神经生长因子 1; NTN1

神经生长因子 1，小鼠，同源物
神经生长因子 1-样； NTN1L

HGNC 批准的基因符号：NTN1

细胞遗传学位置：17p13.1 基因组坐标（GRCh38）：17:9,003,087-9,244,000（来自 NCBI）

▼ 说明

NTN1 基因编码神经生长因子-1，这是一种细胞外分泌蛋白，在发育过程中介导脊髓中的轴突引导。它还参与突触发生、细胞凋亡、细胞迁移和血管生成（Meneret 等人总结，2017）。

脊椎动物和无脊椎动物的胚胎学实验提供的证据表明，正在发育的轴突通过吸引和排斥引导信号的联合作用被引导至神经系统中的目标（Tessier-Lavigne 和 Goodman，1996）。轴突发育的推定引导线索家族之一是网络蛋白，这是一种大型（约 70-80 kD）可溶性蛋白质，其氨基末端与细胞外基质分子层粘连蛋白（参见 150320）的部分显示出同源性，并且与轴突有关通过蠕虫、苍蝇和脊椎动物的独特且互补的证据线提供指导。神经生长因子-1 是一种由底板细胞产生的可扩散蛋白；它可以在体外吸引脊柱连合轴突并排斥滑车轴突（Serafini 等人总结，1996）。

▼ 克隆与表达

塞拉菲尼等人（1996）分离的 cDNA 克隆包含鼠神经生长因子-1 的整个编码区。使用基于鸡神经生长因子-1 和线虫 Unc6 之间序列同源性的引物对反转录小鼠脑 Poly（A）+ RNA 进行 PCR。

Meyerhardt 等人使用源自鸡神经生长因子-1、神经生长因子-2（参见 602349）和 Unc6 蛋白高度保守的 C 端结构域的简并 PCR 引物，然后筛选人脑干 cDNA 文库（1999）分离出 NTN1 cDNA。 NTN1 基因编码 604 个氨基酸的蛋白质，与小鼠神经生长因子-1 具有 98% 的同一性，与秀丽隐杆线虫 Unc6 具有 50% 的同一性。 Northern 印迹分析在大多数正常成人组织中检测到 5.0 kb NTN1 转录本。通过 RNase 保护测定，在大约 50% 的脑肿瘤和神经母细胞瘤中发现 NTN1 表达显着降低或缺失。

▼ 基因功能

使用爪蟾，Hopker 等人（1999）证明来自细胞外基质的层粘连蛋白-1-β（150240）将神经生长因子介导的吸引力转化为排斥力。层粘连蛋白-1-β（YIGSR）的可溶性肽片段模拟了这种层粘连蛋白诱导的转化。生长锥中低水平的 cAMP 也导致神经生长因子诱导的吸引力转化为排斥力，Hopker 等人（1999）表明，在层粘连蛋白-1 或 YIGSR 存在的情况下，cAMP 的量会减少，这表明层粘连蛋白作用的可能机制。在富含神经生长因子-1 的视神经头，轴突急剧转向离开眼睛，层粘连蛋白-1 被限制在视网膜表面。来自层粘连蛋白和神经生长因子共表达区域的排斥可能有助于将轴突驱动到仅存在神经生长因子的区域，从而提供它们从视网膜表面逃逸的机制。霍普克等人（1999）得出结论，细胞外基质分子不仅促进轴突生长，而且还改变生长锥的行为以响应可扩散的引导信号。

迈耶哈特等人（1999）表明神经生长因子-1 蛋白可以与细胞表面的 DCC（120470）蛋白交联，但在没有交联的情况下不会与 DCC 发生免疫沉淀，并且无法与包含整个 DCC 胞外结构域的可溶性融合蛋白结合。迈耶哈特等人（1999）得出结论，神经生长因子-1 与 DCC 的结合似乎取决于辅助受体或辅助蛋白的存在。

