第三节　神经营养因子与神经发生

神经营养因子（neurotrophin，NT）是中枢和外周神经系统中神经元生长、存活以及功能发挥所必需的一类分泌型蛋白质。 神经营养因子通常在外周组织或神经元中合成，以受体介导入胞的方式进入神经末梢，再经逆行性轴浆运输抵达胞体，促进胞体合成有关的蛋白质，从而发挥其支持神经元生长、发育和功能完整性的作用。 近年来，亦有研究发现有些神经营养因子可由神经元产生，经顺行性轴浆运输到达神经末梢，对突触后神经元的形态和功能完整性起支持作用。 此外，神经营养因子还可通过自分泌或旁分泌的方式发挥作用。

狭义的神经营养因子包括：神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、神经营养因子-3（neurotrophin-3，NT-3）、神经营养因子-4/5（neurotrophin-4/5，NT4/5）。 这些都属于神经营养因子家族（neurotrophin family）。 广义的神经营养因子还包括成纤维细胞生长因子家族（fibroblast growth factor family）、胶质细胞源性神经营养因子（gial-derived neurotrophin factor）、转化生长因子家族（transforming growth factor family）以及神经生成因子家族（neuropoietic factors family）等。

一、神经营养因子的分类

神经营养因子在体内主要以前体的形式合成，其前体的分子量为30 ～35kDa，通过前体蛋白切割生成具有特定功能的成熟神经营养因子发挥作用。 成熟神经营养因子氨基酸数量类似，分子量接近，一级结构具有50%的相似性。

（一）神经生长因子

神经生长因子是神经营养因子中第一个被鉴定，目前研究最为透彻，具有神经元营养和促突起生长双重生物学功能的一种神经细胞生长调节因子，其对中枢及周围神经元的发育、分化、生长、再生和功能特性的表达均具有重要的调控作用。 20 世纪50 年代初，Levi-Montalcini、Cohen 及其同事在交感和感觉神经元的发育研究中，发现神经生长因子对于交感和感觉神经元的存活和生长具有重要的作用，至此拉开了神经营养因子研究的序幕。

最初神经生长因子是在小鼠肉瘤中分离出来的，之后Cohen 从雄性小鼠的颌下腺中亦分离出具有很强活性的神经生长因子。 随着研究的不断深入，研究重点亦从周围神经系统拓展到中枢神经系统，乃至非神经系统。 在人体内，神经生长因子主要分布于脑、神经节、虹膜、心脏、脾、胎盘等组织及成纤维细胞、平滑肌、骨骼肌、胶质细胞、施万细胞等。

小鼠颌下腺的神经生长因子包含α、β、γ 三个亚单位，分子量接近140kDa，沉降系数为7 个Svedberg（S）单位，因此也称为7S NGF。 其中与神经生长和存活有关的是β 亚单位，β亚单位是由两个含有118 个氨基酸残基组成的单链通过非共价键结合而成的二聚体。 只含有β 亚单位的神经生长因子分子量为13～14kDa，沉降系数为2.5S，因此亦被称为2.5S NGF或β-NGF。

（二）脑源性神经营养因子

靶区剥夺（切断轴索）后呈现出普遍性的程序性细胞死亡，这就提示大多数神经元对神经营养因子有反应，并接受其调控。 1982 年，Barde 等首次在猪脑中发现了一种具有神经营养作用的蛋白质，证明了该假说，并将其命名为脑源性神经营养因子，这也是继神经生长因子之后第二个被发现的神经营养因子。 其分子量为12.3kDa，由119 个氨基酸残基组成，在体内以二聚体的形式存在。 脑源性神经营养因子基因的分子克隆研究及氨基酸序列研究表明其结构与NGF 类似，至此人们开始关注神经营养因子家族。

脑源性神经营养因子主要分布于中枢神经系统、周围神经系统、内分泌系统、骨和软骨组织等广泛区域内，在中枢神经系统中以海马和皮质的含量最高。 其不仅对多种类型神经元的生长、发育、分化、维持以及再生起着维持和促进作用，对神经元损伤后的再生修复以及防止神经细胞退行性变等多方面也发挥着重要的作用。

