胶质细胞源性神经营养因子

Lin等（1993）从大鼠B49神经胶质细胞系中分离出一种特定的多巴胺能神经营养蛋白，称为“神经胶质细胞系衍生的神经营养因子”（GDNF）。从人和大鼠cDNA文库中克隆了相应的cDNA。预测的两种蛋白质的211个氨基酸序列具有93％的同源性。将人GDNF前体加工成具有2个潜在的N-连接糖基化位点的成熟的134个氨基酸的蛋白质。它以同型二聚体存在。成熟的蛋白质包含7个保守的半胱氨酸残基，其间隔与TGF-β超家族成员的间隔相似（请参阅190180）。

细胞遗传学位置：5p13.2
基因座标（GRCh38）：5：37,812,676-37,840,043

▼ 测绘
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Schindelhauer等（1995）通过荧光原位杂交（FISH）将GDNF基因定位到人类染色体5p13.1-p12。通过研究细胞杂交板和FISH，Bermingham等人（1995）将GDNF基因定位到5p13.3-p13.1。

▼ 基因功能
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Lin等（1993）发现重组人GDNF在大鼠胚胎中脑细胞培养物中特异性地促进多巴胺能神经元的存活和分化。GDNF还增强了这些细胞中多巴胺的高亲和力吸收。没有观察到GDNF对GABA能或血清素能神经元或星形胶质细胞的作用。Schaar等（1993年）确定了黑质和大鼠基底前脑的1型星形胶质细胞中的Gdnf转录本。重组GDNF促进胚胎中脑培养物中多巴胺能神经元的存活和分化，并促进其对多巴胺的吸收。

Oppenheim等（1995）表明重组人GDNF可以从程序性细胞死亡中拯救鸟类运动神经元。在体内，GDNF拯救了禽和鼠脊髓运动神经元，使其免于因轴切术而死亡。贝克等（1995年）使用GDNF防止成年大鼠大脑轴突在内侧前脑束内转染后，在黑质黑质中表达酪氨酸羟化酶（TH；191290）的神经元丢失。Tomac等（1995年）表明，在小鼠黑质或纹状体上注射GDNF可以保护细胞免受体内神经元表面蛋白MPTP的影响，这表明可能被用于治疗帕金森氏病（168600），因为已知MPTP会破坏多巴胺特别是神经元。

Durbec等（1996）显示GDNF是酪氨酸激酶受体RET（164761）的配体。Treanor等（1996）显示GDNF通过GDNF受体1（GFRA1；601496）起作用。

在非洲爪蟾的神经肌肉共培养系统中，Wang等人（2001年）证明，GDNF的长期治疗通过增加N型钙通道的钙内流导致突触前递质的释放增加。这些变化导致神经肌肉接头处的自发和诱发的突触电流增加。GDNF增加了培养的运动神经元中frequenin（603315）的表达，而抗frequenin的阻滞减弱了GDNF的作用，表明frequenin在GDNF的下游起作用。研究结果表明，frequenin和GDNF介导了长期的突触可塑性。

Japon等（2002）发现人的垂体前叶GDNF，GFRA1和RET mRNA和蛋白质表达。垂体前叶的双重免疫组织化学分析显示，在超过95％的植物营养型中，GDNF的免疫反应性较小，而在皮质营养动物中的GDNF免疫反应性较小（20％）。在其余的细胞类型中几乎没有。尽管超过95％的植物营养素被RET染色，但在其他细胞类型中未检测到阳性免疫染色。在所有筛选的人类GH（139250）分泌垂体腺瘤以及50％的ACTH（176830）中发现了c-RET的强阳性免疫染色）垂体腺瘤。在所有分泌GH的腺瘤和10％的促肾上腺皮质瘤中均发现了GDNF的阳性免疫染色。GFRA1在90％的促生长激素瘤和50％的促肾上腺瘤以及8个泌乳素瘤中的1个和13个非功能性腺瘤中被检测到。作者的结论是，RET在所有生长激素和50％发生ACTH的肿瘤中的表达都暗示GDNF和RET可能与垂体肿瘤的发病有关。