轴突趋化剂神经生长因子-1 通过激活其受体 DCC 来引导脊髓连合轴突。 Galko 和 Tessier-Lavigne（2000）发现金属蛋白酶的化学抑制剂可在体外增强神经生长因子介导的轴突生长。 Galko 和 Tessier-Lavigne（2000）还发现 DCC 是金属蛋白酶依赖性胞外域脱落的底物，并且抑制剂阻断 DCC 的蛋白水解过程并导致脊髓外植体内轴突上 DCC 蛋白水平增加。因此，Galko 和 Tessier-Lavigne（2000）提出，抑制剂对神经生长因子活性的增强可能是由于 DCC 在轴突上的稳定作用，而蛋白水解活性可能通过控制功能性细胞外轴突引导受体的数量来调节轴突迁移。

科塞特等人（2000）表明 DCC 与膜相关腺苷 A2b 受体（600466）相互作用，这是一种 G 蛋白偶联受体，可诱导结合腺苷上的 cAMP 积累。科塞特等人（2000）表明腺苷 A2b 受体实际上是神经生长因子-1 受体，并在结合神经生长因子-1 时诱导 cAMP 积累，并且背侧脊髓轴突的神经生长因子-1 依赖性生长直接涉及 A2b。科塞特等人（2000）得出结论，神经生长因子-1 的生长促进功能可能需要含有 DCC 和 A2b 的受体复合物。

斯坦等人（2001）证明神经生长因子-1 结合 DCC，并且与异源受体胞外域融合的 DCC 胞质结构域可以通过涉及胞质结构域多聚化去抑制的机制介导引导。腺苷 A2B 受体的激活被认为有助于神经生长因子对轴突的影响，但大鼠连合轴突的生长或非洲爪蟾脊髓轴突对神经生长因子-1 的吸引并不需要激活。因此，斯坦等人（2001）得出结论，DCC 在轴突生长的神经生长因子信号传导和孤立于 A2B 受体激活的指导中发挥着核心作用。

穿过神经系统中线的轴突生长锥改变了它们对中线引导线索的反应性：它们被排斥性狭缝（603746）排斥，同时失去了对引诱性神经生长因子的反应性。这些相辅相成的变化使曾经有吸引力的环境变得令人厌恶，从而有助于将生长锥从中线驱逐出去。 Stein 和 Tessier-Lavigne（2001）提供的证据表明这 2 个变化是因果关系的：在胚胎非洲爪蟾脊髓轴突的生长锥中，Slit 受体 Roundabout（Robo; 602430）的激活会抑制神经生长因子-1 的吸引力，但不会通过 Robo 的细胞质结构域与神经生长因子受体 DCC 的细胞质结构域直接结合，发挥其生长刺激作用。从生物学上来说，这种分层沉默机制有助于防止生长锥中吸引信号和排斥信号之间的拉锯战，这种拉锯战可能会导致混乱。从分子角度来看，沉默是通过这些潜在拮抗受体的细胞质结构域的模块化和连锁设计来实现的，这些结构预先决定了它们同时激活的结果。

在“全视觉通路”中Shewan 等人在非洲爪蟾中进行了准备，旨在评估视网膜生长锥在视神经通路上 4 个定义点的行为（2002）发现轴突对神经生长因子-1 的反应逐渐变化，沿着通路逐渐远端从吸引变为排斥。在培养物中衰老的轴突经历了类似的变化，与 cAMP 和神经生长因子-1 受体（ADORA2B; 600446）表达的下降相关，表明反应性是内在和发育调节的，也表明反应性改变的可能分子基础。

福塞特等人（2002）表明，在表达全长但不截短胞质结构域的胚胎肾细胞中，DCC（120470）、NTN1 会导致 ERK1（601795）和 ERK2（176948）的瞬时磷酸化和活性增加，但不会导致 JNK1（601158）的瞬时磷酸化和活性增加）、JNK2（602896）或 p38（MAPK14；600289）。该磷酸化由 MEK1（MAP2K1；176872）和/或 MEK2（MAP2K2；601263）介导。 NTN1 还激活转录因子 ELK1（311040）和血清反应元件调节的基因表达。免疫沉淀分析显示，在 NTN1 存在或不存在的情况下，全长 DCC 与 MEK1/2 相互作用。福塞特等人（2002）表明，在大鼠胚胎第 13 天的背脊髓中，Ntn1 对 Dcc 的激活会刺激连合轴突的生长和 Erk1/2 的激活，并且是其所必需的。免疫组织化学分析表明，胚胎连合轴突中存在激活的 Erk1/2 表达，并且这种表达在 Dcc 或 Ntn1 敲除动物中减少。福塞特等人（2002）得出结论，MAPK 通路参与对 NTN1 的反应，并提出 ERK 激活通过微管相关蛋白和神经丝的磷酸化影响轴突生长。

