简介
神经营养素是神经生存、发育、功能和可塑性的重要调节因子（有关综述，请参阅Korsching 1993年,艾德等人，1993年,Segal&Greenberg 1996年,Lewin&Barde 1996年,Reichardt&Fariñas 1997年,McAllister等人1999年,Sofroniew等人2001). 作为神经营养因子假说的核心概念，神经支配的靶点被假定为分泌有限数量的生存因子，这些生存因子的作用是确保靶器官的大小和神经支配神经元的数量之间的平衡（参见Purves 1988年). 神经生长因子（NGF）是第一个表征此类因子的因子，是在寻找此类生存因子的过程中发现的（参见Levi-Montalcini 1987年). 哺乳动物中有四种神经营养素。NGF、脑源性神经营养因子（BDNF）、神经营养素-3（NT-3）和神经营养素-4（NT-4）来自一个共同的祖先基因，序列和结构相似，因此统称为神经营养素（例如。1999年Hallbook). 虽然其他蛋白质家族的成员，尤其是胶质细胞衍生神经营养因子（GDNF）家族和神经样细胞因子，也被证明调节神经系统的生存、发育和功能，但本综述主要关注神经营养素，检查它们发出信号并控制神经系统发育和功能的机制。其他人的同行综述描述了这些迷人的蛋白质在支持受伤和衰老的神经系统中的作用(Sofroniew等人2001).
作为发现的第一批神经营养因子，神经营养素对生物学有着异常重要的影响。发现NGF的实验揭示了细胞相互作用在发育中的重要作用。现在，几乎所有的细胞都依赖其邻居生存（参见Raff等人1993年). 近十年前，人们对非神经细胞的内吞和转运进行了认真研究，结果表明NGF通过受体依赖性机制内化，并通过能量和微管依赖性机制沿小膜泡中的轴突长距离转运，最终在溶酶体中降解NGF。现在，几乎所有细胞都已知利用类似机制贩运受体及其配体。最后，神经营养素被证明能激活受体酪氨酸激酶。在神经前体和神经元内，酪氨酸激酶调节的途径包括增殖和存活、轴突和树突生长和重塑、细胞骨架组装、膜运输和融合、突触形成和功能。最近对神经营养因子的研究表明，它们调节着每一种功能，并增加了我们对每一种功能背后的分子机制的理解。因此，对这些因素的研究继续为现代生物学家提供了广泛关注的见解。
神经营养素及其受体
目前，已经分离出六种神经营养因子：NGF、BDNF、NT-3、NT-4（也称为NT-5）、NT-6和NT-7。有大量证据表明，它们都是通过祖先脊索动物基因组的连续复制而产生的(1999年Hallbook). NT-6和NT-7基因仅在鱼类中发现，可能没有哺乳动物或鸟类的同源基因(Gotz等人1994年,Nilsson等人1998年). 在鸟类中未检测到NT-4。神经营养素通常作为非共价相关的同源二聚体发挥作用，但至少一些神经营养素亚基能够与其他神经营养素亚基形成异二聚体。NGF、NT-6和NT-7似乎作用于非常相似甚至完全相同的神经元群。BDNF和NT-4也有非常相似的目标（例如。Ip等人1993年). 因此，神经营养素可以根据目标神经元的数量分为三类，所有脊椎动物物种都可能在每类中至少含有一种神经营养素。NGF、NT-3和NT-4以及NT-3/BDNF和NT-4/BDNF二聚体的结构已经得到解决，其结构的新特征——三级折叠和胱氨酸结存在于其他几种生长因子中，包括血小板衍生生长因子和转化生长因子β(McDonald等人1991;Fandl等人1994年;Robinson等人，1995年,1999;Butte等人1998年; 已在中审阅McDonald&Chao 1995年).
最初识别NGF受体的努力导致发现了一种现在命名为p75NTR的受体。多年来，这被认为是NGF的低亲和力特异性受体。最近，它被证明以非常相似的亲和力与所有神经营养素结合(Rodriguez-Tebar等人，1991年). p75NTR是肿瘤坏死因子受体家族的一个远距离成员(赵1994,博思韦尔1995). 该受体的细胞质域包含一个“死亡”域，其结构与该受体家族其他成员相似(Liepinsch等人1997年). 在它被发现后的许多年里，人们都不确定这种受体是否传递任何信号，或者它是否只是作为一种结合蛋白发挥作用。然而，过去几年的研究表明，这种蛋白质传递的信号对决定哪些神经元在发育过程中存活至关重要。下面详细讨论了该受体的信号传递。
在一项引人注目的进展中，Trk（原肌球蛋白相关激酶）受体酪氨酸激酶家族的三个成员被证明是第二类神经营养素受体（综述于博思韦尔1995). 研究表明，神经营养素可直接结合这些受体并使其二聚体化，从而激活其细胞质域中的酪氨酸激酶。NGF针对TrkA。BDNF和NT-4针对TrkB。NT-3激活TrkC，也能较低效率地激活其他Trk受体。Trk受体与神经营养素相互作用的最重要部位定位于每个受体的最近端免疫球蛋白（Ig）结构域。这些Ig结构域中每一个的三维结构都已得到解决(Ultsch等人1999年)与TrkA膜近端Ig结构域结合的NGF的结构也已确定(Wiesmann等人1999年). 这些令人兴奋的结构信息提供了有关调节神经营养素和Trk受体之间结合强度和特异性的相互作用的详细信息（例如。Urfer等人1998年).
神经营养素的独特作用使其可能具有与有丝分裂生长因子（如血小板衍生生长因子或表皮生长因子）完全不同的受体和信号转导途径，这些因子的受体被称为受体酪氨酸激酶。因此，当Trk受体被确定为神经营养素的功能性、促进生存的受体时，这是令人惊讶的。然而，在过去几年中，其他神经营养因子家族的成员也被证明能激活酪氨酸激酶。这些包括GDNF及其亲属、睫状神经营养因子（CNTF）和其他神经样细胞因子（在Reichardt&Fariñas 1997年). 这些酪氨酸激酶激活由有丝分裂原受体调节的许多相同的细胞内信号通路。对这一共同行动机制的认识是过去十年来在概念上的一大进步。
Trk受体对神经营养素反应性的控制
迄今为止，内源性Trk受体介导的酪氨酸激酶信号似乎可以促进所有检测神经元群体的存活和/或分化。除了少数例外，Trk受体的异位表达足以产生神经营养素依赖性生存和分化反应（例如。Allsopp等人1994年,Barrett&Bartlett 1994年). 通常，Trk受体的内源性表达会对与其结合的神经营养素产生反应，但由于几个原因，这种概括过于简单。首先，TrkA、TrkB和TrkC mRNA的差异剪接导致蛋白质的表达，其胞外结构域的差异影响配体相互作用(Meakin等人1992年,Clary&Reichardt 1994年,Shelton等人，1995年,Garner等人，1996年,Strohmaier等人，1996年). 研究表明，每个受体的膜旁结构域中是否存在短氨基酸序列会影响某些神经营养素激活这些受体的能力。虽然BDNF、NT-4和NT-3能够激活含有这些氨基酸的TrkB亚型，但缺乏这些氨基酸的TrkB亚型只能被BDNF激活(Strohmaier等人，1996年). 这些TrkB亚型已被证明在鸟类感觉神经元的非重叠群体中表达，因此这种受体的剪接几乎可以肯定具有重要的功能后果(Boeshore等人，1999年). 类似地，含有短膜旁序列的TrkA亚型被NGF和NT-3激活，而缺乏这些氨基酸的亚型则被NGF更特异地激活(Clary&Reichardt 1994年). 虽然这个短多肽序列没有定位在NGF-TrkA配体结合域复合物的三维结构中，但这两种蛋白质之间的界面组织与这些残基可能直接参与结合的可能性相一致(Wiesmann等人1999年). NT-3激活TrkA的能力以及NT-3和NT-4激活TrkB的能力也受到高水平泛神经营养素受体p75NTR的负调控(Bennedetti等人1993年,Lee等人1994b,Clary&Reichardt 1994年,Bibel等人，1999年). 因此，调节Trk受体基因胞外外显子差异剪接的因素和控制p75NTR表达的信号通路影响神经营养素反应性的特异性。
重要的是发现了编码Trk受体胞质结构域部分外显子的差异剪接。并非所有TrkB和TrkC亚型都含有酪氨酸激酶结构域（在Reichardt&Fariñas 1997年). 差异剪接产生缺乏这些结构域的TrkB和TrkC亚型。非神经元细胞中TrkB和TrkC的非激酶亚型的功能可能包括向神经元提供神经营养素。在神经元内，这些受体可能会抑制全长受体的生产性二聚化和激活，从而减弱对神经营养素的反应（例如。Eide等人，1996年). 也有证据表明，配体与TrkB和TrkC的截短亚型结合可以更直接地调节细胞内信号通路(Baxter等人1997年,Hapner等人1998年). 差异剪接还显示导致TrkC亚型的表达，该亚型包含酪氨酸激酶结构域内的氨基酸插入。该插入物不会消除TrkC的激酶活性，但似乎会改变其底物特异性（例如。Guiton等人1995年,Tsoulfas等人，1996年,Meakin等人1997年).
最后，在一些中枢神经系统（CNS）投射神经元中，Trk受体似乎主要隔离在细胞内的小泡中(Meyer-Franke等人1998年). 仅在存在第二个信号时，如cAMP或Ca2+受体是否有效地插入质膜。在这些神经元中，如果神经元没有并入导致产生这些第二信使的信号网络中，Trk受体的含激酶亚型的表达可能不足以对神经营养素产生反应。因此，除了Trk受体基因表达的调节器外，神经营养素的反应性还受许多因素控制。
泛神经营养素受体p75NTR对神经营养素反应的控制
每种神经营养素还与低亲和力神经营养素受体p75NTR结合，后者是肿瘤坏死因子受体超家族的成员（参见Frade&Barde 1998年). 对p75NTR的体外研究已经证明，它可以通过NGF的过饱和浓度（例如。Mahadeo等人1994年,Verdi等人，1994年). 令人惊讶的是，它似乎并没有增强体外配体对其他Trk受体的激活，尽管这些配体也与p75NTR结合。然而，p75NTR在体内增强神经营养素作用中的作用，为在p75NTR突变体中观察到的多类感觉神经元的缺陷提供了一种可能的解释(Stucky&Koltzenburg 1997年,Bergmann等人1997年,Kinkelin等人1999年). 如上所述，细胞培养研究也表明p75NTR降低Trk受体对非配体的反应性(Benedetti等人1993年,Clary&Reichardt 1994年,Lee等人1994b). 最近，NT-3也被证明在不存在p75NTR的情况下比在存在p75NTR的情况下更有效地维持体内表达TrkA的交感神经元的存活(Brennan等人1999年). p75NTR的存在也被证明可以促进几种神经营养素的逆行运输（例如。Curtis等人，1995年,Ryden等人，1995年,Harrison等人2000). 最有趣的是，体外和体内的证据表明，p75NTR的配体结合可以通过凋亡直接诱导神经元死亡（综述于Frade&Barde 1998年; 另请参阅弗里德曼，2000). 对p75NTR突变表型的分析表明，通过p75NTRs配体结合调节凋亡在外周神经系统和体内CNS发育过程中非常重要（例如。Bamji等人，1998年,Casademunt等人，1999年). 最后，p75NTR信号缺失会干扰体外轴突生长以及体内轴突生长和靶神经支配（例如。Lee等人1994a,Yamashita等人1999b,宾利和李2000,Walsh等人1999a,b条).
