脑源性神经营养因子相互作用蛋白质间的相互作用网络及功能

胡春荣　杜欣娜　李凤君　金艺华　张　虎　马利峰

(佳木斯大学附属第一医院，黑龙江　佳木斯　154007)

1佳木斯大学基础医学院

脑源性神经营养因子(BDNF)是神经生长因子蛋白家族的成员。BDNF与其同源受体的结合可以促进成人脑中神经元存活。并且在阿尔茨海默病(AD)、帕金森病和亨廷顿病患者中BDNF的表达降低〔1～3〕。此外，BDNF还可能在调节应激反应和心理障碍的生物学中发挥作用〔4〕。尽管BDNF的病生理作用及发挥作用的机制已经有不少报道，但是与BDNF结合的蛋白之间的相互作用网络、BDNF发挥作用的可能机制及BDNF的其他功能并未见较为全面分析，本文旨在整体上分析BDNF相互作用蛋白质的网络关系、功能和可能机制。

1　资料与方法

1.1与BDNF相互作用的蛋白质查询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，然后将二者综合在一起，去除重复项。

1.2在线软件SRING分析与BDNF相互作用的蛋白质之间相互作用的网络图将上述得到的蛋白列表，输入STRING中，进行蛋白间相互作用网络图分析。

1.3GO分析利用DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)对上述蛋白列表进行基因本体(Gene Ontology,GO)分析。

1.4KEGG分析利用DAVID(https://david.ncifcrf.gov/)对上述蛋白列表进行KEGG信号通路分析。

2　结　果

2.1在线软件SRING分析与BDNF相互作用的蛋白质之间相互作用的网络图与BDNF直接或者间接相互作用的蛋白质有20个(见图1)。

图1　与BDNF结合的蛋白质之间相互作用的网络图

2.2生物学过程(GO分析)将数据库PINA和SRING显示的BDNF相互作用的22个蛋白质进行GO生物学过程分析，发现该蛋白集合主要参与生长因子刺激后细胞反应、轴突导向、神经营养因子信号通路、细胞表面受体信号通路、神经营养因子TRK受体信号通通路、神经元凋亡过程调节和学习或记忆等生物学过程。见表1。

2.3分子功能(GO分析)与BDNF相互作用蛋白质的GO分子功能分析结果显示，该蛋白集合只要均具有神经营养因子受体活性、神经营养因子或受体结合、神经生长因子结合及跨膜受体蛋白酪氨酸激酶活性等共能。见表2。

2.4KEGG 信号通路分析与BDNF相互作用的蛋白集合主要参与神经营养因子信号通路、MAPK信号通路、VEGF信号通路、白细胞跨内皮迁移、Rap1和Ras等信号通路。见表3。

表1　与BDNF相互作用的蛋白质参与的生物学过程

表2　与BDNF相互作用的蛋白质的分子功能

表3　与BDNF相互作用的蛋白质参与的信号通路

3　讨　论

神经营养因子(NT)是中枢和外周神经系统中不同神经元群体发育、生长和分化的基本调节因子。神经营养因子的作用由两类细胞表面受体决定：Trk受体酪氨酸激酶和p75神经营养因子受体(p75NTR)，p75NTR是肿瘤坏死因子的成员之一〔5〕。神经营养因子BDNF以自分泌和旁分泌的方式起作用，并且整个生命中内嗅皮层可以产生BDNF。与受体结合后，神经营养因子及其受体发生内化，并从轴突末端逆行转运至细胞体。

Trk受体导致环腺苷酸反应元件结合蛋白(CREB)和细胞外信号相关激酶-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〕。同时，研究还发现Akt1是PI3K激活的下游靶点。磷酸化的Akt1正向调节CREB和核因子(NF)-κB，介导几种促生存基因的表达〔1〕。除了对神经元的作用之外，BDNF似乎是发育中和成人神经系统中突触活动依赖性修饰的普遍机制的一部分，并且可以促进海马和皮层长期势差〔7〕。BDNF释放调节可以通过高钾或高频刺激谷氨酸能突触诱导〔8〕。在一些神经变性疾病中已经观察到BDNF合成和分泌中的改变：AD，帕金森病和亨廷顿病〔2,3〕。本研究显示，与BDNF相互作用的蛋白质有22个，这些蛋白质通过神经营养因子信号通路、MAPK信号通路及VEGF信号通路发挥功能。

BDNF具有治疗AD的潜力〔9,10〕。BDNF在诱导神经祖细胞向神经元表型方向分化方面起着重要的作用。将神经前体细胞暴露在BDNF中2 h即可诱导完全的神经元分化，β-微管蛋白阳性细胞数目明显增多，表明BDNF能促使有丝分裂后神经前体细胞向神经元样表型终末细胞分化〔11〕。体内实验亦获得了相同的结果，将BDNF注入侧脑室和第三脑室排列的特殊皮质结构，发现BRDU阳性细胞数目明显增多，新产生的细胞表达神经元特异性标志物微管相关蛋白(MAP)2和微管蛋白〔12〕。而BDNF则在早期即表现为对胚胆碱能神经元胞体和突起的发育有较强的作用，在横切海马伞后，注入BDNF可阻止轴突的胆碱能神经元的死亡，表明BDNF具有促进基底前脑胆碱能神经元存活的作用〔13〕。与此类似的是，本研究中GO分析结果显示这些与BDNF相互作用的蛋白主要具有神经营养因子和受体活性，主要参与神经元轴突生成、调节细胞增殖和凋亡。

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