明等人（2002）发现培养的青蛙脊髓神经元的轴突生长锥在趋化迁移过程中表现出适应，在引导因子 Ntn1 或 Bdnf1 基础浓度增加的情况下经历连续的脱敏和再敏化阶段（113505）。 Ntn1 或 Bdnf1 特异性脱敏伴随着钙信号传导的减少，而再敏化则需要激活 Mapk 和局部蛋白质合成。明等人（2002）认为，这一过程的持久性允许生长锥的敏感性发生适应性变化，并且适应性行为将生长锥形象地解释为一种接受化疗的阿米巴原虫，正如 Ramon y Cajal 在 19 世纪提出的那样。

西山等人（2003）报道，环 AMP 与环 GMP 活性的比率设定了神经生长因子-1 诱导的轴突引导的极性：高比率有利于吸引，而低比率有利于排斥。非洲爪蟾脊髓神经元生长锥中钙电流的全细胞记录表明，环核苷酸信号传导直接调节轴突生长锥中 L 型钙通道的活性。此外，由花生四烯酸 12-脂氧合酶代谢物激活的环 GMP 信号传导抑制了神经生长因子-1 触发的 L 型钙通道活性，并且是 DCC-UNC5（参见 603610）受体复合物介导的生长锥排斥所必需的。通过将环 AMP 和环 GMP 信号传导以及生长锥中钙通道活性的调节联系起来，这些发现描绘了负责双向轴突引导期间信号转导的早期膜相关事件。

梅伦等人（1998）表明 DCC 有条件地诱导细胞凋亡：通过作为依赖受体，DCC 诱导细胞凋亡，除非它与其配体神经生长因子-1 结合。马泽林等人（2004）证明，通过在小鼠胃肠道中强制表达神经生长因子-1来抑制细胞死亡，导致增生性和肿瘤性病变的自发形成。此外，在与腺瘤形成相关的腺瘤性息肉病大肠杆菌突变背景中，神经生长因子-1 的强制表达会导致侵袭性腺癌恶性肿瘤。马泽林等人（2004）得出结论，神经生长因子-1 可能通过调节细胞存活来促进肠道肿瘤的发展。因此，一个或多个神经生长因子-1受体起到条件性肿瘤抑制因子的作用。

血管和神经通常遵循平行的轨迹，这表明远端目标使用共同的线索来诱导血管化和神经支配。神经生长因子s 由底板分泌，并将连合轴突吸引向神经管的中线。帕克等人（2004）表明神经生长因子-1 也是一种有效的血管有丝分裂原。神经生长因子-1 可刺激增殖、诱导迁移并促进内皮细胞和血管平滑肌细胞的粘附，其比活性与血管内皮生长因子（PEGF；192240）和血小板衍生生长因子（PDGF；参见 173430）相当。作者提供的证据表明，神经生长因子受体 neogenin（NEO1；601907）介导血管平滑肌细胞中的神经生长因子信号传导，但表明一种未识别的受体介导神经生长因子-1 对内皮细胞的促血管生成作用。神经生长因子-1 还可刺激体内血管生成并增强对血管内皮生长因子的反应。帕克等人（2004）得出结论，神经生长因子-1 是一种分泌性神经引导信号，具有吸引血管和轴突的独特能力，其他信号也可能起到血管内皮生长因子的作用。