神经营养素对信号的调节
Trk受体介导的信号机制
Trk受体的配体结合已被证明导致这些受体胞质域上胞质酪氨酸残基的磷酸化(). Trk受体在其细胞质域中包含10个进化上保守的酪氨酸，其中三个–Y670、Y674和Y675（人类TrkA序列命名法）–存在于控制酪氨酸激酶活性的激酶域的自动调节环中（例如。Stephens等人，1994年,Inagaki等人1995年). 这些残基的磷酸化进一步激活受体。其他酪氨酸残基的磷酸化通过为含有磷酸化酪氨酸结合（PTB）或src-同源-2（SH-2）基序的衔接蛋白创建对接位点来促进信号传递（综述于Pawson&Nash 2000年). 这些衔接蛋白将Trk受体与细胞内信号级联耦合，包括Ras/ERK（细胞外信号调节激酶）蛋白激酶途径、磷脂酰肌醇-3激酶（PI-3激酶）/Akt激酶途径和磷脂酶C（PLC）-γ1（参见Reichardt&Fariñas 1997年,Kaplan&Miller 2000年). 不在激酶激活域中的两个酪氨酸（Y490和Y785）是内源性磷酸化的主要位点，大多数研究集中于这些位点与Shc和PLC的相互作用-γ分别为1个(Stephens等人，1994年). 然而，其余7个保守酪氨酸中的5个也有助于NGF诱导的神经突起生长，因此由Y490和Y785介导的相互作用只能介导Trk受体相互作用的一个子集，在神经营养素激活的信号传导中很重要(Inagaki等人1995年). 最近的工作已鉴定出与不同部位的Trk受体相互作用的其他适配蛋白，并证明将Trk受体转移到不同的膜室控制了这些受体与适配蛋白和细胞内信号通路相关并激活它们的效率（例如。Qian等人，1998年;Saragovi等人1998年;York等人2000; C Wu，C-F Lai，WC Mobley，未发表的观察结果）。
Trk受体介导的信号转导途径示意图。神经营养素与Trk受体的结合导致与Trk感受器细胞质域中的特定磷酸酪氨酸残基相互作用的蛋白质的招募。这些相互作用导致信号通路的激活，如Ras、磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3k）和磷脂酶C（PLC）-γ并最终导致基因表达激活、神经元存活和神经突起生长（详细讨论和缩写见正文）。Trk受体胞质域中酪氨酸残基的命名基于人类TrkA序列。在这个图中，衔接蛋白是红色的，激酶绿色的，小G蛋白是蓝色的，转录因子是棕色的。
可编程逻辑控制器-γ1信号
已证明Y785在TrkA上的磷酸化可招募PLC-γ1直接被磷酸化激活，然后水解磷脂酰肌醇，生成三磷酸肌醇和二酰甘油（DAG）(Vetter等人1991). 三磷酸肌醇诱导钙释放2+储存，增加细胞质钙水平2+.这导致由细胞质钙调节的各种酶的激活2+，包括Ca2+-钙调素调节蛋白激酶和磷酸酶及钙2+-蛋白激酶C的调节亚型。DAG的形成刺激DAG调节蛋白激酶C亚型的活性。在PC12细胞中，蛋白激酶C（PKC）δ是DAG调节的PKC，由NGF激活，是神经突起生长和ERK级联激活所必需的(Corbit等人1999年). PKC的抑制δ已经证明可以抑制MEK（有丝分裂原活化蛋白激酶激酶（MAPKK）/ERK激酶）的活化，但不能抑制c-raf的活化，因此PKCδ似乎在ERK激酶级联中在Raf和MEK之间起作用。
RAS-ERK信号
Ras的激活对PC12细胞和神经元的正常分化至关重要。在许多细胞中，Ras激活还通过激活PI-3激酶或激活MAP激酶ERK家族来促进神经元的存活。MAP激酶途径的短暂激活与长时间激活分别与神经营养素应用的增殖诱导反应与分化诱导反应密切相关（例如。Grewal等人，1999年).
导致Ras活化的途径异常复杂。在第一个要表征的途径中，Y490上的磷酸化被证明导致适配器蛋白Shc的募集和磷酸化，结合由Shc-PTB结构域介导(Stephens等人，1994年; 已在中审阅Kaplan&Miller 2000年). 然后，Shc被Trk磷酸化，导致适配器蛋白Grb-2和Ras交换因子SOS复合体的招募。SOS激活Ras有许多下游后果，包括刺激PI-3激酶、激活c-raf/ERK途径和刺激p38 MAP激酶/MAP激酶激活的蛋白激酶2途径（例如。Xing等人，1996年). ERK激酶的下游靶点包括RSK激酶（核糖体S6激酶）。RSK和MAP激酶活化蛋白激酶2磷酸化CREB（cAMP调节的增强子结合蛋白）和其他转录因子(Xing等人1998年). 这些转录因子反过来控制许多已知受NGF和其他神经营养因子调节的基因的表达。其中，CREB调节其产物对延长神经营养素依赖性神经元存活至关重要的基因(Bonni等人1999年,Riccio等人1999年).
神经营养素信号通过Shc/Grb-2/SOS介导ERK信号通路的短暂而非延长激活（例如Grewal等人，1999年). ERK的长期激活已被证明依赖于一个独特的信号通路，该通路涉及衔接蛋白Crk、交换因子C3G、小G蛋白rap1和丝氨酸-苏氨酸激酶B-raf(约克等人1998年). 神经营养素通过利用名为FRS-2（成纤维细胞生长因子受体底物-2）或SNT（如相关神经营养因子诱导的酪氨酸磷酸化靶点）的独特适配器激活该信号通路，与Shc竞争TrkA上磷酸化的Y490(Meakin等人1999年). FRS-2通过Trk活化被磷酸化，并被证明具有几个其他蛋白质的结合位点，包括衔接蛋白Grb-2和Crk、细胞质酪氨酸激酶Src、细胞周期素依赖性激酶底物p13例如1和蛋白磷酸酶SH-PTP-2（例如。Meakin等人1999年). Crk与磷酸化FRS-2结合，然后结合并激活交换因子C3G（例如。Nosaka等人1999年). C3G激活小G蛋白Rap1会刺激B-raf，从而激活ERK激酶级联。正如该模型预测的那样，FRS-2或Crk的过度表达导致嗜铬细胞瘤（PC）-12细胞分化(Tanaka等人1993年,Matsuda等人1994年,Hempstead等人1994年,Meakin等人，1999年). 除了为似乎对延长MAP激酶激活至关重要的途径提供关键链接外，FRS-2还提供了一种不依赖于Shc的机制来激活Grb-2/SOS/Ras途径。该适配器蛋白还提供了与Src家族酪氨酸激酶的连接，该酪氨酸激酶与受体内吞和其他细胞反应有关（例如。王尔德等人1999年,Beattie等人2000). 最后，蛋白磷酸酶SH-PTP-2与FRS-2的结合也有助于ERK途径的激活，可能是通过抑制因子如Ras-GAP或MAPK磷酸酶的失活(Wright等人1997年).
PI-3激酶信号
磷脂酰肌醇-3-激酶（PI-3激酶）的激活对许多神经元的存活至关重要。由PI-3激酶产生的磷脂酰肌醇与磷脂酰肌苷依赖性激酶协同激活蛋白激酶Akt/蛋白激酶BDatta等人，1999年,Yuan&Yankner 2000年). Akt的底物包括BAD，这是一个Bcl-2家族成员，通过与Bcl-xL结合来促进凋亡，在缺乏结合的情况下会抑制Bax的促凋亡活性。BAD的磷酸化导致其与14-3-3蛋白结合并阻止其促进凋亡(Datta等人1997年). BAD也是MAP激酶的底物，MAP激酶同样失活其促凋亡功能(Bonni等人1999年). Akt的另一个证明目标是我κB（在中审查Datta等人1999年). I的磷酸化κB导致其降解和活化NFκB、 通常由我隔离κ细胞质中的B。核NF激活的转录κ已经证明B可以促进神经元存活（例如。Middleton等人2000). 与神经元存活潜在相关的第三种Akt底物是叉头转录因子FKHRL1，它控制促凋亡基因产物的表达，如FasL(Brunet等人1999年). 另一种Akt底物是人类而不是小鼠caspase-9(Brunet等人1999年). 糖原合成酶激酶3-β（GSK3β)还受到营养因子退出的刺激，并受到Akt磷酸化的负调控(Hetman等人，1999年). 在培养的皮层神经元中，GSK3升高β促进细胞凋亡(Hetman等人，1999年). 细胞死亡级联反应中的许多其他蛋白质，包括Bcl-2、Apaf-1、caspase抑制剂和caspase，都有Akt磷酸化的一致位点，但还没有被证明被该激酶磷酸化(Datta等人1999年). 对小鼠突变体的分析已经证明了许多但不是全部这些蛋白质的重要性（参见Yuan&Yankner 2000年). 缺乏caspase-9或Bax的突变体减少了神经元凋亡，而缺乏Bcl-X-L的突变体在发育过程中增加了神经元凋亡（例如。Deckwerth等人，1996年,Shindler等人1998年). 然而，BAD的缺失并不能显著改变中枢神经系统发育过程中的神经元凋亡，这表明Akt介导的该蛋白磷酸化不是体内PI-3激酶依赖性存活级联中的重要环节(Shindler等人1998年). 值得注意的是，并非所有Akt底物都参与细胞存活。例如，S6激酶对于促进mRNA子集的翻译很重要，包括对细胞周期进展至关重要的某些细胞周期蛋白。
PI-3激酶被Ras激活。在许多但不是所有的神经元中，PI-3激酶的Ras依赖性激活是神经营养素传递促进生存信号的主要途径（例如。Vaillant等人1999年). PI-3激酶和依赖PI-3激酶功能的信号通路也可以通过Shc和Grb-2被Ras-independent机制激活。通过磷酸化Grb-2招募衔接蛋白Gab-1导致随后与PI-3激酶复合物结合，然后激活该复合物(Holgado-Madruga等人1997年，审核人Kaplan&Miller 2000年). 在一些细胞中，但在PC-12细胞中，胰岛素受体底物（IRS）-1被磷酸化以响应神经营养素，进而招募并激活PI-3激酶(Yamada等人1997年).