使用基因表达谱，Iwashita等（2003）确定与大胎儿RNA相比，大鼠肠道神经c干细胞中与Hirschsprung病相关的基因（HSCR；见142623和613711）高度上调。在表达最高的基因中有GDNF，SOX10（602229），GFRA1和EDNRB（131244）。在RET中观察到最高的表达，这被发现对于肠道神经c干细胞迁移是必需的。GDNF促进了神经c干细胞在培养物中的迁移，但不影响其存活或增殖。Iwashita等人的观察（2003年） 通过定量RT-PCR，流式细胞仪和功能分析得到证实。

灵长类动物和人类的治疗用途

在啮齿动物中，GDNF刺激中脑多巴胺水平升高，保护多巴胺神经元免受某些神经元表面蛋白的伤害，并维持受损的多巴胺神经元。Gash等（1996年）发现，GDNF经脑部注射到具有MPTP诱发帕金森病症状和病理生理特征的恒河猴中，在帕金森氏症的三种主要症状中表现出明显的改善：运动迟缓，僵硬和姿势不稳。

Kordower等（2000年）测试了帕金森病非人类灵长类动物模型中GDNF或慢病毒-GDNF慢病毒载体传递对退化黑质纹状体神经元的营养作用。作者在MPTP治疗前1周，将非慢龄恒河猴或成年恒河猴的纹状体和黑质注射到慢病毒GDNF中。在所有动物中均观察到广泛的GDNF表达与顺行和逆行转移。在老年猴中，慢病毒-GDNF增强了多巴胺能功能。在用MPTP处理的猴子中，慢病毒GDNF可以逆转功能缺陷并完全防止黑纹状体变性。另外，完整的恒河猴的慢病毒GDNF注射显示了长期的基因表达（8个月）。在MPTP处理的猴子中，慢速GDNF处理可以逆转手部活动中的运动缺陷。Kordower等（2000年）得出结论，使用慢病毒载体系统递送GDNF可以防止黑纹状体变性并在PD的灵长类动物模型中诱导再生。

吉尔等（2003年）在一项1期安全性试验中，将GDNF直接送入5名帕金森病患者的壳中。需要重新放置一根导管，降低GDNF的浓度后，MRI的变化消失了。一年后，没有出现严重的临床副作用，统一帕金森病评定量表（UPDRS）的药物外运动评分提高了39％，日常生活活动评分提高了61％。药物诱导的运动障碍减少了64％，并且在慢性GDNF输送过程中未观察到药物治疗引起的运动障碍。正电子发射断层扫描（PET）扫描[18F]多巴胺摄取量，显示18个月后，壳聚糖多巴胺存储量显着增加28％，这表明GDNF对多巴胺功能有直接影响。

▼ 分子遗传学
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在患有Hirschsprung疾病（见142623和613711）的患者（5503）中，已知的RET突变和肠道的旋转不良，Angrist等人（1996）确定了GDNF基因（600837.0001）中的突变。数据表明，RET和GDNF突变可能协同产生肠型。

所罗门等（1996年）分析了173例Hirschsprung疾病患者的GDNF突变，得出的结论是GDNF突变本身既不是导致HSCR的必要因素，也不是充分因素，但可能影响对疾病的易感性，尤其是与其他基因位点（如RET）结合使用时。

Ivanchuk等在36例HSCR患者中有1例（1996）鉴定了GDNF基因（600837.0003）的突变。该患者的RET基因没有突变，也没有该疾病的家族史。伊万楚克等（1996年）得出结论，在某些HSCR病例中GDNF突变可能是起因。