（三）神经营养因子-3

1990 年，Ernfors 及其同事根据神经生长因子和脑源性神经营养因子相同部分的氨基酸序列克隆出神经营养因子-3，并在海马中发现了具有维持神经元存活和生长的该类营养因子，将其命名为海马源性神经营养因子（hippocampus-derived neurotrophic factor，HDNF/NT-3）。 由于其是继神经营养因子家族继神经生长因子和脑源性神经营养因子之后发现的第三个成员，因此而得名。 其分子量为13.6kDa，由119 个氨基酸残基组成。

在神经系统，神经营养因子-3 广泛分布于背根节、脊髓、脑干、小脑和海马等结构，在外周皮肤、肌肉、肠道、肝、脾、肾中也有表达，其中脾、肾中的表达量甚至高于脑。

（四）神经营养因子-4/5

1991 年，Hallböök 及其同事在研究不同脊椎动物中神经生长因子、脑源性神经营养因子以及神经营养因子-3 的基因序列的进化研究中，在非洲爪蟾蜍卵巢中发现了神经营养因子-4。同年，Berkemeier 及其同事发现了神经营养因子-5。由于当初不确定人类中的神经营养因子-5 是否相当于爪蟾中的神经营养因子-4，那些支持这两者在种系发生上一致这一观点的学者将其统一命名为神经营养因子-4/5。神经营养因子-4/5 的分子量13.9kDa，由130个氨基酸残基组成，在体内以二聚体形式存在。 神经营养因子-4/5 在中枢和外周神经系统中分布很广，在锥体细胞、胆碱能神经元、海马、下丘、延髓等结构中都有分布。

此外，人们还在剑尾鱼和鲤鱼中分别克隆并鉴定出神经营养因子-6（neurotrophin-6，NT-6）和神经营养因子-7（neurotrophin-7，NT-7），但在哺乳动物和鸟类中并未发现其种系同源物。

二、神经营养因子的受体

神经营养因子主要通过与受体结合发挥作用，其受体主要包括p75NTR 和Trk 两类。

（一）p75NTR

多年以来，人们一直认为p75NTR（p75 neurotrophin receptor）是神经生长因子的低亲和力受体，但后来的研究发现，该受体与神经营养因子的结合没有选择性，可与所有的神经营养因子以相似的亲和力结合。 p75NTR 是肿瘤坏死因子受体家族（tumor necrosis factor receptor family）的远亲。 其为跨膜受体，胞外段含有四个富含半胱氨酸的结构域，与神经营养因子的结合有关；其胞内段并不含有催化结构域，但含有肿瘤坏死因子受体家族所共有的“死亡结构域”（death domain）。 在发现死亡结构域之后的数年间，人们都不清楚该受体是否仅作为结合蛋白发挥作用，抑或可以传递信号。 随着研究的不断深入，人们发现该受体在发育中发挥重要的作用，其可通过信号传递调控细胞的生存、分化和突触形成等。

（二）Trk 受体

Trk 受体的发现是神经营养因子研究领域的重大突破。 Trk 受体是原肌球蛋白相关激酶家族（tropomyosin-related kinase family）成员。 其亦为跨膜受体，胞外段含有两个富含半胱氨酸的结构域，一个富含亮氨酸的基序，以及两个免疫球蛋白样的结构域。 其中免疫球蛋白样结构域在物种间具有高度保守性，与神经营养因子的结合有关；其胞内段含有催化结构域。 神经营养因子与该受体结合后，可使其形成二聚体，进而通过激活其胞内段的酪氨酸激酶而发挥作用。 不同的神经营养因子发挥效应是通过选择性作用于其特异性的Trk 受体来实现，TrkA 为NGF 的高亲和力受体；而TrkB 是BDNF 和NT-4/5 的高亲和力受体；TrkC 是NT-3 的高亲和力受体，此外NT-3 还可与TrkA 和TrkB 结合（彩图2-3-7）。