除了提供促进PI-3激酶活化的适配器外，Gab-1还被证明是一种适配器，其作用是使包括蛋白酪氨酸磷酸酶Shp-2的复合物形成核(Shi等人2000). Shp-2通过一种机制增强了RAS-RAF-MEK-ERK途径的激活，但机制尚不明确，但似乎涉及与Gab-1复合物相关的90-kDa蛋白的去磷酸化。
通过膜运输控制Trk信号
最近的工作为上述方案增加了复杂性，提供了证据表明Trk受体激活特定信号通路的能力受内吞和膜分选调节。长期以来，人们一直认为，从神经末梢到神经元细胞体的生存信号的传递需要逆行运输（例如。Thoenen&Barde 1980年). 在过去几年中，一些研究小组已经证明NGF和激活的Trk受体在胞吞囊泡中一起运输（例如。Grimes等人1997年,Riccio等人1997,Tsui-Pierchala&Ginty 1999年; CL Howe、E Beattie、JS Valletta、WC Mobley，未发表的观察结果）。最近，越来越多的证据表明，膜的分类决定了哪些途径被Trk受体激活。在一组实验中，细胞暴露于NGF和单克隆抗体（mAb）的复合物中，该复合物不干扰受体结合，但诱导mAb-NGF-TrkA复合物异常快速内化(Saragovi等人1998年). 该NGF-mAb复合物可促进MAP激酶瞬时活化、Shc磷酸化和PC12细胞存活。相反，FRS-2没有磷酸化，细胞也没有正常分化。结果表明，FRS-2通过配体-受体复合物招募发生在细胞表面，动力学相对较慢。可能是肉豆蔻酰化的FRS-2被隔离到TrkA受体无法立即接触到的隔间中。
在另一组实验中，一种在高温下起主导负蛋白作用的热敏动力蛋白被用来可逆地抑制配体受体的内化(Zhang等人2000). 抑制内化并不会抑制PC12细胞的存活，但会强烈抑制其分化。这一观察结果表明，配体-受体复合物必须被内化，才能有效激活分化所必需的途径。正如前面所述的工作强烈表明，通过Crk的FRS-2信号对延长MAP激酶激活和正常分化至关重要，数据表明，激活该途径需要NGF-TrkA信号复合体的内化。
与PI-3激酶产物参与内吞作用一致(Wendland等人1998年)PI-3激酶抑制剂已被证明可减少逆行转运并影响NGF依赖的细胞内信号通路的激活(Kuruvilla等人2000,York等人2000). Ras的激活发生在缺乏TrkA内化和PI-3激酶活性的情况下(York等人2000). 相反，激活Rap-1和B-raf以及持续的ERK激活需要内化和PI-3激酶活性(York等人2000). 为了激活B-raf，TrkA必须被转运到对布雷费尔丁-a敏感的内体群体（C Wu，C-F Lai，WC Mobley，未发表的观察结果）。对Ras和Rap-1分布的研究提供了可能的解释。尽管Ras在细胞表面有显著表达，但Rap-1的表达似乎仅限于小的细胞内小泡。因此，数据表明，TrkA激活Rap-1，进而激活B-raf和ERK激酶级联，它必须被内化为膜泡，与含有Rap-1的小泡融合(York等人，2000年，C Wu，C-F Lai，WC Mobley，未发表的观察结果）。因此，ERK途径的持续激活是正常分化所必需的，受膜转运和分选的动力学和特异性调节。由于有很多调节膜转运和分类的机制，这些最近的论文为未来的研究提供了许多有趣的方向。
通过其他适配器控制Trk信号
上述结果预测，生存和分化途径将取决于Shc或Frs-2与磷酸化Y490位点的相互作用。尽管如此，与缺乏TrkB激酶结构域的小鼠相比，TrkB中该位点的靶向Y到F突变的小鼠纯合子是可行的，并且具有更温和的表型(Minichiello等人1998年). 显然，TrkB中的其他位点必须能够激活对神经元生存和分化至关重要的细胞内信号通路。最近特别有趣的结果表明，Trk酪氨酸激酶结构域激活环中的磷酸化酪氨酸具有双重功能。除了控制激酶的活性外，它们似乎还起着衔接蛋白的对接位点的作用。在2杂交试验中，Grb-2已被证明与磷酸化酪氨酸残基直接相互作用，并通过共免疫沉淀(麦克唐纳等人2000). Grb-2还与其他站点交互，包括PLC-γ1个站点Y785，但不能确定这些交互是直接的。另外两个适配器rAPS和SH2-B是类似的蛋白质，它们包含一个PH结构域、一个SH2结构域和对Trk激活反应而磷酸化的酪氨酸。这两种蛋白在三种Trk受体的激活环中都与磷酸化酪氨酸相互作用(Qian等人，1998年). 这两种适配器蛋白也可能与Trk受体细胞质域中的其他位点相互作用。这两种蛋白质形成同二聚体，并相互结合。两者还与Grb-2结合，为PI-3激酶和Ras信号级联提供潜在链接。抗体扰动和使用显性阴性结构的转染暗示rAPS参与新生交感神经元的NGF依赖性生存、MAP激酶激活和突起生长(Qian等人，1998年). 总之，这些结果表明，Trk受体信号通路的初始模型远比Trk受体信号通路在现实中简单。
我们目前对Trk受体信号的理解尚不完整。首先，并非所有与Trk受体的重要功能相互作用都依赖于磷酸酪氨酸依赖性关联。最近的研究表明，无论该区域的酪氨酸是否磷酸化，c-abl酪氨酸激酶都与TrkA的膜旁结构域相互作用(Yano等人2000). 该区域的缺失可以阻止PC12细胞的分化，而不会阻止有丝分裂反应或SHC或FRS-2的磷酸化(Meakin&MacDonald 1998年). 由于c-abl参与神经元分化的许多方面（例如，参见Hu&Reichardt 1999年)，这将是有趣的，以确定它是否在Trk-介导的信号传导中有作用，而这种信号传导受到这种相邻膜缺失的干扰。
为了提供更多在信号通路中作用尚不清楚的蛋白质的例子，在培养的皮层神经元中，胰岛素受体底物（IRS）-1和-2被磷酸化以响应BDNF，它促进PI-3激酶的持续结合和激活(Yamada等人1997年,1999). 在PC12细胞中Trk受体的配体参与后，这一现象并未出现。PC12细胞是神经营养素信号研究中最流行的细胞模型，这表明这些细胞中缺少一个关键的适配蛋白。作为另一个例子，CHK是一种细胞质蛋白激酶，是CSK（src激酶的控制）的同源物，已被证明与PC12细胞中的TrkA相互作用，并增强ERK通路依赖性反应，包括神经突起生长(Yamashita等人1999a). CHK影响ERK激活的途径尚不清楚。最后，一种具有三种细胞外免疫球蛋白和四种细胞质酪氨酸基序的跨膜蛋白被证明为蛋白磷酸酶Shp-2的募集提供了一个对接位点，并通过四种酪氨酸残基突变无法阻止的机制增强了PI-3激酶途径的BDNF依赖性激活(Araki等人2000a,b条). 同样，机制还不清楚。
总之，尽管在理解Trk受体信号传导控制的许多途径方面取得了迅速进展，但仍有许多未完成的工作。这一讨论进行得好像所有细胞中都存在所有信号分子，但事实并非如此。不同神经元群体中信号分子浓度的差异无疑会导致不同神经元群体反应的多样性。从上面的讨论中，很明显可以假设TrkA、TrkB和TrkC各自激活非常相似的信号通路，因为它们在细胞质域中非常相似。虽然可能是真的，但在本综述后面描述的例子中，很明显，通过不同Trk受体发出的信号对同一细胞具有完全不同的作用，这是通过对存活、分化或轴突导向的非冗余效应来评估的（例如。Carroll等人1998年,Ming等人1999年). 在一些肿瘤细胞中，神经营养因子激活的Trk受体信号传导甚至被证明可以诱导细胞凋亡（例如。Kim等人1999年). 显然，这些受体发出信号的许多最有趣的细节仍有待发现。
p75NTR受体介导的信号机制：NFκB激活
如前所述，p75NTR与每种神经营养素的亲和力大致相等。研究表明，p75NTR的配体结合可以促进一些细胞的存活和其他细胞的凋亡（例如。Barrett&Bartlett 1994年). p75NTR介导的信号转导也影响体内和体外轴突的生长（例如。宾利和李2000,Yamashita等人1999b;Walsh等人1999a,b条).
p75NTR激活了几种信号通路，在某些情况下，这些通路是已知的（参见). 促进许多细胞群的细胞存活的一个重要途径涉及NF的激活κB.例如，细胞因子通过激活NF促进神经元存活κB信号通路(Middleton等人2000). 在胚胎感觉和交感神经元中，神经营养素被证明能促进p75NTR依赖性NF的激活κB和NFκB依赖性神经元存活(Maggirwar等人1998年,Hamanoue等人1999年). 所有的神经营养素都能促进p75NTR与适配器蛋白TRAF-6的结合(Khursigara等人，1999年). 在其他系统中，TRAF-6被证明可以激活蛋白激酶NIK（NFκB相互作用激酶），磷酸化IKK（I抑制剂κB激酶），进而磷酸化IκB、 导致NF释放和核移位κB（在中审查Arch等人，1998年). 有趣的是，尽管所有神经营养素都与p75NTR结合，但在大鼠雪旺细胞中，只有NGF能够诱导NFκB核移位(Carter等人，1996年).
