быть использован в качестве терапевтического лечения дегенеративных заболеваний двигательных нейронов человека . [16] Он также имеет неожиданные свойства лептина, поскольку вызывает потерю веса. [14]
Семья GDNF
Семейства GDNF - лигандов включает в себя глиальной клеточной линии нейротрофического фактора (GDNF), artemin , neurturin и persephin . [2]
Нейротрофический фактор, происходящий из глиальных клеток
Нейротрофический фактор, полученный из линии глиальных клеток (GDNF), первоначально был обнаружен как промотор выживания, полученный из клетки глиомы . Более поздние исследования показали, что GDNF использует рецепторную тирозинкиназу и высокоаффинный лиганд-связывающий корецептор GFRα . [17] GDNF имеет особенно сильное сродство с дофаминергическими (DA) нейронами . [5] В частности, исследования показали, что GDNF играет защитную роль против токсинов МРТР для нейронов DA. Он также был обнаружен в двигательных нейронах эмбриональных крыс и, как предполагается, способствует развитию и сокращает аксотомию . [5]
Артемин
Neurturin
Персефин
Эфринс
В эфриных представляют собой семейство нейротрофических факторов , которые сигнал через Эф рецепторы , класс рецепторных тирозинкиназ ; [2] семейство эфринов включает эфрин A1 , A2 , A3 , A4 , A5 , B1 , B2 и B3 .
Семейства EGF и TGF
Семейства нейротрофических факторов EGF и TGF состоят из эпидермального фактора роста , нейрегулинов , трансформирующего фактора роста альфа (TGFα) и трансформирующего фактора роста бета (TGFβ). [2] Они передают сигнал через рецепторные тирозинкиназы и серин / треониновые протеинкиназы . [2]
Другие нейротрофические факторы
Несколько других биомолекул, которые были идентифицированы как нейротрофические факторы, включают: фактор созревания глии , инсулин , инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), фактор роста фибробластов (FGF), фактор роста тромбоцитов ( PDGF), пептид , активирующий аденилатциклазу гипофиза (PACAP), интерлейкин-1 (IL-1), интерлейкин-2 (IL-2), интерлейкин-3 (IL-3), интерлейкин-5 (IL-5), интерлейкин. -8 (IL-8), макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) и нейротактин . [2]
Рекомендации
- ^ a b «Нейротрофические факторы» . Издательская группа "Природа" . Дата обращения 31 мая 2016 .
Нейротрофические факторы - это молекулы, которые увеличивают потенциал роста и выживания нейронов. Они играют важную роль как в развитии, где они могут действовать как ориентиры для развивающихся нейронов, так и в зрелой нервной системе, где они участвуют в выживании нейронов, синаптической пластичности и формировании долговременных воспоминаний.
- ^ Б с д е е г ч я J Маленка Р.С., Нестлер Э.Дж., Хайман С.Е. (2009). «Глава 8: Атипичные нейротрансмиттеры». В Sydor A, Brown RY (ред.). Молекулярная нейрофармакология: Фонд клинической неврологии (2-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical. С. 199, 211–221. ISBN 9780071481274.
Нейротрофические факторы - это полипептиды или небольшие белки, которые поддерживают рост, дифференциацию и выживание нейронов. Они производят свои эффекты за счет активации тирозинкиназ.
- ^ Зигмонд MJ , Кэмерон JL, Hoffer BJ, Smeyne RJ (2012). «Нейровосстановление физическими упражнениями: движение вперед». Паркинсонизм Relat. Disord . 18 Дополнение 1: S147–50. DOI : 10.1016 / S1353-8020 (11) 70046-3 . PMID 22166417 .
Как будет сказано ниже, упражнения стимулируют экспрессию нескольких нейротрофических факторов (NTF).
- ^ а б в Deister, C .; Шмидт, CE (2006). «Оптимизация комбинаций нейротрофических факторов для роста нейритов». Журнал нейронной инженерии . 3 (2): 172–179. DOI : 10.1088 / 1741-2560 / 3/2/011 . PMID 16705273 .
- ^ а б в г Хендерсон, Кристофер Э (1996-02-01). «Роль нейротрофических факторов в развитии нейронов». Текущее мнение в нейробиологии . 6 (1): 64–70. DOI : 10.1016 / S0959-4388 (96) 80010-9 . PMID 8794045 . S2CID 29876053 .
- ^ Эрнсбергер, Уве (16 июля 2008 г.). «Роль передачи сигналов лиганда семейства GDNF в дифференцировке нейронов симпатических и дорсальных корешков ганглия» . Клеточные и тканевые исследования . 333 (3): 353–371. DOI : 10.1007 / s00441-008-0634-4 . ISSN 0302-766X . PMC 2516536 . PMID 18629541 .