三、神经营养因子受体信号转导通路

（一）Trk 受体信号转导通路

神经营养因子与Trk 受体结合后，可使该受体形成二聚体，进而通过激活其胞内段的酪氨酸激酶而发挥作用。 Trk 受体胞内段含有10 个在进化上保守的酪氨酸残基，其中的三个残基（Y670、Y674 和Y675）可发生自身磷酸化，进而调控酪氨酸激酶活性。 这些酪氨酸残基的磷酸化可以进一步激活该受体，从而使其他位点（如Y490、Y785）发生磷酸化，进而召集胞内的各种靶向信号分子，启动胞内信号转导。 这些靶向信号分子，根据其功能可分为三类：①酶类，其活性受酪氨酸激酶的激活，或由于结合于受体后转位至胞膜上，接近其底物。②接头蛋白（adapter protein），其没有明显的催化结构，但含有磷酸酪氨酸位点（phosphotyrosine-binding，PTB）或SH 同源结构域（src homology domain，SH），可结合其他信号分子，起衔接作用。 ③结构蛋白，其被磷酸化后可引起胞膜或胞内结构的重排。

1.PLC-γ1 信号转导通路

Trk 受体上的Y785 位酪氨酸残基磷酸化后，可直接激活质膜上的磷脂酶γ1（phospholipase γ1），使质膜上的4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（4，5-diphosphate phosphatidyl inositol，PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）和二酰基甘油（diacylglycerol，DAG）两个第二信使。 IP3 与内质网上的IP3 配体门控钙通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高，并激活各类依赖钙离子的蛋白，如钙离子/钙调蛋白依赖的蛋白激酶。 DAG 结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（protein kinase C，PKC），进而发挥作用。

2.RAS 信号转导通路

Trk 受体上的Y490 位酪氨酸残基磷酸化后，可经接头蛋白Shc和生长因子受体结合蛋白2（growth factor receptor-bound 2，Crb-2）与鸟苷酸交换因子（son of sevenless，SOS）形成复合体，进而激活小G 蛋白RAS，最终激活磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI-3K）通路、p38 促分裂原活化蛋白激酶（MAP kinase，MAPK）/MAPKAP-K2 通路和c-Raf/ERK 通路，最终调控胞内转录。 其中的p38 MAPK/MAPKAP-K2通路和c-Raf/ERK 通路最终激活胞内的环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）和其他转录因子，进而调控与神经元生存等有关基因的表达。

研究表明，神经营养因子通过Shc/Grb2/SOS/Ras 通路只能暂时性激活ERK 信号通路，要使该信号通路持续活化，需要接头蛋白Crk、交换因子C3G 以及小G 蛋白Rap1、丝/苏氨酸激酶b-Raf 的参与，即持续性激活ERK 信号通路需经Crk/C3G/Rap1/b-Raf 信号通路。 此外，FRS2 和SNT 是新发现的接头蛋白，其可与Shc 竞争性结合Y490 位残基，激活ERK 信号转导通路，进而促进轴突的生长。

3.PI-3.信号通路

Trk 受体可通过两种途径激活PI-3K 信号通路，其中一种为前面提过的依赖Ras 的激活，另一种为不依赖Ras，通过接头蛋白Shc、Grb-2 和Grb-1 的激活。 在某些细胞中，胰岛素受体底物亦可对神经营养因子发生反应，进而激活PI-3K 信号通路。

PI-3K 信号通路对多种类型神经元的生存都是非常重要的。 PI-3K 通过磷脂酰肌醇酯激活Akt（蛋白激酶B），进而使Akt 磷酸化，调控与细胞生存有关的多种基因的转录。

BAD 是Akt 的底物（凋亡蛋白，Bcl-2 家族成员，可与Bcl-xL 结合而发挥促凋亡作用）。Akt 可使BAD 磷酸化，进而阻止其促凋亡作用。 BAD 还是MAPK 的底物，亦可通过类似的磷酸化作用，阻止其发挥促凋亡的作用。

