腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子相互作用蛋白質(zhì)間的相互作用網(wǎng)絡(luò)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(xué)附屬第一醫(yī)院，黑龍江　佳木斯　154007)

1佳木斯大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)是神經(jīng)生長因子蛋白家族的成員。BDNF與其同源受體的結(jié)合可以促進成人腦中神經(jīng)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(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)和心理障礙的生物學(xué)中發(fā)揮作用〔4〕。盡管BDNF的病生理作用及發(fā)揮作用的機制已經(jīng)有不少報道，但是與BDNF結(jié)合的蛋白之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)、BDNF發(fā)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(zhì)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)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(zhì)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(fù)項。

1.2在線軟件SRING分析與BDNF相互作用的蛋白質(zhì)之間相互作用的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(jié)　果

2.1在線軟件SRING分析與BDNF相互作用的蛋白質(zhì)之間相互作用的網(wǎng)絡(luò)圖與BDNF直接或者間接相互作用的蛋白質(zhì)有20個(見圖1)。

圖1　與BDNF結(jié)合的蛋白質(zhì)之間相互作用的網(wǎng)絡(luò)圖

2.2生物學(xué)過程(GO分析)將數(shù)據(jù)庫PINA和SRING顯示的BDNF相互作用的22個蛋白質(zhì)進行GO生物學(xué)過程分析，發(fā)現(xiàn)該蛋白集合主要參與生長因子刺激后細胞反應(yīng)、軸突導(dǎo)向、神經(jīng)營養(yǎng)因子信號通路、細胞表面受體信號通路、神經(jīng)營養(yǎng)因子TRK受體信號通通路、神經(jīng)元凋亡過程調(diào)節(jié)和學(xué)習(xí)或記憶等生物學(xué)過程。見表1。

2.3分子功能(GO分析)與BDNF相互作用蛋白質(zhì)的GO分子功能分析結(jié)果顯示，該蛋白集合只要均具有神經(jīng)營養(yǎng)因子受體活性、神經(jīng)營養(yǎng)因子或受體結(jié)合、神經(jīng)生長因子結(jié)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(jīng)營養(yǎng)因子信號通路、MAPK信號通路、VEGF信號通路、白細胞跨內(nèi)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(zhì)參與的生物學(xué)過程

表2　與BDNF相互作用的蛋白質(zhì)的分子功能

表3　與BDNF相互作用的蛋白質(zhì)參與的信號通路

3　討　論

神經(jīng)營養(yǎng)因子(NT)是中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中不同神經(jīng)元群體發(fā)育、生長和分化的基本調(diào)節(jié)因子。神經(jīng)營養(yǎng)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(jīng)營養(yǎng)因子受體(p75NTR)，p75NTR是腫瘤壞死因子的成員之一〔5〕。神經(jīng)營養(yǎng)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(nèi)嗅皮層可以產(chǎn)生BDNF。與受體結(jié)合后，神經(jīng)營養(yǎng)因子及其受體發(fā)生內(nèi)化，并從軸突末端逆行轉(zhuǎn)運至細胞體。

Trk受體導(dǎo)致環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)和細胞外信號相關(guān)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(fā)現(xiàn)Akt1是PI3K激活的下游靶點。磷酸化的Akt1正向調(diào)節(jié)CREB和核因子(NF)-κB，介導(dǎo)幾種促生存基因的表達〔1〕。除了對神經(jīng)元的作用之外，BDNF似乎是發(fā)育中和成人神經(jīng)系統(tǒng)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(diào)節(jié)可以通過高鉀或高頻刺激谷氨酸能突觸誘導(dǎo)〔8〕。在一些神經(jīng)變性疾病中已經(jīng)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(zhì)有22個，這些蛋白質(zhì)通過神經(jīng)營養(yǎng)因子信號通路、MAPK信號通路及VEGF信號通路發(fā)揮功能。

BDNF具有治療AD的潛力〔9,10〕。BDNF在誘導(dǎo)神經(jīng)祖細胞向神經(jīng)元表型方向分化方面起著重要的作用。將神經(jīng)前體細胞暴露在BDNF中2 h即可誘導(dǎo)完全的神經(jīng)元分化，β-微管蛋白陽性細胞數(shù)目明顯增多，表明BDNF能促使有絲分裂后神經(jīng)前體細胞向神經(jīng)元樣表型終末細胞分化〔11〕。體內(nèi)實驗亦獲得了相同的結(jié)果，將BDNF注入側(cè)腦室和第三腦室排列的特殊皮質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)BRDU陽性細胞數(shù)目明顯增多，新產(chǎn)生的細胞表達神經(jīng)元特異性標志物微管相關(guān)蛋白(MAP)2和微管蛋白〔12〕。而BDNF則在早期即表現(xiàn)為對胚膽堿能神經(jīng)元胞體和突起的發(fā)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(jīng)元的死亡，表明BDNF具有促進基底前腦膽堿能神經(jīng)元存活的作用〔13〕。與此類似的是，本研究中GO分析結(jié)果顯示這些與BDNF相互作用的蛋白主要具有神經(jīng)營養(yǎng)因子和受體活性，主要參與神經(jīng)元軸突生成、調(diào)節(jié)細胞增殖和凋亡。

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