神经生长因子蛋白通过促进轴突生长和寻路过程中的轴突引导，在神经系统发育中发挥作用。刘等人（2004），李等人（2004）和任等人（2004）同时报道了神经生长因子-1 下游细胞内信号传导的复杂网络，涉及 DCC（120470）、粘着斑激酶（FAK; 600758）和 FYN（137025）（SRC 家族激酶的成员）（参见 190090）。在从大鼠大脑皮层培养的神经元中，Liu 等人（2004）发现神经生长因子-1诱导FAK和FYN酪氨酸磷酸化，并且免疫共沉淀研究表明FAK和FYN与DCC直接相互作用。 FYN 的抑制抑制了 FAK 磷酸化，FYN 突变体抑制了对神经生长因子的吸引转向反应。缺乏 FAK 基因的神经元表现出轴突生长减少和对神经生长因子的有吸引力的转向反应。在来自小鸡和小鼠的培养神经元中，Li 等人（2004）发现神经生长因子增加了 DCC 和 FAK 的酪氨酸磷酸化。免疫共沉淀研究表明，DCC直接与FAK和SRC相互作用形成复合物，并且FAK和SRC协同刺激SRC对DCC的磷酸化。李等人（2004）表明磷酸化 DCC 作为激酶偶联受体，FAK 和 SRC 在神经生长因子信号传导中作用于 DCC 下游。任等人（2004）发现抑制 FAK 磷酸化会抑制神经生长因子-1 诱导的轴突生长和引导。作者认为，FAK 还可能充当支架蛋白，并在细胞骨架重组中发挥作用，而细胞骨架重组对于神经突生长和转动是必需的。

卢等人（2004）表明排斥性神经生长因子受体 UNC5B（607870）由血管系统的内皮尖端细胞表达。小鼠 Unc5b 基因或斑马鱼 Unc5b 或神经生长因子-1A 的破坏会导致内皮尖端细胞丝状伪足的异常延伸、血管过度分支和异常导航。神经生长因子-1 引起内皮丝状伪足回缩，但仅当 Unc5b 存在时才发生。因此，卢等人（2004）得出结论，UNC5B 在内皮细胞中充当排斥性神经生长因子受体，控制血管系统的形态发生。

拉里维等人（2007）发现 Unc5b 在静止的成年小鼠脉管系统中下调，但在 3 维凝胶和肿瘤植入物中的萌芽血管生成过程中重新表达。用神经生长因子-1 刺激表达 Unc5b 的新血管可抑制萌芽血管生成，而 Unc5b 的遗传缺失可减少神经生长因子-1 介导的血管生成抑制。 Unc5b 的表达在体外触发内皮细胞对神经生长因子-1 的排斥，而缺乏细胞内信号结构域的截短 Unc5b 则无法诱导排斥。拉里维等人（2007）得出结论，神经生长因子-1 激活 UNC5B 会抑制萌芽血管生成。

Wang 和 Poo（2005）报道，培养的非洲爪蟾神经元的生长锥中存在 TRP（瞬时受体电位）样通道活性，并且可以通过暴露于神经生长因子-1 和脑源性神经营养因子（BDNF; 113505）来调节，2用于轴突引导的化学引诱剂。生长锥的全细胞记录表明，神经生长因子-1 诱导膜去极化，其中部分去极化在所有主要电压依赖性通道被阻断后仍然存在。此外，膜去极化对 TRP 通道阻断剂敏感。用特定的吗啉寡核苷酸对推定的 TRP 电流进行药理学阻断或下调非洲爪蟾 TRP1（xTRPC1）表达，消除了由神经生长因子-1 梯度诱导的生长锥转动和钙离子升高。因此，Wang 和 Poo（2005）得出结论，TRPC 电流反映了生长锥检测某些细胞外引导信号的早期事件，导致膜去极化和细胞质钙离子升高，从而介导生长锥的转动。

威尔逊等人（2006）证明神经生长因子s 在体外刺激人内皮细胞的增殖、迁移和管形成，并且这种刺激孤立于已知的神经生长因子受体。抑制斑马鱼中的神经生长因子-1a mRNA 可抑制血管萌芽，这意味着神经生长因子在脊椎动物发育过程中具有促血管生成作用。威尔逊等人（2006）还表明，神经生长因子s 在体内缺血模型中加速新血管形成，并且在糖尿病小鼠模型中逆转神经病变和血管病变。威尔逊等人（2006）发现表达神经生长因子-1 和神经生长因子-4（NTN4; 610401）的载体与表达 VEGF（192240）的载体在促进新血管形成和再灌注方面的有效性相当。