IκB 是Akt 的另一个底物，IκB 磷酸化可使其自身降解，并激活NFκB，而核内NFκB 的转录激活可以促进神经元的存活。

Akt 的底物还包括调控促凋亡基因产物FasL 等表达的叉头样转录因子1（forkhead transcription factor，FKHRL1）以及caspase-9 等。 同时Akt 磷酸化还可以负调控促进凋亡的糖原合成酶激酶（glycogen synthase kinase 3-β，GSK3β）的表达。

这些研究表明，PI-3K/Akt 信号通路是神经元存活的主要信号通路，主要通过不同途径，阻断神经元的凋亡从而发挥抑制凋亡、促进存活的作用。

4.对肌动蛋白细胞骨架的调控作用

同其他家族的生长因子类似，神经营养因子亦可以引起细胞骨架的快速波动和骨架重排。 Cdc-42/Rac/Rho 家族的小G 蛋白可能通过调控F-actin 的聚合和翻转，调控这一现象。 这些小G 蛋白受酪氨酸磷酸化或PI-3K 活化产生的磷脂酰肌醇的调控。

（二）p75NTR 受体信号转导通路

p75NTR 受体是神经营养因子的低亲和力受体，对各类神经营养因子没有选择性，既可以转导“正性”信号，如维持神经元存活、生长，亦可以转导“负性”信号，如介导凋亡。

1.NFκB 信号通路

该信号通路与神经元的存活密切相关。 已有研究表明，在发育期，感觉神经元和交感神经元的存活与p75NTR 受体介导的NFκB 活化密切相关。 神经营养因子通过接头蛋白TRAF-6 激活蛋白激酶NIK（NFκB-interacting kinase），使IKK（inhibitor of IκB kinase）磷酸化，进而使IκB 磷酸化，促使NFκB 释放进入核内，发挥促进细胞生存的作用。

2.JNK-p53-Bax 信号通路

p75NTR 在发育期和受损后神经元的凋亡中发挥重要的作用，其可引起多种细胞凋亡，这与JNK-p53-Bax 信号通路有关。 p53 在该途径中发挥关键性作用，决定细胞的凋亡发生与否，其靶分子为Jun 激酶通路，可诱导神经元中FasL 的表达，进而与Fas 受体结合，发挥促凋亡作用。 p53 还可通过作用于下游分子Bax 发挥促凋亡作用。

3.p75NTR 与神经酰胺

p75NTR 与配体结合后可激活酸性神经磷脂酶，进而产生神经酰胺，经过调控不同的信号通路促进凋亡和有丝分裂。 神经酰胺与Raf 结合可导致Ras-Raf 复合物形成障碍，进而阻断ERK 信号通路。 神经酰胺还可通过修饰相关的受体酪氨酸激酶和PI-3K 进而阻断PI-3K 信号通路。 因此，神经酰胺至少可通过两条途径抑制Trk 受体介导的生存和分化信号通路。

4.p75NTR 与细胞骨架

除调控细胞生存外，p75NTR 与配体结合后还可调控突起的生长。 在小鼠胚胎发育中，缺失p75NTR，感觉神经元和运动神经元发出轴突伸向靶区的速度明显减慢。 p75NTR 与配体结合后可显著增加培养的睫状神经的轴突生长。 目前研究表明，这些现象可能与RhoA 有关，p75NTR 与配体结合后，削弱了RhoA 的激活，进而促进了轴突生长。 此外，p75NTR 还可以增加神经营养因子的逆向轴突转运，也可能是其促进轴突生长的原因之一。

（三）p75NTR 与Trk 受体的关系

Trk 受体和p75NTR 在功能上相互影响，共同维持神经元生存和凋亡的平衡。 一方面，p75NTR 可通过多重途径增强Trk 受体的效应。 其可通过促进轴突生长和向靶区的浸润，以及促进细胞内吞和逆向转运，增加神经生长因子与Trk 受体结合的几率，可使Trk 受体的高亲和力位点暴露，增加Trk 受体与神经营养因子的亲和力，间接发挥促存活作用。 p75NTR 还可通过泛素化和去泛素化调控Trk 受体的内化程度。 这就提示p75NTR 对于轴突的生长和向靶区的浸润非常重要，缺失p75NTR 的小鼠表现出感觉神经元和交感神经元缺失。 另一方面，这两类受体的下游分子通过胞内信号的交联对话而发生相互作用。 如Trk 受体可通过Ras和PI-3K 通路抑制p75NTR 介导的JNK-P53 凋亡通路，而不抑制p75NTR 诱导的NF-κB 的激活，提示其可共同促进神经元的存活。