p75NTR介导的信号转导途径示意图。P75NTR与蛋白质相互作用，包括TRAF6、RhoA、NRAGE（神经营养素受体相互作用MAGE同源物）、SC-1和NRIF，并调节基因表达、细胞周期、凋亡、有丝分裂反应和生长锥运动。神经营养素与p75NTR的结合也被证明可以激活Jun激酶途径，这可以通过Trk受体激活Ras-磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）途径来抑制。类似适配器蛋白为红色，激酶绿色，小G蛋白为蓝色，转录因子为棕色。（缩写见正文。）
p75NTR受体介导的鞘磷脂转换刺激
p75NTR的配体结合也被证明能激活酸性鞘磷脂酶，从而产生神经酰胺(Dobrowsky等人1995年). 神经酰胺已被证明通过控制许多信号通路，包括ERK和Jun激酶级联和NF，促进不同细胞类型的细胞凋亡和有丝分裂反应κB.例如，神经酰胺与Raf结合，可诱导形成无活性的Ras-Raf复合物，有效抑制ERK信号级联(Muller等人1998年). 许多研究小组已经表明，神经酰胺也抑制通过PI-3激酶介导的信号传导（例如。Zhou等人，1998年). 最近的实验表明，神经酰胺通过修饰受体酪氨酸激酶和PI-3激酶与脂筏小窝蛋白-1的结合来抑制细胞中PI-3激酶的活性(Zundel等人2000). 在成纤维细胞中，生长因子刺激的PI-3激酶活性对神经酰胺抑制的敏感性分别因小窝蛋白-1的过度表达和减少表达而增加和降低。神经酰胺也可能直接抑制PI-3激酶活性(Zhou等人，1998年). 因此，神经酰胺抑制至少两种由Trk受体信号激活的生存和分化促进途径。
与p75NTR结合的适配器蛋白质
除了TRAF-6，还鉴定了几种与p75NTR相互作用的额外蛋白质，每种蛋白质都是介导Jun激酶激活或鞘脂周转的候选蛋白质。NRIF（神经营养素受体相互作用因子）是一种广泛表达的含锌蛋白，与p75NTR的膜旁结构域和死亡结构域相互作用(Casademunt等人，1999年). 研究表明，NRIF的过度表达会杀死培养中的细胞，在缺乏NRIF小鼠中，神经细胞群中发育调节细胞死亡的减少与缺乏p75NTR小鼠中观察到的减少非常相似。目前，还不清楚NRIF的活性或与p75NTR的关联是否由神经营养素调节。这种有趣的蛋白质激活了哪些下游信号通路也不清楚。另一种名为NRAGE（神经营养素受体-相互作用MAGE（黑色素瘤相关抗原）同源物）的蛋白质最近被证明与p75NTR相关，并在NGF与p75NT结合时被招募到质膜(Salehi等人2000). NRAGE阻止p75NTR与TrkA的关联，NRAGE的过度表达促进NGF刺激的p75NTR-依赖性细胞周期阻滞和MAH的死亡（v-myc公司-感染的、肾上腺衍生的、HNK-1阳性的）细胞。SC-1（Schwann cell-1）是一种独特的含锌蛋白，已被证明与p75NTR相关，并在用NGF处理p75表达的cos细胞后从细胞质重新分布到细胞核(Chittka&Chao 1999年). SC-1的核表达与细胞周期阻滞相关，这表明该蛋白的核定位可能与生长阻滞有关。因此，NRAGE和SC-1似乎都是参与p75NTR促进的信号事件的有趣蛋白质。最后，当在293细胞中过度表达时，除TRAF-2外，几种（TNF受体相关因子）蛋白可与单体或二聚体p75NTR结合，其中一些可促进这些细胞的凋亡(Ye等人，1999年). 尽管这些衔接蛋白与p75NTR的相互作用很有意思，但仍有许多工作要做，以确定它们在神经元中的表达模式和信号机制。
Trk受体和p75NTR对信号转导的相互调节
Trk受体的激活对p75NTR依赖性信号传导具有深远的影响。神经营养素在缺乏p75NTR的情况下比在Trk受体激活的情况下（例如。Davey&Davies 1998年,Yoon等人1998年). 在证明NGF诱导鞘磷脂水解和神经酰胺生成的初步实验中，Trk受体的激活被证明可以完全抑制这种反应(Dobrowsky等人1995年). Trk受体激活也抑制Jun激酶级联的激活(Yoon等人1998年). 交感神经元Ras的激活已被证明可以抑制Jun激酶级联反应(Mazzoni等人，1999年). 在这些神经元中，Ras激活PI-3激酶对于有效抑制这种级联反应至关重要。最近利用非神经细胞的研究表明，c-raf可以结合、磷酸化和灭活ASK-1(陈富2000). 如果该途径在神经元中有效发挥作用，它提供了一种机制，通过激活Trk受体可以通过Jun激酶级联抑制p75NTR介导的信号。值得注意的是，尽管Trk受体激酶介导的信号转导抑制p75NTR介导的促凋亡反应，但Trk信号转导并不抑制p75NTR对NF的诱导κB级联(Yoon等人1998年). 因此，在Trk信号传导的存在下，NF的激活κB级联对存活有协同作用(Maggirwar等人1998年,Hamanoue等人1999年).
虽然Trk受体的激酶活性抑制p75NTR介导的信号通路，但Trk信号在抑制p75NT受体介导的凋亡方面并不总是完全有效。NGF能够增加野生型而非p75NTR–/–胚胎培养运动神经元的凋亡(Wiese等人1999年). 据报道，在PC12细胞中，BDNF与p75NTR结合可减少TrkA的NGF依赖性自身磷酸化，可能是通过促进TrkA细胞质域中丝氨酸残基的磷酸化(MacPhee&Barker 1997年).
从这些研究中得出的总体观点是，p75NTR的促凋亡信号主要受到神经营养素激活Ras和PI-3激酶的抑制。因此，p75NTR似乎可以改善Trk受体的配体特异性，并可能促进未暴露于适当神经营养因子环境的神经元的清除。与这种可能性相一致，p75NTR–/–胚胎的视网膜和脊髓中观察到凋亡减少(弗拉德和巴德1999). p75NTR突变动物的感觉神经元较少的原因尚不清楚(Stucky&Koltzenburg 1997年). p75NTR突变体中许多神经营养素逆行转运的减少可能会增加细胞凋亡。此外，在这些动物中观察到的感觉轴突生长速度的降低可能会导致轴突没有接触到足够水平的神经营养素。由于神经营养素的表达在发育过程中由不依赖神经支配的局部组织相互作用调节(Patapoutian等人，1999年)神经支配的延迟可能会带来灾难性的后果。
神经营养素对神经存活的调节
上面描述的汉堡、列维·蒙塔尔西尼和后来的研究人员的重要实验表明，NGF在维持体内伤害性感觉和交感神经元的活性方面发挥着重要作用（参见Levi-Montalcini 1987年,Purves 1988年). 这些结果表明，所有神经元不仅在发育过程中，而且在成人神经系统中，都可能依赖于来自其靶细胞的营养支持来持续生存。这些观察还提出了这样一种可能性，即神经前体和发育中的神经元，如果其轴突没有接触到最终目标，也可能需要营养支持。
基因靶向技术的发展使这项工作的主要扩展成为可能。利用这项技术，已经产生了编码每种神经营养因子及其受体的基因缺失的小鼠。几乎所有编码GDNF的基因、GDNF家族成员及其受体都缺失的小鼠也可以使用，少数例外情况很快就会出现。神经营养因子及其受体的各种敲除中的神经元损失摘要见和此外，提供了外周神经系统中这些损失的示意性概述。在许多情况下，单个突变体中的特定神经节尚未被检测到，这通常是因为已知的受体表达或细胞培养中神经元的反应性使得表型看起来非常不可能。在其他情况下，最初的报告侧重于最明显的表型，对其他可能表型的检查被推迟，通常是无限期的。简言之，传递不同形式感觉信息的颅神经节神经元往往被分离成不同的神经节，因此特定神经节中的神经元往往会受到单个信号通路丢失的显著影响。在DRG感觉神经节内，形态是混合的，突变体通常只对功能不同的细胞亚群产生严重影响。
外周神经系统中神经营养因子的生存功能概述。该图显示了外周神经系统的各种成分，包括感觉神经节、交感神经节和肠神经元。本图中仅显示功能明确丧失表型的配体或受体。配体用斜体表示，受体用粗体斜体表示。（缩写见正文。）
表1
| 决定因素 | 神经生长因子受体 | NGF公司 | TrkB公司 | BDNF公司b条 | NT-4/5型c（c） | TrkC公司 | NT-3型 | TrkB/TrkCd日 | NT-3/BDNF标准 | NT4/BDNFe（电子） | NT-3/BDNF/NT-4/5（f） | 第75页NTR克 |
|---|
| 感觉神经节 |
| 三叉神经 | 70% | 75% | 60% | 30% | NS公司 | 21% | 60% | ND（无损检测） | 74% | 9% | 88% | ND（无损检测） |
| 北-北 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | 90% | 45% | 40% | 14% | 30% | ND（无损检测） | 62% | 90% | 96% | ND（无损检测） |
| 前庭的 | NS公司 | ND（无损检测） | 60% | 85% | NS公司 | 15% | 20% | 100% | 100% | 89% | 100% | ND（无损检测） |
| 耳蜗 | NS公司 | NS公司 | 15% | 7% | ND（无损检测） | 50% | 85% | 65% | 100% | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） |
| 背根 | 70–90% | 70% | 30% | 35% | NS公司 | 20% | 60% | 41% | 83% | NS公司 | 92% | 小型 |
| 膝关节 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | 11% | 35% | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | 100% | ND（无损检测） |
| TMN公司小时 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | 38% | 41% | 8% | 45% | 57% | ND（无损检测） | 88% | 46% | 95% | ND（无损检测） |
| 评论 | —我 | —我 | | —j个 | —k个 | —我 | —米 | | | | | —n个 |
| 交感神经节 |
| 上颈椎 | >95% | >95% | ND（无损检测） | ND（无损检测） | NS公司 | NS公司 | 50% | | ND（无损检测） | ND（无损检测） | 47% | NS公司 |
| 电动机 | | | | | | | | | | | | |
| 面部 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | NS公司 | ND（无损检测） | | | | | NS公司 | 22% | ND（无损检测） |
| 脊髓 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | NS公司 | NS公司 | NS公司 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | ND（无损检测） | NS公司 | 20% | ND（无损检测） |
| 中枢神经系统 | —哦 | | ND（无损检测） | —对 | ND（无损检测） | ND（无损检测） | —问 | —第页 | | | | —秒 |
| 可行性 | P（P） | P（P） | 副总裁 | 颗粒物 | G公司 | M（M） | 副总裁 | 副总裁 | 副总裁 | | 副总裁 | G公司 |
表2
| 决定因素 | GDNF公司克 | 神经生长因子b条,克 | 全球金融风险α1c（c）,克 | 全球金融风险α2d日 | 全球金融风险α三e（电子） | c-ret型（f）,克 | CNTFR公司α | LIFR公司 |
|---|
| 感觉神经节 | NS公司 | GFR降低70%α2（+）个神经元 | NS公司 | NS公司 | | | | |
| 三叉神经 | | | | | NS公司 | | NS公司 | |
| 北-北 | 40% | NS公司 | 15% | NS公司 | | | | |
| 前庭的 | NS公司 | | NS公司 | | | | | |
| 耳蜗 | ND（无损检测） | | | | | | | |
| 背根 | 23% | pfGFR减少45%α2（+）个神经元 | NS公司 | NS公司 | NS公司 | | NS公司 | |
| 评论 | 全球金融风险α三叉神经节丢失1个神经元 | 玻璃纤维蛋白损失68%和45%α三叉神经和DRG中的2表达神经元 | | 只有10%的三叉神经细胞表达GFRα2 | | | | |
| 交感神经节 |
| 联合国安全理事会 | 35% | NS公司 | NS公司 | ND（无损检测） | 毫升 | 毫升 | NS公司 | |
| 副交感神经节 |
| 纤毛 | 40% | 48% | ND（无损检测） | NS公司 | | 48% | | |
| 下颌下 | 36% | 45% | 33% | 81% | NS公司 | 30% | | |
| 奥蒂克 | 86% | NS（神经元大小减少） | NS公司 | | | 99% | | |
| 肠神经系统 |
| 胃 | 毫升 | | 毫升 | | NS公司 | | | |
| 肠道/结肠 | 100% | NS公司 | 100% | | NS公司 | | | |
| | 减少VIPC和SPC光纤；神经元尺寸减小 | | 纤维密度降低 | | | | |
| 电动机 |
| 面部 | NS公司 | | NS公司 | | | | 40% | 35% |
| 三叉神经 | 19% | | 22% | | | | 35% | |
| 脊髓 | 22% | NS公司 | | 24% | | | | 40% |
| 中枢神经系统 | TH+神经元无缺陷 | | TH+神经元无缺陷 | | | | | |
| 可行性 | 副总裁 | G公司 | 副总裁 | 颗粒物 | G公司 | G公司 | 副总裁 | 副总裁 |
感觉神经节存活
三叉神经节和背根神经节
在DRG和三叉神经节中，传递不同感觉信息模式的神经元存在于同一神经节中，并且在证明具有不同感觉模式的神经元的差异性神经营养因子依赖性方面已经取得了实质性进展。因此，几乎所有的伤害性神经元在其发育过程中的某个时候都表达TrkA，并且基本上所有这些神经元都在神经生长因子受体和NGF公司突变体(Crowley等人1994年,Smeyne等人1994年). 第二大类DRG神经元在神经发生初期就表达TrkC。这些神经元大多分化为本体感受神经元，从末端器官（如肌梭和肌腱器官）传递信息。在脊髓水平，这些神经元在NT-3型和TrkC公司突变体和末端器官，如肌梭，其形态发生需要感觉轴突的存在。NT-3在肌梭和脊髓腹侧均有表达，这两个部位都是本体感受性Ia传入纤维的靶点，与NT-3作为靶源性营养因子的功能一致。然而，这些神经元几乎在神经发生后立即丢失，这表明它们依赖于最初由中间靶点提供的NT-3（例如。Fariñas等人，1996年).
