神经生长因子; NGF

• 神经生长因子，β 亚基；NGFB

HGNC 批准的基因符号：NGF

细胞遗传学定位：1p13.2 基因组坐标（GRCh38）：1:115,285,914-115,338,252（来自 NCBI）

▼ 描述

神经生长因子是一种参与交感神经元和某些感觉神经元生长和分化调节的多肽（Levi-Montalcini 评论，1987）。

▼ 克隆和表达

Ullrich 等人（1983）表明人和小鼠β-NGF的核苷酸序列非常相似。小鼠 Ngf 由 α、β 和 γ 3 种亚基组成，它们特异性相互作用形成 7S、130,000 Da 复合物。该复合物含有 2 条相同的 118 个氨基酸 β 链，它们单独负责 NGF 的神经生长刺激活性。Zabel 等人鉴定了编码 NGF 的人类 DNA 片段（1984） 使用小鼠颌下 cDNA 探针。

▼ 基因功能

外周神经系统和中枢神经系统之间的过渡区背根轴突再生的停滞已被反复描述。拉默等人（2000）证明，通过对受损感觉轴突的营养支持，这种再生障碍是可以克服的。在背根受损的成年大鼠中，用 NGF、神经营养蛋白-3（NT3; 162660） 或神经胶质细胞源性神经营养因子（GDNF; 600837），而不是脑源性神经营养因子（BDNF; 113505） 治疗，导致受损轴突选择性地重新生长穿过背根进入区并进入脊髓。在接受 NGF、NT3 和 GDNF 治疗的大鼠中，发现背角神经元受到周围神经刺激的突触驱动，证明了功能性重新连接。在行为研究中，用 NGF 和 GDNF 治疗的大鼠恢复了对有害热和压力的敏感性。拉默等人（2000） 得出结论，神经营养因子治疗可能是促进根撕脱伤恢复的可行治疗方法。

萨尼科等人（2000） 使用 RT-PCR、蛋白质印迹分析和 ELISA 来评估患有或不患有过敏性鼻炎的受试者中 NGF 的表达和释放。他们发现，与对照受试者相比，过敏性鼻炎受试者表面鼻刮擦物中的 NGF mRNA 显着降低，鼻腔灌洗液中 NGF 蛋白的基线浓度显着升高。过敏原鼻刺激显着增加了过敏性鼻炎受试者鼻腔灌洗液中的 NGF 蛋白，但对照受试者则没有。萨尼科等人（2000） 得出的结论是，他们的数据提供了过敏性鼻炎中粘膜 NGF 表达和释放的稳态失调的证据，并支持这种神经营养素在人类气道过敏性炎症疾病的病理生理学中的作用。

庄等人（2001） 证明缓激肽或 NGF 介导的体内热敏感性增强需要 VR1（602076） 的表达，VR1 是感觉神经元上的热激活离子通道。通过抗体隔离或 PLC 介导的水解降低质膜磷脂酰肌醇 4,5,二磷酸水平在细胞水平上模拟缓激肽或 NGF 的增强作用。此外，PLC-γ（172420） 向 TRK-α（TRKA）（NTRK1；191315） 的募集对于 NGF 介导的通道活性增强至关重要，生化研究表明 VR1 与该复合物相关。庄等人。

尽管原神经营养素被认为是无活性的前体，Lee 等人（2001） 证明 NGF 的原型和 BDNF 的原型由丝氨酸蛋白酶纤溶酶（173350） 和选择性基质金属蛋白酶（MMP7, 178990; MMP3, 185250） 在细胞外分泌和切割。ProNGF 是 p75（NTR）（NGFR; 162010） 的高亲和力配体，可在培养的神经元中诱导 p75（NTR） 依赖性细胞凋亡，同时最大限度地减少 TRK-α 介导的分化或存活的激活。因此，神经营养素的生物学作用受到蛋白水解裂解的调节，原始形式优先激活 p75（NTR） 以介导细胞凋亡，而成熟形式则激活 TRK 受体以促进存活。