四、对神经环路发育的调控

神经环路的发育包括多个发育阶段：神经干细胞的存活和分化、轴突-树突的分化、轴突的生长和导向、突触的形成和成熟以及发育中环路的重排。 在神经环路发育的这些阶段中，神经营养因子几乎都发挥关键性作用。

（一）神经干细胞的存活和分化

在神经分化之前，神经营养因子即可通过表达于神经干细胞的Trk 受体和p75NTR 受体，调控神经干细胞的存活和分化。 离体培养小鼠皮质和海马的胚胎神经干细胞，在培养的第3天给予重组BDNF 和NGF，可以促进细胞的存活，并使其在培养的第10 ～14 天分化为神经元。 但是NT3 并不具有这样的作用。 在神经分化之后（大约体外培养21 天），神经细胞的存活不再依赖于BDNF，但其突起生长仍需依赖BDNF。 BDNF 基因敲除小鼠中间神经元分化受抑制提示BDNF 在神经分化中发挥重要作用。 这些研究提示神经营养因子在神经系统发育的最初阶段——神经发生中发挥重要的调控作用。

神经营养因子还调控海马齿状回和脑室下带中成年神经干细胞的存活和分化。 在大鼠中，给予海马齿状回或脑室下带灌注BDNF 或通过腺病毒在这些区域过表达BDNF，都可以增加新生神经元的数目。 与之相反的是，BDNF 或TrkB 基因敲除小鼠表现为海马新生颗粒细胞数目下降。 与这些发现一致的是，在BDNF 分泌受影响（BDNF Val66Met 基因多态性）的成年小鼠中，其脑室下带新生神经元的存活能力降低。 由于降低成年小鼠神经干细胞中TrkB 基因的表达明显影响神经干细胞的增殖和神经发生，因此神经营养因子对成年神经干细胞存活和分化的影响可能是Trk 介导的。

（二）已分化神经元的存活

NGF 是发现的第一个有助于感觉神经元和交感神经元存活的靶源性神经营养因子。 之后人们发现BDNF 和NT3 对于多种类似的培养感觉神经元和中枢神经元具有促进存活的作用。 通常认为，神经营养因子的促存活作用是由其Trk 及其下游信号通路上调促存活基因的表达来实现的。 与之相反的是，神经营养因子还可通过p75NTR 信号通路激活caspase 依赖的凋亡通路介导细胞凋亡。

人们通过细胞培养实验和视网膜节细胞以及运动神经元轴索的生长研究发现，每一种神经营养因子可以促进特定类型的中枢神经元的存活。 在BDNF 条件性基因敲除小鼠中，BDNF 的缺失并没有导致神经元数目的明显下降，但是却引起神经元树突的复杂程度和树突棘密度明显下降。 这些研究表明，对大多数中枢神经元来说，BDNF 并不影响其存活，但影响其分化。

（三）轴突-树突的分化、生长和导向

在培养的海马神经元的轴突-树突多极化的过程中，外源性的BDNF 可促使未分化的神经突起分化为轴突。 BDNF 的这一作用是通过其TrkB 受体介导的cAMP 增加和PKA 活化来实现的，这一信号通路可使下游酶类物质（包括LKB1 和SAD）增加，这些酶类可以使细胞骨架发生改变，促使轴突形成。 有趣的是，通过shRNA 选择性下调培养海马神经元中的BDNF 的合成，可以明显地影响轴突的形成，而那些BDNF 表达未受影响的邻近神经元的轴突形成不受影响。 由于TrkB 受体引起的cAMP 和Ca2+可以促进神经营养因子的释放，因此可以通过局部自分泌的放大作用，在细胞局部形成神经营养因子诱导的神经营养因子释放，进而导致局部持续性cAMP 和PKA 活化，促进轴突形成。 这种由于自我催化导致第二信使浓度局部增高的过程可能是其他细胞多极化的共同机制。 在交感神经元中，表达于神经元胞体的TrkA 可通过胞吞作用和顺行运输转运至轴突生长锥。 给予轴突远端外源性NGF 可加快这一转运过程。 因此，胞移作用可以将足够的Trk 分子转运至生长锥，进而易化神经营养因子在该部位形成的正反馈效应。