Bahuau等（2001年）报道了一个患有I型神经纤维瘤病的家庭（NF1；162200），其中2名儿童因B型肠道神经元发育异常而患有先天性巨结肠（601223）。发现这两个孩子是从母亲遗传的NF1基因突变（613113）和从父亲遗传的GDNF基因突变双重杂合子。Bahuau等（2001年）建议GDNF / NF1可以充当神经纤维蛋白功能的调节剂，以保持RET和RAS途径之间的相互作用。

Eketjall和Ibanez（2002）研究了大鼠Gdnf基因中的4个突变对大鼠蛋白质结合和激活其受体的能力的影响。这些突变对应于在HSCR患者中鉴定出的GDNF基因中的取代R93W（600837.0001），D150N（600837.0002），T154S（600837.0003）和I211M（600837.0004）。尽管这4个突变均未影响Gdnf激活Ret的能力，但D150N和I211M导致Gdnf对受体复合物Gfra1结合亚基的结合亲和力显着降低。Eketjall和Ibanez（2002） 假设尽管当时在HSCR患者中鉴定出的GDNF突变均不足以引起HSCR，但某些突变可能与其他遗传病灶一起导致该疾病的发病。

Borghini等（2002年）在COS-7细胞中产生了5种GDNF突变蛋白，并测试了它们对表达RET的神经母细胞瘤细胞的作用。观察到的RET受体激活程度与野生型GDNF蛋白诱导的程度相当。该观察结果与在Hirschsprung病患者中GDNF突变缺乏明确的基因型-表型相关性是一致的。

▼ 动物模型
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Gdnf-/-小鼠表现出先天性肠神经节病和肾脏发育不全（Moore等，1996）。

Sanchez等（1996）发现Gdnf无效的小鼠由于缺乏对输尿管芽的诱导而显示出完全的肾脏发育不全，这是肾脏发育的早期步骤。这些小鼠还缺乏肠神经元，这可能解释了观察到的幽门狭窄和十二指肠扩张。但是，至少在胚胎发育过程中，Gdnf基因的切除并不影响多巴胺能神经元的分化和存活。

Pichel等（1996）通过靶向诱变产生了缺乏Gdnf表达的小鼠。该表型表明，Gdnf是早期肾脏发育过程中输尿管的有效分支和胃肠道神经支配所必需的。例如，就肠浸润而言，Gdnf-和RET-null表型之间的相似性为RET / GDNF受体/配体相互作用提供了遗传学证据。

生长因子的实验应用可以改变轴突分支的密度和分布。因此，生长因子的释放可能是靶细胞调节其所接收的突触连接数量的一种手段。Nguyen等（1998）生成了几行转基因小鼠，它们在肌肉特异性（肌生成素；159980）启动子下过表达Gdnf 。肌肉过度表达Gdnf大大增加了新生小鼠神经支配神经肌肉接头的运动轴突的数量。过度神经支配的程度与在4个转基因品系中表达的Gdnf的数量相关。神经胶质细胞过度表达Gdnf以及NTF3（162660）和NTF4（162662）过表达）不会引起过度神经支配。在最大的神经过度活动期间（出生至出生后3周），Myo-Gdnf小鼠表现出震颤。在新生儿时期，摇动十分明显，因此可以将转基因动物与同窝动物区分开来而没有错误。正常的啮齿动物新生儿的震颤在出生后的头几天最明显，并在下一周逐渐消退，这可能类似于人类新生儿的“紧张感”。震颤的消失对应于每个转基因品系中多次神经支配的丧失，就像在野生型动物中一样。

转基因Gdnf功能丧失和过度表达的小鼠模型表明，由Sertoli细胞产生的Gdnf的剂量调节了未分化的精原细胞（包括用于精子发生的干细胞）的细胞命运决定（Meng等，2000）。孟等人（2000年）表明，具有1个Gdnf空等位基因的基因靶向小鼠的干细胞储备已经耗尽，而过表达Gdnf的小鼠显示未分化的精原细胞积聚。这些精原细胞在视黄酸处理后无法正确响应分化信号，并发生凋亡。非转移性睾丸肿瘤通常在年龄较大的Gdnf过表达的小鼠中定期形成。孟等人（2000年）结论是GDNF有助于旁分泌调节精原细胞的自我更新和分化。