MacInnis 和 Campenot（2002） 证明，在培养的大鼠交感神经元中，与珠子共价交联的神经生长因子的应用增加了 TRKA 和 AKT（164730） 的磷酸化，但不增加丝裂原激活蛋白激酶（MAPK1; 176948） 的磷酸化。提供给远端轴突的 NGF 珠或碘 125 标记的 NGF 珠导致超过 80% 的神经元存活 30 小时，而碘 125 标记的 NGF 很少或没有逆行转运。应用游离碘 125 标记的 NGF 产生的逆行转运增加了 20 倍，但只有 29% 的神经元存活。因此，MacInnis 和 Campenot（2002） 得出结论，神经元存活信号可以到达细胞体，而无需启动该信号的 NGF 的伴随。

尼克贾尔等人（2004） 证明 proNGF 通过同时结合 p75（NTR） 和 sortilin（602458） 创建信号复合物。分拣蛋白作为辅助受体和分子开关，控制由 proNGF 诱导的 p75（NTR） 介导的促凋亡信号。sortilin 与 p75（NTR） 一起促进 proNGF 复合高亲和力结合位点的形成。因此，分拣蛋白作为辅助受体和分子开关，使表达 TRK 和 p75（NTR） 的神经元能够对前神经营养蛋白做出反应，并启动促凋亡而不是促存活的作用。在缺乏分拣蛋白的情况下，细胞外蛋白酶的受调节活性可能会将 proNGF 裂解为成熟的 NGF，从而促进 TRK 介导的生存信号。尼克贾尔等人（2004） 得出结论，NGF 诱导的神经元存活和死亡比以前认识的要复杂得多，

哈林顿等人（2004） 报道，大鼠和小鼠脑损伤后，未加工的 NGF 前体（proNGF） 被诱导并以能够在培养物中引发细胞凋亡的活性形式分泌。他们进一步证明，proNGF 在体内结合神经营养蛋白受体 p75，破坏这种结合可以完全挽救受损的成年皮质脊髓神经元。这些数据表明，proNGF 与 p75 的结合是脑损伤后成人皮质脊髓神经元死亡的原因。

在神经生长因子调节剂的研究中，Ieda 等人（2004） 发现内皮素-1（EDN1; 131240） 特异性上调原代培养的心肌细胞中的 NGFB 表达。EDN1 诱导的 NGF 增强由 EDNRA（131243）、Gi-β-γ（参见 139310）、PKC（参见 176960）、Src 家族（参见 190090）、EGFR（131550）、MAPK3（601795）、MAPK14（600289）、AP1（165160） 和 CEBPD 介导（116898）。条件培养基或与 EDN1 刺激的心肌细胞共培养都会引起 NGF 介导的 PC12 细胞分化。Edn1缺陷小鼠表现出心脏中NGF表达和去甲肾上腺素浓度降低、心脏交感神经支配减少、交感星状神经节过度凋亡以及胚胎晚期神经元损失。在 Edn1 缺陷小鼠中，心脏特异性 NGF 过度表达克服了交感神经表达的减少和星状神经节神经元的损失。伊达等人（2004） 得出结论，EDN1 在心脏的交感神经支配中发挥着关键作用。

库鲁维拉等人（2004） 发现相关的神经营养素 NGF 和 NT3（162660） 通过共同受体 TRKA（191315） 发挥作用，是交感神经轴突生长的连续阶段所必需的，因此是目标区域的神经支配。然而，虽然 NGF 支持 TRKA 内化和从远端轴突到细胞体的逆行信号传导以促进神经元存活，但 NT3 却不能。最终靶标衍生的 NGF 促进 p75 神经营养蛋白受体的表达，进而导致轴突对中间靶标衍生的 NT3 的敏感性降低。库鲁维拉等人（2004） 提出，分层神经营养蛋白信号级联以依赖于 TRKA 内化、转移和逆行轴突信号传导的差异控制的方式协调交感神经轴突生长、靶标神经支配和存活的连续阶段。