细胞外给予神经营养因子，其浓度梯度可以诱导培养神经元的轴突生长锥发生转向。在小鼠肢芽发育中，感觉神经元的轴突转向富含NGF、BDNF、NT3 或NT4 的珠子，提示这一导向作用可能也存在于机体中。 由于神经营养因子与细胞表面或胞外基质结合，其更有可能作为局部导向因子发挥作用。 但在BDNF 或TrkB 表达下调或缺失的小鼠中，轴突投射大体形态未发生改变，提示可能有其他神经营养因子或导向因子的代偿作用。

给予发育中的脑片重组BDNF 或NT3，可见BDNF 可促进位于第4 层的较为成熟的锥体神经元树突生长，而NT3 抑制其生长，但对第6 层锥体神经元树突的生长来说，这两者的作用刚好相反。 有意思的是，神经元的活动有助于促进BDNF 对树突的分支作用。 给予BDNF孵育的海马神经元电刺激，同样可以组建TrkB 的活动，增强BDNF-TrkB 复合物的内化。 由于转染有BDNF 或NT4 的锥体神经元和中间神经元的树突发育更快，这就与自分泌促进轴突发育的过程类似。 由于多种神经营养因子的释放和Trks 的募集都是由简单的cAMP-Ca2+信号通路介导的，给予一种外源性神经营养因子可以激发多种内源性神经营养因子的释放以及多种受体的表达，因此可以出现协同性的自分泌效应。

除了局部促进轴突和树突的生长之外，内化的神经营养因子-Trk 受体复合物还可通过转运影响内化远端的突起生长。 比如，给予爪蟾视觉顶盖区转染BDNF，不仅可以促进局部视网膜节细胞轴突的生长，亦可以增加神经节细胞在视网膜的树突分支。 但有趣的是，直接在视网膜给予BDNF，却可以抑制树突的生长。 BDNF 在局部和远端效应的差别提示神经营养因子-Trk 复合物在质膜和胞内体中具有不同的信号通路。

（四）突触形成和成熟

给予爪蟾视觉顶盖区转染BDNF，可以增加突触蛋白的密度，这就提示BDNF 可以组建突触形成。 其可能是通过促进轴突和树突的生长，增加突触形成几率实现的，亦可能通过调控突触的功能和形态成熟来实现的，并且其对突触功能的调控可能出现在形态成熟之前。有关神经营养因子调控突触形成的报告最早见于爪蟾脊髓神经元和肌细胞的实验中。 在该实验中，给予重组的BDNF 或NT3 可以在数分钟内显著提高突触活动。 神经营养因子的这一快速作用很可能是通过诱发突触前膜内的突触囊泡的释放引起的。 持续性给予未成熟的神经肌肉接头以外源性BDNF 和NT3，同样可以促进神经肌肉接头的成熟。 在不给予外源性神经营养因子的情况下，肌细胞释放的内源性NT3 同样可以促进神经肌肉接头的成熟。因此，BDNF 和NT3 可能在神经肌肉接头的功能成熟和形态成熟中发挥重要作用。