小鼠DRG和三叉神经节感觉神经元中Trk受体的表达模式已被确定，并与这些神经节的神经元缺陷相关。很明显，除了少数例外，小鼠两个神经节中的大多数神经元在神经发生过程中都表达一种Trk受体(Fariñas等人1998年,Huang等人1999a). 尽管大多数感觉神经元中Trk受体的表达保持不变，但一小部分神经元在神经营养素受体的转换和神经营养素依赖性方面表现出动态变化（参见。Enokido等人1999年).
一些转录因子已被证明调节感觉神经节Trk受体的表达。例如，POU域转录因子Pou4f1（Brn-3a/Brn-3.0）的靶向缺失阻止了三叉神经节TrkC表达的启动，并导致该神经节中TrkA和TrkB在以后的时间下调，导致神经营养素依赖性神经元凋亡(McEvilly等人，1996年,Huang等人1999b). Pou4f1的缺失也会阻止TrkC在螺旋神经节中的正常表达（W Liu，EJ Huang，B Fritzsch，LF Reichardt，M Xiang，未发表的观察结果）。碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）因子NeuroD也控制Trk受体表达的调节。其缺失导致胚胎前庭蜗神经节中TrkB和TrkC的表达严重降低(Kim等人2001). TrkB和TrkC在该突变的三叉神经节中的表达相对正常，因此该突变对Trk受体表达的影响具有惊人的特异性。与此相一致，最近对顺式-中的元素神经生长因子受体增强子已经确定了全局表达所需的位点以及交感神经、DRG或三叉神经细胞内表达所特别需要的位点(Ma等人2000). 因此，指定TrkA表达的转录机制在这些神经元中各不相同。上述突变体表型的特异性意味着TrkB公司和TrkC公司必须同样复杂。总之，这些结果表明，准确控制神经营养素受体基因的转录对于确保正常的神经元存活和分化至关重要。为了扩展这项工作，有必要描述每一群体神经营养素反应神经元的转录机制。
皮肤感觉受体与神经支配
在DRG和三叉神经节内，一个定义明确的伤害性神经元亚群启动c-ret和一个或多个GFR（GDNF家族受体）的表达-α适配器亚单位，最终失去TrkA的表达(Molliver等人1997年,Huang等人1999b). 这些神经元似乎在缺乏这些信号通路成分的突变体中受到影响。在某些情况下，突变已被证明会导致外周靶点的神经支配几乎完全缺失。例如，在GDNF公司突变杂合子，而其他末端未检测到受到影响(Fundin等人1999年).
对神经营养素突变体的分析也提供了有关神经营养素在皮肤受体发育中的作用的重要信息。例如，除了本体感受器的缺陷外，NT-3缺陷已被证明会导致特定皮肤[D毛（绒毛受体）和SA（慢适应）]神经支配的缺陷以及默克尔细胞的发育(Airaksinen等人1996)只在出生后才表现出来。这些缺陷的发展过程表明，NT-3是这些神经元的靶向性营养因子。NT-4也是D-毛传入神经的重要生存因子(Stucky等人1998年). 这些神经元对NT-4的依赖性似乎与其对NT-3的依赖性一致。与NT-4不同，BDNF是SA纤维机械功能存活所必需的，但对D毛受体的存活没有作用(Carroll等人1998年). 总之，这些数据表明BDNF和NT-4在皮肤神经支配中具有不同的、非重叠的作用，并且这些神经营养素的表达可能在皮肤受体的发育过程中表现出时空差异。
最近研究表明，NT-4的存在也是表达TrkB的DRG感觉神经元在DRG形成时正常存活所必需的(Liebl等人2000). 由于D毛传入在出生后的最初几周内出现NT-4型突变体(Stucky等人1998年)，它们不能从TrkB表达神经元的胚胎群体中获得。
三叉神经中脑核
三叉神经中脑神经元是一组神经嵴衍生的感觉神经元，它们位于脑干桥髓交界处。这些神经元在形态上与外周神经节的感觉神经元相似，并从头部传递本体感受信息。然而，与完全依赖NT-3的躯干本体感受神经元不同，在NT-3或TrkC缺失的情况下，三叉神经中脑神经元仅部分丢失，部分神经元缺陷也由BDNF或TrkB的丢失引起(Fan等人2000,Matsuo等人2000). 有趣的是，大多数这些神经元在缺乏NT-3和BDNF的双突变体中丢失，而所有这些神经元在缺少NT-3、BDNF和NT-4的三重突变体中都丢失(Fan等人2000). a的表达式BDNF公司lacZ公司在这些神经元的一个靶点咬肌的肌梭子集中检测到报告者。似乎每种神经营养因子都有可能在这些纺锤体的亚群中表达，这就解释了为什么每种神经营养因子都支持这些神经元的一个子群的生存。
前庭神经节和耳蜗（螺旋）神经节
在发育过程中，这两个神经节首先作为一个单一的神经节出现，随后分离成两个不同的神经节，支配半规管和耳蜗。前庭神经节和耳蜗神经节由于其记录良好的轴突投射模式，是研究神经营养素作用的理想系统。神经营养素突变体的初步分析表明，前庭神经节中几乎所有神经元都依赖BDNF生存，而耳蜗（螺旋）神经节中绝大多数神经元需要NT-3(Ernfors等人1994年a,b条;Jones等人，1994年;Fariñas等人1994年). 在双人间NT-3/BDNF公司突变体，基本上两个神经节的所有神经元都丢失了(Ernfors等人，1995年).
耳蜗神经元的不同种群对这两种神经营养素的明显依赖性激发了研究，以了解神经元或耳蜗中解释表型的差异。第一批出版物表明，内毛细胞中NT-3和外毛细胞中BDNF的细胞类型特异性表达控制着I型和II型神经元的存活，这两种神经元分别负责支配这两种毛细胞群体中的每一种(Ernfors等人，1995年). 据报道，缺乏TrkC会导致内毛细胞优先失去神经支配，而缺乏TrkB则会导致外毛细胞失去神经支配(Schimmang等人，1995年). 然而，后来的研究对这些数据提出了质疑，因为这两组突变体中的神经元丢失和神经支配缺陷并不是均匀分布在整个耳蜗中，而是沿耳蜗转弯呈梯度分布(Fritzsch等人1997,1998). 耳蜗基底弯的神经元完全缺失，而顶端弯的神经元在耳蜗NT-3型和TrkC公司突变体。在BDNF公司和TrkB公司突变体，在顶端转弯的神经元中观察到唯一明显的缺陷(Bianchi等人，1996年,Fritzsch等人1997,1998).