梅塞尔（Messer）等人（2000年）发现将Gdnf注入小鼠中脑腹侧被盖区会阻止某些生物化学适应慢性吗啡和可卡因的暴露，并且还会降低动物对药物的敏感性。在已经暴露于慢性吗啡的小鼠中也观察到了类似的变化，表明Gdnf可以逆转药物诱导的可塑性。注入抗Gdnf抗体的动物和定向缺失Gdnf基因的1个等位基因的动物对药物诱导的生化变化和行为的敏感性提高。慢性药物暴露与Ret磷酸化降低有关，表明功能性Gdnf信号传导减少。这些发现在中脑边缘多巴胺系统中建立了Gdnf与滥用药物之间的功能相互作用。

在小鼠中，Boucher等人（2000年）证明Gdnf既可以预防也可以逆转在神经性疼痛模型中发展的感觉异常，而不会影响正常动物的疼痛相关行为。GDNF减少了神经损伤后感觉神经元内的异位放电。Boucher等（2000）假设这可能是由于GDNF逆转了几种钠通道亚基的损伤诱导的可塑性所致，并认为他们的发现为使用GDNF作为神经性疼痛状态的治疗方法提供了合理的基础。

背根轴突再生在周围神经系统和中枢神经系统之间的过渡区被阻止。拉默等（2000）证明，再生障碍是可克服的，以营养支持受损的感觉轴突。在背根受损的成年大鼠中，用神经生长因子（NGF; 162030），NTF3或GDNF进行治疗，但不使用脑源性神经营养因子（BDNF; 113505）进行治疗），导致受损的轴突选择性地长生穿过背根进入区并进入脊髓。在用NGF，NTF3和GDNF处理的大鼠中，发现背角神经元受到周围神经刺激的突触驱动，表明功能性重新连接。在行为研究中，用NGF和GDNF治疗的大鼠恢复了对有害热量和压力的敏感性。拉默等（2000年）得出结论，神经营养因子治疗可以作为促进根部撕脱伤恢复的可行方法。

沉等（2002年）发现杂合的Gdnf +/-突变小鼠概括了HSCR的复杂特征，包括显性遗传，不完全外显和症状的轻重。缺乏1个功能性Gdnf等位基因会引起胃肠蠕动的一系列缺陷，并使突变小鼠易患HSCR样表型。五分之一的Gdnf +/-突变小鼠出生后不久死亡。使用转基因标记策略，Shen等（2002年）确定胃肠道神经节少病为发育缺陷，使突变小鼠易患HSCR的临床症状。

Anitha等（2006）研究了高血糖暴露对原代肠内大鼠神经元的影响，并观察到凋亡显着增加，Akt 磷酸化水平降低（见164730），Foxo3a的核易位增强（602681）。GDNF治疗肠神经元可改善这些变化。在过表达Gdnf的转基因小鼠中，在糖尿病小鼠中观察到的高血糖的病理生理作用被逆转，包括细胞凋亡，减少的Akt磷酸化，抑制性神经元的丧失和运动性改变。Anitha等（2006年）得出的结论是，高血糖症通过减少Akt介导的生存信号来诱导神经元丢失，GDNF可以逆转这些作用。

在大鼠操作性乙醇自我给药模型中，Carnicella等人（2008年）发现GDNF输注导致乙醇的自我管理迅速而剂量依赖性地减少，但蔗糖却没有。在有大量自愿乙醇摄入史的大鼠中也观察到了GDNF介导的乙醇消耗减少（见103780）。GDNF对乙醇消耗的作用是特定于腹侧被盖区（VTA）的，因为向黑质中输注不会影响对乙醇的反应。施用GDNF激活了VTA中的MAPK（176948）信号传导途径，抑制VTA中的MAPK途径阻止了GDNF乙醇自我施用的减少。Carnicella等（2008年） 他说，GDNF通过激活MAPK途径，是一种速效选择剂，可以减少饮酒和寻求酒精的动机。