科隆-拉莫斯等人（2007）表明，秀丽隐杆线虫中的两个中间神经元 AIY 和 RIA 之间的连接是由一对表达 UNC6（神经生长因子-1）的神经胶质细胞协调的。在突触后神经元 RIA 中，神经生长因子受体 UNC40（DCC; 120470）发挥传统的引导作用，引导 RIA 过程向神经胶质细胞腹侧生长。作者证明，在突触前神经元 AIY 中，UNC40 发挥着意想不到的、迄今为止尚未表征的作用：它细胞自主地促进紧邻神经胶质细胞末端的突触前末梢的组装。科隆-拉莫斯等人（2007）得出结论，神经生长因子可用于指导和局部突触发生，并表明神经胶质细胞可以在体内神经回路组装过程中充当路标。

Ly 等人使用培养的大鼠和青蛙脊髓神经元（2008）表明 Dscam（602523）可以单独介导对神经生长因子-1 的转向反应，也可以与神经生长因子受体 Dcc 协同介导。

Furne 等人使用源自大鼠、小鼠和鸡胚胎的原代神经元（2008）表明，Ntn1 除了作为一种有吸引力的信号外，还通过抑制 Dcc 的促凋亡活性来发挥细胞存活的作用。

Fitamant 等人通过对 51 个原发性乳腺肿瘤进行定量 RT-PCR（2008）发现在高比例的淋巴结阳性肿瘤和来自转移性患者的肿瘤中神经生长因子-1的表达显着增加。当实验性降低神经生长因子-1 表达或添加诱饵可溶性神经生长因子受体胞外域时，表达神经生长因子-1 的乳腺转移性肿瘤细胞系会发生凋亡。这种治疗可以防止乳腺癌细胞系和小鼠异种移植的人类乳腺肿瘤的肺转移。菲塔曼特等人（2008）得出结论，神经生长因子-1 表达赋予肿瘤细胞存活的选择性优势。

摩尔等人（2009）表明固定的神经生长因子-1 上的牵引力足以重新定向轴突。

德洛耶-布尔乔亚等人（2009）表明，NTN1 的自分泌产生通过阻断 UNC5H 受体的促凋亡活性，在侵袭性神经母细胞瘤（NB; 参见 256700）中的肿瘤生长和遗传中具有选择性优势。 NTN1 上调似乎是 4S 期和 4 NB 期婴儿预后不良的标志。 NTN1 破坏可阻断动物体内的 NB 转移，Delloye-Bourgeois 等人（2009）提出破坏 NTN1 表达作为一种抗癌策略。

▼ 生化特征

晶体结构

徐等人（2014）确定了功能性 NTN1 区域的结构，单独的以及与 NEO1（601907）和 DCC（120470）的复合物。 NTN1 具有刚性细长结构，在两端包含 2 个受体结合位点，通过这些位点将受体分子聚集在一起。配体/受体复合物揭示了两种不同的结构：2:2 异四聚体和连续的配体/受体组装体。这些差异是由于连接受体结构域纤连蛋白 III 型结构域 4（FN4）和 FN5 的接头长度不同造成的，DCC 和 NEO1 剪接变体之间的接头长度不同，为不同的信号转导结果提供了基础。

▼ 测绘

迈耶哈特等人（1999）通过 FISH 将人类 NTN1 基因定位到染色体 17p13-p12。

▼ 分子遗传学

Meneret 等人在 2 个不相关家庭的成员和一名具有镜像运动 4（MRMV4; 618264）的不相关患者中进行了研究（2017）鉴定出 NTN1 基因（601614.0001-601614.0003）中的杂合突变。通过外显子组测序发现并通过桑格测序证实的突变与2个家族的病情分离；第三个家庭的患者是零星发生的，突变是从头发生的。所有突变都发生在 NTR 结构域中，预计会影响蛋白质结构和/或稳定性。 HeLa 和 HEK293 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型不同，突变蛋白几乎完全存在于细胞内区室中，并且在上清液中无法检测到。由于神经生长因子-1 是一种可扩散的细胞外信号，其病理生理学可能涉及功能丧失。这些患者是从 47 名患有先天性镜像运动的索引病例中确定的，其中其他 MRMV 相关基因的突变被排除在外。