- ^ а б в г д Binder, Devin K .; Шарфман, Хелен Э. (01.01.2004). «Мини-обзор» . Факторы роста . 22 (3): 123–131. DOI : 10.1080 / 08977190410001723308 . ISSN 0897-7194 . PMC 2504526 . PMID 15518235 .
- ^ Б с д е е г Vega, José A .; Гарсиа-Суарес, Оливия; Ханнестад, Йонас; Перес-Перес, Марта; Germanà, Антонино (2003-07-01). «Нейротрофины и иммунная система» . Журнал анатомии . 203 (1): 1–19. DOI : 10.1046 / j.1469-7580.2003.00203.x . ISSN 1469-7580 . PMC 1571144 . PMID 12892403 .
- ^ а б в Ли, Бан-Хи; Ким, Юн-Ку (2010). «Роль BDNF в патофизиологии большой депрессии и в лечении антидепрессантами» . Психиатрическое расследование . 7 (4): 231–5. DOI : 10,4306 / pi.2010.7.4.231 . PMC 3022308 . PMID 21253405 .
- ^ Гровс, Джо (14 августа 2007 г.). "Не пора ли переоценить гипотезу депрессии BDNF?" . Молекулярная психиатрия . 12 (12): 1079–1088. DOI : 10.1038 / sj.mp.4002075 . ISSN 1359-4184 . PMID 17700574 .
- ^ а б Виллослада, Пабло; Хаузер, Стивен Л .; Бартке, Ильзе; Унгер, Юрген; Хилд, Натан; Розенберг, Даниэль; Cheung, Стивен В .; Мобли, Уильям С .; Фишер, Стефан (2000-05-15). «Фактор роста нервов человека защищает обыкновенных мартышек от аутоиммунного энцефаломиелита путем переключения баланса цитокинов Т-хелперных клеток 1 и 2 типа в центральной нервной системе» . Журнал экспериментальной медицины . 191 (10): 1799–1806. DOI : 10.1084 / jem.191.10.1799 . ISSN 0022-1007 . PMC 2193155 . PMID 10811872 .
- ^ а б в г Пренсипи, Джузи; Минноне, Гаэтана; Стрипполи, Рафаэле; Паскуале, Лоредана Де; Петрини, Стефания; Кайелло, Иван; Манни, Луиджи; Бенедетти, Фабрицио Де; Браччи-Лаудьеро, Луиза (2014-04-01). «Фактор роста нервов подавляет воспалительную реакцию в моноцитах человека через TrkA» . Журнал иммунологии . 192 (7): 3345–3354. DOI : 10.4049 / jimmunol.1300825 . ISSN 0022-1767 . PMID 24585880 .
- ^ а б Снайдер, WD; Райт, Делавэр (1996). «Нейротрофины вызывают новую сенсацию» . Нейрон . 16 (2): 229–232. DOI : 10.1016 / s0896-6273 (00) 80039-2 . PMID 8789936 .
- ^ а б Lambert, PD; Андерсон, KD; Слиман, МВт; Вонг, В .; Tan, J .; Hijarunguru, A .; Коркоран, TL; Мюррей, JD; Табет, KE (2001-04-10). «Цилиарный нейротрофический фактор активирует лептиноподобные пути и уменьшает жировые отложения без кахексии или отскока увеличения веса даже при лептинорезистентном ожирении» . Труды Национальной академии наук . 98 (8): 4652–4657. DOI : 10.1073 / pnas.061034298 . ISSN 0027-8424 . PMC 31889 . PMID 11259650 .
- ^ Piquet-Pellorce, C .; Серый, L .; Mereau, A .; Хит, JK (1994-08-01). «Являются ли LIF и родственные цитокины функционально эквивалентными?». Экспериментальные исследования клеток . 213 (2): 340–347. DOI : 10.1006 / excr.1994.1208 . ISSN 0014-4827 . PMID 8050491 .
- ^ Сендтнер, М .; Schmalbruch, H .; Штёкли, KA; Carroll, P .; Крейцберг, GW; Тонен, Х. (1992-08-06). «Цилиарный нейротрофический фактор предотвращает дегенерацию двигательных нейронов при прогрессирующей двигательной нейронопатии мутантных мышей» (PDF) . Природа . 358 (6386): 502–504. DOI : 10.1038 / 358502a0 . PMID 1641039 . S2CID 4369702 .
- ^ Бало, Роберт Х; Эномото, Хидеки; Джонсон-младший, Юджин М; Милбрандт, Джеффри (1 февраля 2000 г.). «Лиганды и рецепторы семейства GDNF - значение для нервного развития». Текущее мнение в нейробиологии . 10 (1): 103–110. DOI : 10.1016 / S0959-4388 (99) 00048-3 . PMID 10679429 . S2CID 32315320 .