最近的观察表明，耳蜗（螺旋）神经节中的所有神经元都表达TrkB和TrkC，表明它们可以由任一神经营养素支持（I Fariñas、KR Jones、L Tessarollo、AJ Vigers、E Huang、M Kirstein、DC De Caprona、V Coppola、C Backus、LF Reichardt、B Fritzsch，未发表的观察结果）。The phenotype of theNT-3型突变可以用BDNF表达的空间顶基梯度来解释，在缺乏NT-3的情况下，在一个短暂但关键的发育期内，这会导致这些神经元在基底转向时完全缺乏营养支持。使用β-半乳糖苷酶（LacZ）报告基因整合到NT-3型(NT-3型lacZ公司)或BDNF公司(BDNF公司lacZ公司)监测基因表达的位点，随着发育的进行，两种神经营养素的表达模式发生了快速变化。大约在神经细胞丧失前一天NT-3型然而，突变型BDNF在耳蜗中几乎检测不到表达，仅在顶端转弯处弱表达，在发育中的中间和基底转弯处没有检测到表达。这表明在NT-3型突变体中，由于BDNF不存在以弥补其缺失，因此基底部转向中的神经元丢失，而由于低水平BDNF的存在，神经元在顶端转向中部分幸免。该模型预测BDNF的表达在NT-3型基因启动子和调节元件将挽救NT-3型突变体。这只小鼠已经出生，纯合子完全缺乏NT-3（V Coppola，J Kucera，ME Palko，J Martinez-De Velasco，WE Lyons，B Fritzsch，L Tessarollo，未发表的观察结果）。正如预测的那样，神经元在E13.5和P0处正常支配耳蜗的所有区域，包括基底旋转，基底旋转螺旋神经元几乎完全被挽救（I FariñAs、KR Jones、L Tessarollo、AJ Vigers、E Huang、M Kirstein、DC De Caprona、V Coppola、C Backus、LF Reichardt、B Fritzsch，未发表的观察结果；V Coppola、J Kucera、ME Palko、J Martinez De Velasco、WE Lyons、B Fritzsch、L Tessarollo，未发表的观察结果）。因此，有令人信服的证据表明，神经营养素表达的时空梯度控制着这些细胞的生存。
结节-岩神经节
结节-岩神经节包含负责内脏感觉神经支配的神经元。在这个神经节中，所有神经元都表达TrkB(Huang等人1999a)和迷失在BDNF–NT-4型双突变体或在TrkB公司突变体(Conover等人1995年). 约有一半的结-岩神经元在缺乏BDNF或NT-4的情况下丢失。负责颈动脉体和其他血压和pH传感器神经支配的多巴胺能神经元完全依赖于BDNF，BDNF是在神经支配初期由这些靶器官合成的(Erickson等人，1996年,Brady等人，1999年). 因此，缺乏BDNF的小鼠表现出对化学和压力感受器缺乏神经支配，导致呼吸控制缺陷。在这个神经节中，神经元似乎只依赖BDNF或NT-4，这取决于它所支配的靶细胞中表达的神经营养素。
交感神经节存活
其他外周神经元也表现出对特定信号通路的强烈依赖性。正如Levi-Montalcini的工作所预期的那样，在缺乏NGF-TrkA信号的情况下，交感神经元几乎完全丧失(Crowley等人1994年,Smeyne等人1994年). 与TrkA在交感神经元中的表达模式一致，大范围的细胞死亡发生在婴儿的交感神经节神经生长因子受体突变体。事实上，E17.5已经存在显著的缺陷，并且在出生后会逐步发展(Fagan等人，1996年). 与NGF/TrkA对交感神经元的显著作用不同，近年来关于NT-3如何影响交感神经元发育的观点发生了重大修改。大量实验表明，NT-3能够支持早期交感神经母细胞在体外的存活(Birren等人1993年,威尔第和安德森1994,Verdi等人，1996年). 与这些结果一致，在早期交感神经节中检测到TrkC mRNA。有趣的是，在胚胎发育后期，随着TrkA表达的增加，交感神经节中TrkC mRNA的水平降低。这些研究表明，通过TrkC的NT-3信号和通过TrkA的NGF信号分别在发育早期和晚期为交感神经节细胞提供了顺序支持。因此，当对NT-3型突变体报告在该神经节最初形成期间增殖的交感前体细胞中细胞死亡增加(ElShamy等人，1996年). 然而，在TrkC公司突变体(Fagan等人，1996年)，以及后来检查NT-3型突变体在前体细胞或神经元中均未检测到早期表型(Wyatt等人1997年,Francis等人，1999年). 相反NT-3型和NGF公司突变体出现在E15.5之后，并在非常相似的发育阶段发育(Wyatt等人1997年,Francis等人，1999年). 与这些发现一致，NT-3型lacZ公司在交感神经支配的靶组织中表达，但在E15.5之前不存在于神经节内或周围(Francis等人，1999年). 因此，这些数据表明，NT-3和NGF都是交感神经元生存所必需的，而不是成神经细胞。因为在TrkC突变体中没有发现缺陷，所以NT-3的促生存作用必须通过TrkA传递。p75NTR的缺失促进了TrkA在发育过程中介导NT-3信号的能力(Brennan等人1999年).
虽然最近的研究结果不支持NT-3和NGF在交感神经节发育过程中顺序作用的概念，但GDNF配体家族的成员确实在交感神经节（SCG）的早期发育中发挥着重要作用。对GDNF家族成员的需求明显先于SCG神经元对NT-3、NGF和TrkA的依赖。最初，缺乏c-ret（GDNF激活的酪氨酸激酶）的小鼠缺乏SCG中的所有神经元，而树干水平的交感链中没有任何明显的表型(Durbeck等人，1996年). 研究表明，c-ret的缺失会导致SCG和肠道神经系统中一组常见的神经嵴衍生前体细胞的丢失。在缺乏c-ret的情况下，这些细胞无法存活并从后脑附近迁移到SCG的未来位置。最近，缺乏GFR的小鼠α3结合亚单位已被证明具有某种类似但明显不太严重的缺陷，部分归因于对SCG早期前体的影响(Nishino等人1999年). 全球金融风险α3介导Artemin对c-ret的激活，Artemin是一种与GDNF密切相关的蛋白质。在缺乏GFR的小鼠中α3，SCG前体向主动脉的最初腹侧迁移未受到明显干扰，但没有发生向SCG未来位置的晚期嘴侧迁移。尽管大多数前体细胞退出细胞周期并分化为未成熟神经元，但这些神经元尚未成熟，无法成功接触正常靶细胞，并经历了渐进性的、主要是出生后的凋亡。Artemin在E12.5的SCG前体附近表达，因此Artemin介导的信号传导缺陷很可能是迁移早期缺陷的原因，也可能解释后期表型。因为GFRα3突变体的严重程度明显低于c-ret型突变体，通过其他适配器亚基发出信号必须有助于SCG前体的早期发育。在缺乏GFR的小鼠中，SCG内没有出现缺陷α1或GFRα2个亚单位(Cacalano等人1998年,Rossi等人，1999年). 缺乏GFR小鼠的表型α4亚基未见报道。看看GFR中的双突变体或三突变体是有趣的α亚单位基因在SCG中形成的表型与在c-ret型突变体。缺乏GDNF的小鼠出生时SCG神经元比对照组少约35%(Moore等人，1996年). 尽管尚未研究该表型的胚胎发育，但GDNF介导的信号传导缺陷似乎有助于在胚胎发育早期发现该表型c-ret型突变体。
运动神经元存活
除NGF外，每种神经营养素都能促进体外纯化的运动神经元的存活（综述见Reichardt&Fariñas 1997年). GDNF、CNTF和其他CNTF相关细胞因子也是这些神经元在体外的有效生存因子。尽管如此，在体内缺乏任何一种上述因素的小鼠中，绝大多数运动神经元都幸免于难。例如，没有一种神经营养素或Trk突变体会显著减少运动神经元的总数。即使是一个缺乏BDNF、NT-3和NT-4的三重突变体，面部和脊髓运动神经元也只有20%的缺陷(Liu和Jaenisch 2000年). Deficits in theGDNF公司和GFRα1突变体很小，约占脊髓运动神经元总数的20%。最严重的缺陷出现在缺乏CNTF受体的小鼠中-α或白血病抑制因子受体-β亚单位，面部运动核中约有40%的缺陷（参见Reichardt&Fariñas 1997年). 直到最近，这些结果还被认为反映了功能冗余，即任何运动神经元都可以在体内获得多种营养因子。然而，最近的数据有力地表明，不同的运动神经元池依赖于不同的营养因子，并且在突变体中观察到的缺陷很小，因为不同池的营养因子依赖性有很大的多样性。分析NT-3型几年前，变种人认为γ-运动神经元需要这种神经营养素的存在(Kucera等人1995年). 这些传出神经支配着表达NT-3的肌梭。这些纺锤波也由NT-3依赖的感觉神经元支配，因此支配同一末端器官的运动神经元和感觉神经元似乎需要相同的神经营养素。相比之下α-支配骨骼肌肌管的运动神经元在NT-3型突变体(Kucera等人1995年). 在过去几年中，不同的运动神经元池被证明表达不同的转录因子组合（例如。Tanabe&Jessell 1996年)和神经营养物质受体（例如。奥本海姆等人，2000年,Garces等人2000). 最近，对GDNF公司和GFRα1突变体表明，每个突变体中运动神经元的特定池和亚群都受到严重影响，而其他池和亚种群则没有受到明显影响（例如。Oppenheim等人2000,Garces等人2000). 当这些研究扩展到其他突变体时，现在看来，缺乏个体营养因子或其受体的小鼠很可能会被证明存在运动神经元个体群的严重缺陷。
中枢神经系统神经元存活
也许最引人注目的是，在CNS神经元群中观察到的存活缺陷很少，其中许多神经元在细胞培养中对这些相同的因素作出反应。例如，体外对NGF反应的CNS神经元包括基底前脑和纹状体胆碱能神经元。虽然这些神经元的分化受到影响(Smeyne等人1994年)，这些人群的存活率在NGF公司或神经生长因子受体击倒动物。然而，在成年NGF突变杂合子中观察到NGF依赖性胆碱能前脑神经元群体的产后萎缩；因此，这些神经元似乎对这种神经营养素有一定的依赖性(Chen等人1997年).
BDNF和NT-4反应神经元包括小脑颗粒细胞、中脑多巴胺能神经元和视网膜神经节细胞。虽然在出生后观察到海马和小脑颗粒细胞的凋亡适度增加TrkB公司和TrkB/TrkC突变体(Minichiello&Klein 1996年,Alcantara等人1997年)，这与在这些相同的突变动物的感觉神经元中观察到的显著损失无法相比。为了研究TrkB在成人神经系统维持和功能中的作用，使用Cre/loxP重组系统产生了TrkB细胞类型特异性缺失的小鼠(Minichiello等人，1999年,Xu等人2000b). 选择性删除TrkB公司在新皮质的锥体神经元中，导致皮质层II/III和V中树突树枝状结构的改变和压缩(Xu等人2000b). 稍后，TrkB的丢失也会导致躯体感觉和视觉皮层中SCIP（受抑制的cAMP诱导的POU）表达神经元的逐渐消失，而Otx-1表达神经元则不会丢失(Xu等人2000b). 综上所述，上述数据表明，通过TrkB的神经营养素介导的信号传导对于维持中枢神经系统神经元种群的存活至关重要。因为观察神经元的大量丢失需要数周而非数小时，所以不确定对外周神经元存活至关重要的相同信号通路的中断是否是这些表型的原因。
多神经营养因子依赖性
在总结感觉神经元对神经营养素的依赖性时，值得注意的是，一般来说，神经营养素和Trk受体突变表型与配体和受体特异性的体外观察一致。突变表型的分析为重建至少四个模型提供了有价值的信息，这些模型证明了个体感觉神经节中独特的受体-配体相互作用。在第一种模型中，单个神经营养素似乎与单个受体相互作用。因此，配体或受体的缺失会导致类似的表型。例如NGF公司和神经生长因子受体突变体在DRG和颅神经节中缺少相同的感觉神经元群(). 在第二种模型中，受体缺陷小鼠的神经元数量缺陷大于神经营养素缺乏小鼠。在结-岩神经节中，绝大多数神经元表达TrkB，并且靶向性删除TrkB公司导致这些神经元几乎完全缺失。然而，BDNF和NT-4似乎在不同的靶区表达，因此每个神经营养素支持该神经节内单独的神经元亚群。在第三种模型中，单个配体与多个受体相互作用。一些报告记录了NT-3在体外激活TrkA和TrkB以及激活TrkC（例如。Ip等人1993年,Clary&Reichardt 1994年,Davies等人，1995年). 在DRG和三叉神经节中NT-3型突变体，许多表达TrkA和TrkB的神经元在出生后不久发生凋亡细胞死亡(Fariñas等人1998年,Huang等人1999a). 这些神经元在TrkC公司突变体，因此NT-3必须直接激活其他Trk受体。因此，体内必须有足够高的NT-3局部浓度来支持表达TrkA或TrkB的神经元。事实上，在神经发生期间，在这些神经节附近检测到NT-3的表达(Fariñas等人1998年,Huang等人，1999a). 通过检查两者的表达NT-3型lacZ公司和BDNF公司lacZ公司，我们已经确定了胚胎鳃弓的不同区域，其中只有NT-3型该基因在E11.5和E12.5之间表达（EJ Huang，未发表数据）。推测，投射到这些区域的TrkB表达神经元需要NT-3才能生存，因为BDNF不可用。该模型预测BDNF替代NT-3可以拯救一些TrkB表达神经元。与此预测一致的是，小鼠DRG中的表型BDNF公司插入到NT-3型最近报道了该基因（V Coppola、J Kucera、ME Palko、J Martinez-De Velasco、WE Lyons、B Fritzsch、L Tessarollo，未发表的观察结果）。在完全缺乏NT-3的情况下，BDNF以与NT-3相同的模式表达确实可以延迟和部分修复DRG中的神经元缺陷。最后，在第四种模型中，表达一个以上Trk受体的神经元的存活将由神经营养素表达模式控制。如上所述，在耳蜗神经节中NT-3型突变体由BDNF的顶基梯度决定。在三叉神经中脑神经节中，存活取决于特定肌梭中是否存在NT-3或BDNF(Fan等人2000).