▼ 动物模型

塞拉菲尼等人（1996）使用了 Skarnes 等人的方法（1995）在胚胎干细胞中，通过将这些蛋白质的 N 末端部分与外源跨膜结构域融合，选择性地恢复编码具有信号序列的蛋白质的基因中的突变。通过这种方式，Serafini 等人（1996）分离出突变的鼠神经生长因子-1 基因并通过种系遗传。纯合子出生了，但显然没有哺乳并在几天内死亡。神经生长因子-1 缺陷小鼠表现出脊髓连合轴突投射缺陷，这被认为与神经生长因子-1 引导这些轴突一致。还观察到几个前脑连合处的缺陷，表明神经生长因子-1 具有额外的指导作用。

潘等人（2008）证明轴突引导信号 unc6/神经生长因子及其受体 unc5（607869）在整个发育过程中发挥作用，从线虫运动神经元 DA9 的树突中排除突触小泡和活性区蛋白，该树突接近 unc6 的来源/神经生长因子。在 unc6/神经生长因子和 unc5 功能丧失突变体中，突触前成分错误定位到 DA9 树突。此外，异位表达的 unc6/神经生长因子通过 unc5 发挥作用，足以排除 DA9 轴突内相邻亚细胞结构域的内源性突触。此外，这种抗突触活性与 lin44/Wnt 的活性可以互换，尽管是通过不同的受体转导的，这表明神经生长因子和 Wnt 等细胞外信号不仅指导轴突导航，而且还通过局部排斥调节突触前成分的极化积累。

▼ 等位基因变异体（3 个选定示例）：

.0001 镜像移动 4
NTN1、CYS601ARG

Meneret 等人在法国家庭（家庭 1）的 3 名受影响成员中进行了镜像运动 4（MRMV4；618264）（2017）在 NTN1 基因的外显子 3 中鉴定出杂合的 c.1801T-C 转换（c.1801T-C，NM_004822），导致神经生长因子结构域中高度保守的残基处发生 cys601 到 arg（C601R）的取代。该突变是通过外显子组测序发现的，但在 ExAC 数据库中并未发现。无症状突变携带者2例，提示不完全外显。 HeLa 和 HEK293 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型不同，突变蛋白几乎只在细胞内区室中发现，并且在上清液中无法检测到。

.0002 镜像移动 4
NTN1、3-BP DEL、NT1552

Meneret 等人在患有镜像运动 4（MRMV4; 618264）的 3 个受影响的家庭成员（家庭 2）中（2017）在 NTN1 基因的外显子 3 中发现了杂合 3-bp 缺失（c.1552_1554del, NM_004822），导致神经生长因子结构域中保守残基 ile518（Ile518del）的缺失。该突变是通过外显子组测序发现的，但在 ExAC 数据库中并未发现。 HeLa 和 HEK293 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型不同，突变蛋白几乎只在细胞内区室中发现，并且在上清液中无法检测到。 Franz 等人之前将该家族报道为 C 家族（2015）。

.0003 镜像移动 4
NTN1、CYS601SER

Meneret 等人在一名偶发发生镜像运动 4（MRMV4; 618264）的患者（家庭 3）中（2017）在 NTN1 基因的外显子 3 中鉴定出杂合的 c.1802G-C 颠换（c.1802G-C，NM_004822），导致神经生长因子结构域中高度保守的残基处发生 cys601 到 Ser（C601S）的取代。该突变是通过外显子组测序发现的，但在 ExAC 数据库中并未发现。 HeLa 和 HEK293 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型不同，突变蛋白几乎只在细胞内区室中发现，并且在上清液中无法检测到。