神经营养素（NTF） 在神经系统中充当生存和分化因子，并已在发育中的啮齿动物睾丸中检测到。为了确定神经营养素是否可以影响人类胎儿睾丸的发育和成熟，Robinson 等人（2003） 检查了妊娠中期期间神经营养素家族的几个成员及其受体的细胞特异性表达和分布，特别强调了 NT4 和 TRKB。他们检测了妊娠 14 至 19 周期间人类睾丸中 NGF、NT3 和 NT4（162662）、BDNF（113505）、高亲和力受体 TRKA、TRKB（600456） 和 TRKC（191316） 以及低亲和力 p75 受体（NGFR; 162010） mRNA 的表达。NT4 mRNA 和蛋白质主要定位于管周细胞。这些细胞也是 p75 的表达位点。相比之下，NGF和NT3主要表达于支持细胞和间质细胞。罗宾逊等人（2003） 得出的结论是，这些数据证明了妊娠中期人类胎儿睾丸中神经营养蛋白及其受体的表达，并表明其在调节生殖细胞和管周细胞的增殖和存活中可能发挥的作用。

德普曼等人（2008）报道，交感神经元之间为了生存而进行的发育竞争严重依赖于由目标神经支配启动并由一系列反馈回路介导的敏化过程。靶标衍生的 NGF 促进小鼠和大鼠神经元中其自身受体 TrkA（191315） 的表达，并延长 TrkA 介导的信号。NGF 还控制脑源性神经营养因子（BDNF; 113505） 和神经营养蛋白-4（162662） 的表达，它们通过受体 p75（162010） 可以杀死具有低逆行 NGF-TrkA 信号传导的邻近神经元，而具有高 NGF-TrkA 信号传导的神经元受到保护。任何这些反馈循环的扰动都会扰乱竞争的动态。德普曼等人（2008） 提出 3 个目标引发的事件对于神经元之间快速而有力的竞争至关重要：

赫本等人（2014） 发现，用金黄色葡萄球菌刺激巨噬细胞，而不是用其他细菌或葡萄球菌种类刺激巨噬细胞，会导致 NGF 前体和成熟 NGFB 的分泌，但不会导致其他神经营养因子的分泌。分泌是通过 NLRP3（606416） 和 NLRC4（606831） 的激活介导的。可能由于宿主和细菌蛋白酶的差异而导致 NGFB 水平降低的金黄色葡萄球菌菌株与全因死亡率增加相关。巨噬细胞、中性粒细胞和 TRKA 转染的 HeLa 细胞通过持续的钙信号传导对 NGFB 做出反应。表达与遗传性感觉和自主神经病 IV（HSAN4; 256800） 相关的 TRKA 突变体（G517E; 191315.0015） 的细胞减少了钙信号传导，而野生型 TRKA 的激活导致吞噬作用增强、促炎细胞因子释放、吞噬体超氧化物的产生和金黄色葡萄球菌的破坏。对斑马鱼的研究表明，NGFB-TRKA 信号传导是脊椎动物对金黄色葡萄球菌免疫的进化保守组成部分。赫本等人（2014） 得出结论，胱氨酸结蛋白，如 NGFB，在神经发育和抗葡萄球菌免疫方面具有进化上保守的双重功能，这可能解释了金黄色葡萄球菌软组织感染后神经生长的异常。

▼ 测绘

在体细胞杂交研究中，Zabel 等人（1984） 发现 NGF 的人类 HindIII DNA 片段（如 Southern 印迹所示）与 1 号染色体共分离。使用具有 1;2 易位的细胞系，他们将分配范围缩小到 1pter-p21。该区域与神经母细胞瘤（1pter-p32） 中细胞遗传学相关的区域以及包含神经母细胞瘤相关 RAS 癌基因的片段相同。