在培养的海马神经元中，外源性的BDNF 可以促进兴奋性和抑制性突触的形成，而NT3只能促进兴奋性突触的形成。 神经营养因子对突触形成和成熟的促进作用与其促进多种突触蛋白的表达是一致的，包括神经递质合成相关酶、突触囊泡蛋白以及突触后神经递质受体等。 在视皮质的发育过程中，过表达BDNF 的转基因小鼠表现出GABA 能神经支配的成熟加速和抑制性增强，以及关键期提前。 饲养于暗处的野生型小鼠经过视觉剥夺后，其关键期延后，伴有GABA 能抑制性系统发育迟滞，而在过表达BDNF 的转基因小鼠上并不出现这样的情况。 这些都提示BDNF 促进GABA 能抑制性突触的形成。 在神经环路的形成中，兴奋性突触和抑制性突触的平衡发育是十分重要的。 BDNF 可在促进GABA 能抑制性突触形成的同时，促进附近兴奋性突触的成熟，进而维持邻近兴奋性与抑制性的平衡。

（五）神经环路的重排

早期神经环路的功能性重排主要是由于脑内的自发性活动或感觉或运动活动引起的，这些活动可以选择性地稳固一些连接而削减其他连接。 有关神经营养因子参与神经环路重排过程的最早报道见于视皮质中视觉优势柱的发育研究中。 通过外源性给予BDNF 或NT4增强神经营养因子信号通路，可以影响猫视皮质中视觉优势柱的形成。

在脑发育过程中普遍表现出活动依赖性的突触连接的重排，人们逐渐认为神经营养因子假说可以解释活动依赖性的突触重排：神经营养因子的合成、释放、内吞以及胞内信号都是活动依赖性的；研究发现突触重排同活动依赖的LTP 和LTD 一样，都是依赖于NMDAR的，而神经营养因子对突触具有普遍性的调控作用，这就提示神经营养因子假说可以很大程度上解释神经环路的重排。 基于上述缘由，神经营养因子假说主要为：支配同一靶细胞的来自不同突触前神经元的轴突终末，通过竞争靶细胞分泌的有限的神经营养因子，具有活动依赖性的突触形成的竞争，获得足够营养因子的轴突将和靶细胞建立稳固的突触连接，而其他的将失去连接逐渐消退。 由此可推测，轴突的活动性在竞争中占据优势。 最初神经营养因子假说是在交感神经节和神经肌肉接头中提出来的。 由于在中枢神经系统中，突触前亦可释放神经营养因子，因此在将该理论应用于中枢神经系统时，需要考虑到突触前释放神经营养因子的可能。

神经营养因子除了调控局部突触的成熟之外，这些神经营养因子还可通过胞吞作用被轴突终末摄取并逆行转运至胞体，调控基因表达，从而影响整个神经元的突触连接。 皮肤源性的NGF 可通过TrkA 受体作用于伤害性感觉神经元的外周突终末，NGF-TrkA 复合物的内吞和逆行转运可诱导转录因子RUNX1 的表达，而后者在伤害性感觉神经元的中枢突在脊髓背角的板层分布非常关键。 与之类似的是，肌肉源性的NT3-TrkC 信号可诱导本体感觉神经元中的转录因子ER81 的表达，后者在本体感觉神经元的中枢突和脊髓前角运动神经元形成突触中非常关键。

五、对成熟神经环路的调控

除了调控神经环路的发育之外，神经营养因子亦可通过多重途径调控成熟神经环路。突触附近分泌的神经营养因子可以速度改变突触的传递效率及其产生LTP 和LTD 的能力。此外，神经营养因子还可通过电压门控离子通道的表达和功能影响细胞内在兴奋性。

（一）突触效率

在脑片或培养的分离神经元中，给予重组的神经营养因子可以增加兴奋性突触的效率而降低GABA 能抑制性突触效率，神经营养因子通过Trk 信号通路既可通过改变突触前递质释放效率来发挥调控作用，亦可通过改变突触后递质效应发挥调控作用。 例如，BDNF 通过TrkB 依赖的MAPK 通路增强突触素磷酸化和RAB3A 的表达。 通过TrkB 依赖的NMDAR亚单位的酪氨酸磷酸化增加NMDAR 电导，进而增强突触后兴奋性反应。 此外，TrkB 介导的CaMKII 或PKC 通路依赖的GluR1 的磷酸化也可以通过GluR1 向膜上的整合增强突触后效应。 有趣的是，有研究表明，快速和缓慢增加BDNF 浓度可通过激活TrkB 下游的不同信号通路，对兴奋性突触的效率产生相反的作用，提示TrkB 介导信号通路的时空特性对于突触效率的调控具有重要作用。

