腦源性神經營養因子相互作用蛋白質間的相互作用網絡及功能

胡春榮　杜欣娜　李鳳君　金藝華　張　虎　馬利峰

(佳木斯大學附屬第一醫院，黑龍江　佳木斯　154007)

1佳木斯大學基礎醫學院

腦源性神經營養因子(BDNF)是神經生長因子蛋白家族的成員。BDNF與其同源受體的結合可以促進成人腦中神經元存活。并且在阿爾茨海默病(AD)、帕金森病和亨廷頓病患者中BDNF的表達降低〔1～3〕。此外，BDNF還可能在調節應激反應和心理障礙的生物學中發揮作用〔4〕。盡管BDNF的病生理作用及發揮作用的機制已經有不少報道，但是與BDNF結合的蛋白之間的相互作用網絡、BDNF發揮作用的可能機制及BDNF的其他功能并未見較為全面分析，本文旨在整體上分析BDNF相互作用蛋白質的網絡關系、功能和可能機制。

1　資料與方法

1.1與BDNF相互作用的蛋白質查詢PINA2(http://cbg.garvan.unsw.edu.au/pina/)查找BDNF相互作用的蛋白，STRING(http://www.string-db.org/)查找BDNF相互作用的蛋白，然后將二者綜合在一起，去除重復項。

1.2在線軟件SRING分析與BDNF相互作用的蛋白質之間相互作用的網絡圖將上述得到的蛋白列表，輸入STRING中，進行蛋白間相互作用網絡圖分析。

1.3GO分析利用DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)對上述蛋白列表進行基因本體(Gene Ontology,GO)分析。

1.4KEGG分析利用DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)對上述蛋白列表進行KEGG信號通路分析。

2　結　果

2.1在線軟件SRING分析與BDNF相互作用的蛋白質之間相互作用的網絡圖與BDNF直接或者間接相互作用的蛋白質有20個(見圖1)。

圖1　與BDNF結合的蛋白質之間相互作用的網絡圖

2.2生物學過程(GO分析)將數據庫PINA和SRING顯示的BDNF相互作用的22個蛋白質進行GO生物學過程分析，發現該蛋白集合主要參與生長因子刺激后細胞反應、軸突導向、神經營養因子信號通路、細胞表面受體信號通路、神經營養因子TRK受體信號通通路、神經元凋亡過程調節和學習或記憶等生物學過程。見表1。

2.3分子功能(GO分析)與BDNF相互作用蛋白質的GO分子功能分析結果顯示，該蛋白集合只要均具有神經營養因子受體活性、神經營養因子或受體結合、神經生長因子結合及跨膜受體蛋白酪氨酸激酶活性等共能。見表2。

2.4KEGG 信號通路分析與BDNF相互作用的蛋白集合主要參與神經營養因子信號通路、MAPK信號通路、VEGF信號通路、白細胞跨內皮遷移、Rap1和Ras等信號通路。見表3。

表1　與BDNF相互作用的蛋白質參與的生物學過程

表2　與BDNF相互作用的蛋白質的分子功能

表3　與BDNF相互作用的蛋白質參與的信號通路

3　討　論

神經營養因子(NT)是中樞和外周神經系統中不同神經元群體發育、生長和分化的基本調節因子。神經營養因子的作用由兩類細胞表面受體決定：Trk受體酪氨酸激酶和p75神經營養因子受體(p75NTR)，p75NTR是腫瘤壞死因子的成員之一〔5〕。神經營養因子BDNF以自分泌和旁分泌的方式起作用，并且整個生命中內嗅皮層可以產生BDNF。與受體結合后，神經營養因子及其受體發生內化，并從軸突末端逆行轉運至細胞體。

Trk受體導致環腺苷酸反應元件結合蛋白(CREB)和細胞外信號相關激酶-5活性(Erk5)升高及磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和磷脂酶C-γ1(PLC-γ1)的磷酸化〔6〕。同時，研究還發現Akt1是PI3K激活的下游靶點。磷酸化的Akt1正向調節CREB和核因子(NF)-κB，介導幾種促生存基因的表達〔1〕。除了對神經元的作用之外，BDNF似乎是發育中和成人神經系統中突觸活動依賴性修飾的普遍機制的一部分，并且可以促進海馬和皮層長期勢差〔7〕。BDNF釋放調節可以通過高鉀或高頻刺激谷氨酸能突觸誘導〔8〕。在一些神經變性疾病中已經觀察到BDNF合成和分泌中的改變：AD，帕金森病和亨廷頓病〔2,3〕。本研究顯示，與BDNF相互作用的蛋白質有22個，這些蛋白質通過神經營養因子信號通路、MAPK信號通路及VEGF信號通路發揮功能。

BDNF具有治療AD的潛力〔9,10〕。BDNF在誘導神經祖細胞向神經元表型方向分化方面起著重要的作用。將神經前體細胞暴露在BDNF中2 h即可誘導完全的神經元分化，β-微管蛋白陽性細胞數目明顯增多，表明BDNF能促使有絲分裂后神經前體細胞向神經元樣表型終末細胞分化〔11〕。體內實驗亦獲得了相同的結果，將BDNF注入側腦室和第三腦室排列的特殊皮質結構，發現BRDU陽性細胞數目明顯增多，新產生的細胞表達神經元特異性標志物微管相關蛋白(MAP)2和微管蛋白〔12〕。而BDNF則在早期即表現為對胚膽堿能神經元胞體和突起的發育有較強的作用，在橫切海馬傘后，注入BDNF可阻止軸突的膽堿能神經元的死亡，表明BDNF具有促進基底前腦膽堿能神經元存活的作用〔13〕。與此類似的是，本研究中GO分析結果顯示這些與BDNF相互作用的蛋白主要具有神經營養因子和受體活性，主要參與神經元軸突生成、調節細胞增殖和凋亡。

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13Morse JK,Wiegand SJ,Anderson K,etal.Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) prevents the degeneration of medial septal cholinergic neurons following fimbria transection〔J〕.J Neurosci，1993;13(10):4146-56.