Francke 等人使用神经生长因子 β 亚基的克隆人类基因片段作为体细胞杂交研究中的杂交探针（1983） 将 NGFB 基因座对应到 1p22。癌基因 NRAS（164790） 对应到同一条带。神经生长因子和表皮生长因子（131530）均位于小鼠3号染色体上；在人类中，它们位于不同的染色体上（Zabel 等，1985）。这两种因子在雄性小鼠颌下腺中的含量异常高，并且在发育和雄激素调节过程中的时间激活方面表现出相似性。然而，它们之间没有已知的结构同源性。Zabel 等人根据比较绘图数据进行论证（1985） 表明 NGFB 基因座位于 1 号染色体的 p22.1 至远端 p21 区域。人类 1p 的远端部分与小鼠 4 号染色体显示出保守的同源性。同源区域包括基因 ENO1（172430）、PGD（172200）、GDH（138090）、AK2（103020） 和 PGM1（171900）。保守片段延伸至 PGM1（与小鼠 Pgm2 同源），其定位于人类 1p22.1。从大约1p22.1到着丝粒，有一个与小鼠3号染色体同源的区域。该区域包含小鼠和人的AMY1和AMY2以及小鼠的NGF。AMY 对应到人类 1p21。Middleton-Price 等人使用一种提高原位杂交分辨率的方法（1987） 得出结论，NGFB 位于带 1p13 内。这解释了 NGFB 和 PGM1 之间明显异常的连锁数据，两者之前都被分配给 1p22.1，但没有显示出正连锁。加森等人（1987） 确认了 NGFB 分配给 1p13。然而，混乱还没有完全消除。根据 Dracopoli（1988），NGFB 是 TSHB（188540） 的端粒。这 2 个位点位于相同的 100 kb PFGE 片段中，几乎没有显示重组（lod = 43，theta = 0.0），并且受到甲状腺激素的相反调节（Dracopoli 等人，1988），但 TSHB 已被定位到 1p22。Dracopoli 和 Meisler（1990） 通过连锁分析和脉冲场凝胶电泳得出结论，TSHB、NGFB 和 NRAS 形成位于同一染色体条带中的紧密连锁的基因簇。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。这 2 个位点位于相同的 100 kb PFGE 片段中，几乎没有显示重组（lod = 43，theta = 0.0），并且受到甲状腺激素的相反调节（Dracopoli 等人，1988），但 TSHB 已被定位到 1p22。Dracopoli 和 Meisler（1990） 通过连锁分析和脉冲场凝胶电泳得出结论，TSHB、NGFB 和 NRAS 形成位于同一染色体条带中的紧密连锁的基因簇。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。这 2 个位点位于相同的 100 kb PFGE 片段中，几乎没有显示重组（lod = 43，theta = 0.0），并且受到甲状腺激素的相反调节（Dracopoli 等人，1988），但 TSHB 已被定位到 1p22。Dracopoli 和 Meisler（1990） 通过连锁分析和脉冲场凝胶电泳得出结论，TSHB、NGFB 和 NRAS 形成位于同一染色体条带中的紧密连锁的基因簇。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。1988），但 TSHB 已对应到 1p22。Dracopoli 和 Meisler（1990） 通过连锁分析和脉冲场凝胶电泳得出结论，TSHB、NGFB 和 NRAS 形成位于同一染色体条带中的紧密连锁的基因簇。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。1988），但 TSHB 已对应到 1p22。Dracopoli 和 Meisler（1990） 通过连锁分析和脉冲场凝胶电泳得出结论，TSHB、NGFB 和 NRAS 形成位于同一染色体条带中的紧密连锁的基因簇。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。它们在 1p21 中靠近 AMY2B 基因的位置以及与 α 卫星着丝粒重复 D1Z5 的紧密连锁提供了强有力的证据，表明这 3 个基因座的正确分配是 1p13 而不是 1p22。通过荧光原位杂交，Mitchell 等人（1995） 将 NGFB 对应到 1p13.1。

开利等人（1996） 构建了一个 3-Mb YAC 重叠群，包括 NGFB 基因。他们发现1号染色体短臂该区域的基因顺序为cen--CD2（186990）--CD58（153420）--ATP1A1（182310）--NGF--TSHB--NRAS--tel。

▼ 生化特征

晶体结构

He 和 Garcia（2004） 确定了与 p75 胞外结构域复合的原型神经营养蛋白 NGF 的 2.4 埃晶体结构。该复合物由与单个 p75 不对称结合的 NGF 同二聚体组成。p75 蛋白沿着 NGF 的同源二聚体界面结合，从而通过变构构象变化禁用 NGF 的对称相关的第二个 p75 结合位点。He 和 Garcia（2004） 得出结论，通过 p75 的神经营养蛋白信号传导可能是通过 p75 二聚体的分解和不对称 2:1 神经营养蛋白/p75 复合物的组装而发生的，该复合物可能与 Trk 受体结合形成三分子信号复合物。