中的数据和虽然不完整，但表明配体与受体相互作用的特异性与体内缺乏这些蛋白的突变体的表型之间存在良好的对应关系。对缺乏神经营养素或Trk受体的小鼠的分析表明了这一点。它们的表型也有惊人的相似之处GDNF公司和GFR-α1和神经生长因子和GFR-α2突变体，这也符合大多数描述这些配体与这两个受体亚单位相互作用的生化研究。
神经营养因子依赖性的转换
中的数据也清楚地表明，许多神经元需要不止一条神经营养因子受体信号通路才能存活。在绝大多数情况下，这似乎反映了不同发育阶段的需求，这是配体可及性或受体表达变化所必需的。对这些突变体表型发展的更详细研究表明，酪氨酸激酶的配体激活对神经前体和未成熟神经元以及与最终靶点接触的成熟神经元的存活至关重要。在某些情况下，在许多发展阶段，同样的因素是必不可少的。在其他情况下，随着发展的进行，不同的因素变得重要。例如，SCG在胚胎发生过程中表现出对c-ret介导的顺序依赖性，随后是TrkA介导的信号传导。因此，SCG在c-ret、NGF、和神经生长因子受体在缺乏GDNF、GFR的小鼠中可以看到突变体和不太严重的缺陷α3或NT-3。如上所述，对c-ret的需求明显先于对神经营养素的需求。TrkA-和TrkB-表达的三叉神经神经元对NT-3的类似短暂依赖性也似乎反映了神经发生后这些神经元轴突侵入的间质中NT-3的存在，而不是其他神经营养素的存在(Huang等人1999a). 间充质中NT-3的表达已被证明是由上皮-间充质相互作用诱导的，这可能是由上皮分泌的Wnt蛋白介导的(Patapoutian等人1999,O'Connor&Tessier-Lavigne 1999年).
虽然三叉神经节早期发育过程中神经营养素反应性的变化受到了广泛关注，但最近的研究表明，Trk受体的表达变化相对较小(Huang等人1999a; 但请参见Enokido等人1999年). 相反，类似于DRG(Ma等人1999年)，表达不同Trk受体的神经元产生于不同时间峰值的波中。然而，在发育后期，表达TrkA的DRG和三叉神经节神经元的特定亚群对GDNF家族成员产生反应，获得c-ret和一个或多个GFR适配器亚单位的表达，并对NGF失去反应性（例如。Molliver等人1997年,Huang等人1999b,Fundin等人1999年). GDNF家族配体在靶点和GFR中的特异性表达模式-α靶细胞和神经元中的适配器亚单位表明，这些变化反映了专门用于特定靶细胞的神经支配和特定形式的感觉信息传输的感觉神经元亚群的分类(Snider&McMahon 1998年,Fundin等人1999年). 还有许多其他的例子，数量太多，无法在这里回顾，其中配体或受体表达的变化已被证明可以解释单个神经元群对一种以上神经营养因子的需求。
在分化和功能中的重要作用
感觉和交感神经元的发育
在少数情况下，神经营养素被证明可以调节神经前体选择的分化途径，并调节分化过程，帮助确定分化神经元正常生理功能所必需的蛋白质的表达水平，如神经递质、离子通道、，和受体。例如，在体外和体内，NGF促进交感腺肾前体分化为交感神经元，而不是肾上腺嗜铬细胞(Levi-Montalcini 1987年,Anderson 1993年). 相反，糖皮质激素被证明可以抑制这些对NGF的反应，抑制向神经元的分化，并促进向成熟肾上腺嗜铬细胞的分化。由于肾上腺中存在高浓度的糖皮质激素，因此它们可能在体内类似地调节交感腺肾前体的分化。在体外和体内，NGF和糖皮质激素对这些前体的作用在很大程度上是不可逆和剧烈的。形成的交感神经元永久依赖NGF生存，而嗜铬细胞则不依赖。这两种分化细胞类型的主要递质不同（去甲肾上腺素与肾上腺素）。从形态学上看，它们是不同的，这清楚地反映了许多分子成分的差异，这些分子成分由NGF和糖皮质激素直接或间接调节。在PC12细胞中，短时间接触NGF可导致钠通道基因的长期诱导(Toledo-Aral等人1995年). 这可能是一个模型系统，用于研究神经营养素如何在神经元内引起不可逆的命运变化。
如上所述，小鼠感觉神经元的前体在体内似乎不表达Trk受体，或直接受到神经营养素缺乏的影响(Fariñas等人1998年, 2000;Huang等人，1999a). 至少在小鼠DRG中，表达TrkB-和TrkC-的神经元与表达TrkA-的神经元的初始生成似乎以两种波的形式发生，取决于神经原蛋白2和1的顺序表达(Ma等人1999年). 神经营养素的作用是维持这些神经元的活性。他们似乎并没有指导他们的初步决定。有证据表明，鸡胚中的情况可能更复杂。已有证据表明DRG前体亚群表达TrkC，现有证据表明神经发生后Trk受体的表达比在小鼠感觉神经节中观察到的更动态的调节（例如。Rifkin等人2000). 然而，与小鼠感觉神经节相比，神经营养素在那里的作用似乎不太可能有很大不同。
神经营养素在调节后期感觉神经元发育的各个方面很重要，在某些情况下，这些方面控制着神经元表型的重要方面。例如，NGF反应性感觉神经元主要传递伤害性信息，并延伸无髓C纤维或有髓A纤维δ纤维。它们表达小肽递质，如CGRP和P物质，特殊受体，如辣椒素受体，以及独特的钠+通道亚型（例如。Amaya等人，2000年，审核人Mendell等人，1999年). 大多数这些蛋白的表达水平由NGF调节（例如。Fjell等人1999年; 已在中审阅Lewin&Barde 1996年,孟德尔1999;Mendell等人，1999年). 尽管在胚胎发育过程中缺乏NGF会导致几乎所有伤害性神经元的丢失，但在以后的年龄，NGF的退出不再杀死这些神经元。相反，NGF水平的扰动会导致表型变化。当NGF在出生后早期被隔离时，A的属性δ纤维发生了巨大变化(Ritter等人，1991年). 通常，这些纤维中的许多对高阈值机械刺激有反应，被归类为高阈值机械感受器（HTMR）。出生后缺乏NGF会导致HTMR几乎完全丧失，而D-毛纤维则会相应增加，对轻触作出反应。由于这种变化与细胞凋亡升高无关，结果表明HTMR纤维的起源神经元并未丢失，而是经历了表型变化，成为D型毛纤维，其功能是触觉而非疼痛受体。D毛和HTMR纤维的中央突起在胶状质中有不同的终止区，有趣的是，NGF的提取诱导的表型转换并没有导致D毛纤维对HTMR正常支配区的不适当神经支配(Lewin&Mendell 1996年). 中央投影似乎受到了监管，以保持适当的模态连通性。
使用角蛋白-14启动子在皮肤中过度表达NGF可提高C和A的存活率δ伤害性神经元的种类，此外，还会影响这些神经元的功能特性(Stucky等人1999年,Mendell等人，1999年,Stucky&Lewin 1999年). A的百分比δ对伤害性刺激的反应纤维从65%增加到97%，这可能反映了这些神经元的选择性存活。更值得注意的是，C纤维对热的反应百分比从42%增加到96%，这一影响太大，无法用其选择性存活来解释。此外，皮肤中长期存在的NGF也会影响热敏C纤维的功能特性，增加其热响应性并降低其机械响应性。似乎辣椒素受体VR-1的调节可能与这些表型变化有关。
NGF并不是调节伤害性神经元表型的唯一神经营养因子。虽然所有伤害感受器最初都被认为表达TrkA，但其中一部分随后开始与一个或多个GFR适配器亚单位一起表达c-ret（例如。Snider&McMahon 1998年). 除了表达c-ret外，这些神经元还通过植物凝集素异凝集素B4结合位点的表达来区分。随着发展，他们的生存变得依赖于GDNF家族成员(Molliver等人，1997年). 有针对性地中断GFR-α2基因不会导致表达isolectin B4配体的细胞丢失，但确实会导致对热敏感的表达isolecting B4配体的神经元百分比减少三倍（CL Stucky，J Rossi，MS Airaksinen，GR Lewin，未发表的观察结果）。结果表明，由GDNF家族成员介导的信号传导，很可能是神经激肽，对于这些神经元表现出伤害性表型是必要的。
D毛传入纤维的持续存在在出生后早期发育中依赖于NT-3，在后期依赖于NT-4(Airaksinen等人，1996年,Stucky等人1998年). 目前尚不确定这些表型是否是由神经元缺失或神经元表型改变引起的。
目标神经网络控制
在体外，每种神经营养因子都被证明能促进反应神经元的轴突生长。优雅的实验表明，局部NGF调节交感神经元生长锥的进展(坎佩诺1977). 研究表明，即使神经元得到足够的营养支持，神经生长因子在一个隔室中的存在对于轴突生长到该隔室中也是必不可少的。当神经元被植入两个腔室（一个含有NGF，另一个不含神经营养素）之间时，轴突只侵入含有NGF的腔室。如果稍后将NGF从腔室中取出，则轴突停止生长并缓慢收缩。除了促进生长外，神经营养素梯度还能在体外引导生长锥(Gundersen&Barrett 1979年). 有趣的是，在这些实验中，神经营养素是作为化学吸引剂还是化学排斥剂取决于神经元内的环核苷酸水平(Song等人1997年,Song&Poo 1999年). NGF和BDNF的化学吸引活性分别通过TrkA和TrkB作用，通过cAMP信号级联抑制剂转化为化学排斥活性。PI-3激酶抑制剂和NGF通过缺乏假定PI-3激酶对接位点的TrkA突变体的信号传递的影响表明，PI-3激酶的激活是趋化反应所必需的(Ming等人，1999年). 有趣的是，尽管不同的Trk受体被认为通过类似的信号转导途径发挥作用，但通过TrkC发挥作用的NT-3的化学吸引活性不受影响cAMP介导信号的药物的影响。相反，cGMP信号抑制剂将这种化学营养反应从吸引转化为排斥(Song&Poo 1999年). 这些观察结果令人信服地证明，不同Trk受体介导的信号传递存在根本性差异。