视网膜变性

皇家外科医学院（RCS）大鼠是经过广泛研究的隐性遗传性视网膜变性的经典模型，其中视网膜色素上皮（RPE）无法吞噬已经脱落的外部片段，随后感光细胞死亡。劳伦斯等（2004）发现工程化的施万细胞在营养不良的RCS大鼠中维持视网膜结构和功能。与母系或假手术相比，过量表达Gdnf或Bdnf的细胞对光感受器存活的影响更大。作者得出的结论是，他们的研究表明，离体基因治疗和随后的细胞移植可以有效地使感光细胞免于通常伴随视网膜变性的细胞死亡。

▼ 等位基因变异体（4个示例）：
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.0001 HIRSCHSPRUNG疾病，易感性至3
中央低通气综合征，先天性，包括
嗜铬细胞瘤，其变体，包括
GDNF，ARG93TRP
在106名无关联的Hirschsprung病患者中，有1名（613711），Angrist等人（1996年）确定了GDNF基因第2外显子的杂合277C-T过渡，导致arg93到trp（R93W）取代。患者还携带了RET基因的突变（164761）。GDNF突变是从患者未受影响的父亲那里继承的。该患者患有短节段HSCR和肠胃旋转不良。

在一个隔离HSCR的大家庭中，Salomon等人（1996年）在2个受影响的个体和1个严重便秘的个体中发现了R93W突变；这3名患者也携带了RET突变。但是，4个未受影响的家庭成员也同时具有R93W和RET突变，而2个受影响的家庭成员没有R93W突变。在180个对照染色体中未发现该突变。所罗门等（1996年）得出结论，尽管GDNF突变不足以引起HSCR，但它们可能调节疾病的易感性或表型，特别是当存在RET突变时。

Amiel等（1998年）确定了男性先天性中枢性通气不足综合征（209880）和生长激素缺乏症（见139250）的男性患者中的R93W突变。Amiel等（2003）显示，这名患者在PHOX2B基因（603851.0001）也携带了聚丙氨酸扩展。

伍德沃德等（1997）在28个散发性嗜铬细胞瘤（171300）中的1个的种系和肿瘤组织中鉴定出R93W突变。这些发现表明，GDNF基因座的等位基因变异可能会改变嗜铬细胞瘤的易感性。

.0002 HIRSCHSPRUNG疾病，易感性至3
GDNF，ASP150ASN
与先天性巨结肠症（患者613711）和21三体（190685），Salomon等（1996年）确定了GDNF基因中的G到A过渡，导致GDNF的第一个保守域的边界处紧接一个半胱氨酸残基的asp150到asn（D150N）取代。突变是从健康父亲那里继承的。在180个对照染色体中未发现该突变。

Hofstra等（1997年）在100例HSCR患者中鉴定出D150N突变。在300个对照染色体中的1个中鉴定出该突变。Hofstra等（1997）评论说，这种突变和其他突变可能只在特定突变或其他基因甚至是外部因素的多态性的情况下才起作用。

.0003赫氏弹簧病，易感性，3
GDNF，THR154SER
Ivanchuk 等人在散发长段HSCR的患者中（613711）（1996年）确定了GDNF基因中的460A-T颠换，导致thr154-to-ser（T154S）取代。该患者的RET基因没有突变（164761），也没有该疾病的家族史。在150条正常对照染色体中未检测到突变。伊万楚克等（1996年）得出结论，在某些HSCR病例中GDNF突变可能是起因的。

.0004 HIRSCHSPRUNG疾病，易感性至3
GDNF，ILE211MET
Martucciello等人以经典形式的Hirschsprung病（613711）为例（2000年）确定了GDNF基因中的630C-G颠换，导致ile211-to-met（I211M）取代。