▼ 分子遗传学

艾纳斯多蒂尔等人（2004） 描述了瑞典北部的一个大家庭，受影响的成员表现出深度疼痛和温度感知的丧失。由于在这些患者中还观察到无髓神经纤维的严重减少和细有髓神经纤维的中度损失，因此他们最适合属于遗传性感觉和自主神经病 V 型（HSAN5; 608654） 类别。与 HSAN4（256800） 相比，心理能力和大多数其他神经反应保持完好。作者利用隐性遗传模型，在染色体 1p13.2-p11.2 上发现了受影响个体共有的 8.3 Mb 区域。对候选疾病基因的分析揭示了 NGFB 基因编码区的突变，该突变与疾病表型（162030.0001） 共分离。

卡瓦略等人（2011） 在一个患有 HSAN5 和轻度智力障碍的阿联酋贝都因血缘家庭中发现了 NGFB 基因（162030.0002） 的纯合功能丧失突变。研究结果将HSAN5的表型扩展为更接近HSAN4，表明由于NGF/TRKA信号通路的变化而存在表型谱。在卡瓦略等人报告的对家庭的重新评估中（2011），赫本等人（2014） 指出，HSAN5 患者的皮肤、牙齿、关节和骨骼也经常出现严重的金黄色葡萄球菌感染，这表明存在病原体特异性免疫缺陷。

▼ 历史

在家族性自主神经功能障碍（223900） 和两种形式的神经纤维瘤病（101000, 162200） 中，怀疑 NGF 异常，并有一些支持证据。Breakefield 等人的工作说明了使用“候选基因”方法来绘制疾病图谱并确定其原因（1984）。他们使用人类β-NGF的克隆基因组探针，鉴定了β-NGF基因中的RFLP，并且在4个有2名患有家族性自主神经症儿童的信息丰富的家庭中发现“特定等位基因与该疾病没有一致的共同遗传”。因此，他们似乎排除了β-NGF结构基因中或附近的缺陷是家族性自主神经功能障碍的原因。Darby 等人使用 2 个与 β-NGF 基因相关的 RFLP。

▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：

.0001 神经病，遗传性感觉和自主神经病，V 型
NGF，ARG211TRP
在瑞典北部的一个大近亲家庭中，患有深度疼痛和温度感知丧失（HSAN5; 608654），Einarsdottir 等人（2004） 证明 3 名严重受影响的家庭成员的 NGFB 基因中的 661C-T 转变是纯合的。该突变预计会导致精氨酸 211（R211W） 被色氨酸取代，精氨酸 211（R211W） 对应于成熟蛋白高度保守区域的第 100 位。

Carvalho 等人通过大鼠嗜铬细胞瘤细胞的体外功能表达研究（2011） 表明突变蛋白无法激活 TRKA 受体（NTRK1; 191315）。然而，分泌了少量残留的突变蛋白，表明它可能充当亚等位基因。

.0002 神经病，遗传性感觉和自主神经病，V 型
NGF，680C-A 和 2-BP DEL，681GG
Carvalho 等人在来自阿联酋贝都因血缘家庭的 6 名患有 HSAN5 的同胞中（608654）（2011） 在 NGFB 基因的外显子 1（称为 CAdGG）中鉴定出纯合的 680C-A 颠换和 2 bp 缺失（681delGG），导致移码并用新的 43 个氨基酸末端序列替换末端 15 个氨基酸。该突变在新的 C 末端产生额外的半胱氨酸残基，可能能够竞争二硫键的形成。大鼠嗜铬细胞瘤细胞的体外功能表达研究表明，突变蛋白无法激活 TRKA 受体（NTRK1；191315），这与功能丧失一致。突变蛋白没有被分泌，表明加工过程受损。除了感觉不到疼痛外，所有患者都有轻度智力障碍，从而扩大了 HSAN5 的表型谱。在卡瓦略等人报告的对家庭的重新评估中（2011），赫本等人（2014） 指出，HSAN5 患者的皮肤、牙齿、关节和骨骼也经常出现严重的金黄色葡萄球菌感染，这表明存在病原体特异性免疫缺陷。 .