BDNF-TrkB 信号通路通过快速下调突触后细胞的K+/Cl-共转运体的活性或磷酸化依赖的下调GABAAR，抑制抑制性突触后电流的幅度。 此外，一些神经营养因子还可以通过其他突触因子发挥间接作用。 如突触后的BDNF-TrkB 信号可诱发内源性大麻素的释放，进而通过逆行性因子的作用，降低突触前GABA 的自发释放频率。

（二）LTP 和LTD

细胞外的神经营养因子还可以改变突触发生LTP 或LTD 的能力。 在大鼠新生海马脑片中，给予重组BDNF 可通过增强突触前递质的释放效率，易化CA3-CA1 突触诱发出LTP的几率。 同时BDNF 还可通过增加突触后Ca2+内流，激活NMDAR 和VGCC 等突触后机制实现齿状回颗粒细胞LTP 的易化。

（三）突触结构可塑性

成熟兴奋性突触的LTP 出现的同时伴有突触后结构的持续性改变，包括树突棘数目和体积的增加。 在海马神经元中，神经营养因子信号通路在突触结构改变中的作用已经比较清楚了，BDNF 主要通过TrkB 引起RAS-MAPK 信号通路、TRPC 以及PI-3K-Akt-mTOR 信号通路的改变，导致突触结构的改变。 树突棘结构的改变依赖于持续性的细胞骨架改变。 在成年海马中，BDNF-TrkB 信号通路可通过p21-PKA-丝切蛋白信号通路，进而导致树突棘中肌动蛋白聚集。

在海马CA3-CA1 突触中，树突棘的持续性膨大依赖于内源性BDNF 的释放和蛋白的合成。 因此，释放的BDNF 可能通过自分泌或旁分泌的途径诱导蛋白合成依赖的树突棘的形态改变。 局部合成的BDNF 同样可能参与结构可塑性的形成。

六、神经营养因子前体

同其他分泌蛋白类似，神经营养因子亦是以前体的形成合成的，其前体在各种蛋白酶的作用下裂解为成熟的神经营养因子。 早期研究并未重视神经营养因子前体生物学活性的研究，但2001 年Lee 等报道，神经营养因子前体的高亲和力受体为p75NTR，并通过该受体介导细胞凋亡，而成熟的神经营养因子通过作用于Trk 受体促进细胞存活。 这两类神经营养因子与其相应受体向“阴阳”一样，通过不同的作用，共同调控细胞的存活与生长。

早期研究针对成熟神经营养因子的抗体并不能将其与神经营养因子前体区分出来，因此神经营养因子在神经系统的定位分布仍需进一步研究。 研究表明，某些细胞特异性地表达和分泌特定类型的神经营养因子前体，如施万细胞主要分泌proNGF 和proBDNF。 此外，研究发现神经营养因子的前体在某些病理性条件下（如阿尔茨海默病、脑损伤和视网膜营养障碍时）表达会上调。

神经营养因子前体在内质网合成后，经折叠后通过持续性分泌途径或调节性分泌途径转运至相应的亚细胞结构中。 在大多数非神经细胞中，神经营养因子前体主要通过持续性分泌途径分泌；而在神经细胞中，调节性分泌途径是其主要分泌形式。

细胞内合成的神经营养因子前体主要有三种最终命运：合成后在细胞内裂解；分泌出细胞后在胞外裂解；分泌而不被裂解。 那些未被裂解的神经营养因子前体通过其高亲和力受体p75NTR 发挥作用，其诱导凋亡的作用，需要p75NTR 和另一个受体sortilin 的共同作用。

在正常表达p75NTR 的神经元中抑制或过表达sortilin，可以抑制或增强proNGF 介导的细胞凋亡。 而通过神经加压素阻断proBDNF 和sortilin/p75NTR 的相互作用，proBDNF 对培养的交感神经元的凋亡作用被抵消。 因此，sortilin 受体的存在与否决定着p75NTR 能否发挥死亡受体这一功能。