自从发现NGF以来，人们认识到系统应用的神经营养素会影响体内的神经支配模式（例如。Levi-Montalcini 1987年). 研究表明，NGF可增加正常接受交感神经或感觉神经支配的组织的神经支配，并诱导正常未受支配组织的异常神经支配。在成年人中，神经营养素通常集中在感觉和交感靶点（例如，参见Reichardt&Fariñas 1997年). 对缺乏或表达外源性神经营养素的转基因动物的分析提供了许多例子，其中神经营养素正常表达模式的破坏导致神经支配的扰动，包括轴突走行的异常和对特定靶点神经支配的干扰。例如，使用胰岛素启动子升高胰岛中的NGF可诱导胰岛内细胞的密集交感神经支配，而这些细胞通常不受神经支配(Edwards等人1989年). 使用角蛋白-14启动子升高表皮中的NGF可诱导表皮类似密集的交感神经支配(Guidry等人1998年). 在这种情况下，神经支配的模式也会受到干扰。足垫血管系统和汗腺的交感神经支配受到强烈抑制。相反，交感神经纤维与真皮中的感觉纤维一起存在于神经丛中。交感神经支配也异常分布于肌垫附近(Davis等人1997). 角蛋白-14启动子控制下NGF的过度表达也大大增加了感觉神经支配的密度，选择性地促进NGF依赖性痛觉感受器的神经支配(Stucky等人1999年). 与交感神经纤维相反，未检测到这些末端的异常靶向性。最后一个例子是，在巢蛋白启动子控制下过度表达BDNF的小鼠中，依赖于该神经营养素的感觉纤维似乎在舌根异位表达BDNF的部位停滞，无法到达味觉乳头(Ringstedt等人1999年). 不穿过这些异位BDNF表达位点的纤维能够正常到达并支配其靶标。综上所述，这些研究的结果表明，神经营养素在某一区域的高表达通常会导致正常支配该区域的神经元轴突的神经支配密度增加。正常情况下不常神经支配区域的过度表达会导致对该神经营养素反应的神经元异常神经支配。这表明，指导和靶向线索要么被高水平的神经营养素掩盖，要么被覆盖。与这一概念相一致，最近组织培养研究表明，TrkA表达神经元均匀暴露于NGF会导致对netrin、BDNF或髓磷脂相关糖蛋白梯度的趋化反应脱敏，这表明这些因子共享共同的细胞溶质信号通路(Ming等人1999年).
在某些情况下，转基因动物中观察到的神经支配缺陷或异常可能反映了竞争现象。在肌垫感觉神经纤维的神经支配分析中，在缺乏BDNF或TrkB的突变体中观察到TrkA依赖性交感神经纤维的增强神经支配(赖斯等人1998年). 在缺乏BDNF、NT-4或TrkB的小鼠中，可以看到TrkA依赖性感觉末梢的过度神经支配。当在这些突变体中检测检测机械感觉的不同类别末端的神经支配时，每个配体和Trk受体都显示支持至少一种类型的机械感受器的神经支配(Fundin等人1997年). 某些末端的神经支配依赖于一个以上的神经营养素或Trk受体。例如，NT-3对所有类型的末端的形成都很重要，但随着发育的进行，它可能通过不同的Trk受体发出信号。此外，结果表明，通过TrkB的BDNF信号可能抑制Merkel神经支配，而通过TrkC的NT-3信号抑制Ruffini神经支配。这些观察结果没有一个令人信服的解释。一些发芽可能是由于失去了对神经营养素的竞争。例如，缺少依赖TrkC的末端可能会导致从该区域传输的NT-3更少。该区域内残留的NT-3水平升高可能介导末端发芽，否则仅由NGF支持。然而，并非所有观察结果都与该模型兼容。相反，结果表明，神经营养素介导的信号转导对其他与感觉纤维靶向和分化相关的因素的反应进行了积极和消极的调节。
感觉神经元功能
神经营养素对感觉神经元的功能特性有多种有趣的影响，超出了对其生存的调节。本质上，感官信息的所有形式都以不同的方式被这些因素水平的变化所调制。
在啮齿类动物出生后的早期发育过程中，NT-3和BDNF都被证明可以调节Ia传入和运动神经元之间形成的突触的发育(Seebach等人1999年). 慢性NT-3导致单突触兴奋性突触后电位（EPSP）增大，多突触成分减少，而BDNF实际上减少了单突触EPSP的大小，增加了多突触信号的作用。输注TrkB-Ig还导致出现较大的单突触EPSP，这表明内源性BDNF是这些突触发育的重要调节剂。用TrkC-Ig输注几乎没有效果。这些数据表明，脊髓内内源性BDNF的水平控制着Ia传入神经元和运动神经元之间单突触和多突触信号的相对效率。内源性NT-3的作用不太确定。
在出生后的第一周内，但不是随后，直接应用NT-3已被证明能显著增强α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）/红藻氨酸受体介导的运动神经元Ia传入形成突触的单突触EPSP(Arvanov等人2000). 增强作用持续时间长，并由Trk受体激酶活性抑制剂阻止。增强的起始而非维持需要N-甲基-d日-天冬氨酸（NMDA）受体与突触后钙2+对NMDA受体功能和Ca的依赖性2+与海马体产生长期电位（LTP）的要求相似（参见Malenka&Nicoll 1999年). 有趣的是，刺激不同神经通路所诱发的具有类似性质的EPSP并没有被NT-3增强，因此NT-3的作用是突触特异性的。NT-3仅在第一周内有效增强Ia传入运动神经元突触的强度，很可能是因为NMDA受体在以后的时间下调。
然而，切断外周神经对单突触Ia EPSP的影响表明，来自外周源的NT-3在调节成年动物突触功能的效率方面也很重要。外周横断导致传导速度和单突触EPSP振幅长期下降(Mendell等人，1999年). 通过在切断的神经末梢附近输注NT-3可以防止这些下降，这表明NT-3转运的中断是横断后观察到的突触缺陷的原因。
尽管NGF的过度表达会导致上一节中描述的可能涉及基因表达的变化，但急性NGF对伤害感受器也有显著影响。NGF在皮肤贴片下表面的应用可使伤害性C和a急性致敏δ10分钟内加热的纤维（例如。舒和孟德尔1999a). 肥大细胞耗竭的动物的皮肤中没有出现致敏反应，因此，介导这种反应的主要途径被认为涉及NGF激活肥大细胞，从而导致这些细胞分泌血清素、组胺和其他介质，包括NGF（例如，参见Levi-Montalcin等人，1996年). 急性应用神经生长因子还可使感觉神经元对辣椒素的后续反应增敏(Shu&Mendell 1999年b). 由于在分离的感觉神经元培养物中可以看到敏化作用，NGF必须直接作用于感觉神经元。
已知感觉神经元中NGF上调的蛋白质之一是神经营养素BDNF(Michael等人1997年). 有证据表明，BDNF被转运到伤害性感觉神经元的外周和中枢末梢。在外周，BDNF和NT-4已被证明通过一条需要肥大细胞存在的途径对伤害性纤维进行急性致敏(Shu等人，1999年,Rueff&Mendell 1996年). 感觉神经元衍生的BDNF也表现为中枢作用(Mannion等人1999年,Woolf&Costigan 1999年). 用TrkB-IgG灌注脊髓已被证明可以防止炎症组织的低强度触觉刺激引起的进行性超敏反应。
大脑皮层回路与功能
在发育过程中，一些神经营养素在新皮质和海马体中表达，并且在成年动物中继续表达，这表明它们的功能超出了最初的发育阶段。例如，NGF在发育期和成年期的新皮质中广泛表达（例如。Large等人1986年). 胆碱能基底前脑的投射延伸至整个新皮质和海马体（例如。Mesulam等人1983年). 这些突起的纤维表达TrkA（例如。Sobreviela等人1994年)以及与胆碱能功能相关的蛋白质在这些神经元中的表达，如胆碱氧乙酰转移酶，通过注入NGF（例如。Hefti等人1989). 输注NGF已被证明可以减轻与胆碱能萎缩相关的行为缺陷（例如。Fischer等人1987年). 成年动物这些神经元的正常功能对NGF水平的微小扰动很敏感。例如，动物在NGF公司基因表达大约一半正常水平的NGF mRNA和蛋白，在记忆获取和保持方面有明显缺陷，这可以通过延长NGF的输注来纠正(Chen等人1997年). 缺乏TrkA的小鼠也被证明有基底前脑胆碱能投射缺陷(Smeyne等人1994年).
BDNF和TrkB在发育期和成年期海马体和新皮质中广泛表达（例如。Cellerino等人，1996年). BDNF mRNA存在于兴奋性锥体神经元中，但不存在于GABA能抑制性中间神经元中。尽管TrkB在抑制性中间神经元中的表达较高，但两类神经元都表达TrkB。此外，BDNF的表达受到感觉输入和电活动的调节。例如，海马体癫痫的诱导强烈诱导BDNF的表达（例如。Kornblum等人1997年). 在视觉和体感皮层中，表达已被证明受感觉输入的调节，剥夺减少了这种神经营养素的表达（例如。Castren等人1992年,Rocamora等人，1996年,Singh等人1997年). 几个启动子控制BDNF mRNA的表达，其中一个受钙调节2+通过钙作用2+-钙调素依赖性蛋白激酶IV磷酸化并激活转录因子CREB(Tao等人，1998年,Shieh等人，1998年). BDNF在海马神经元（例如。Farhadi等人2000)，所以神经元活性的增加应同时激活BDNF公司基因并增加BDNF蛋白的分泌。
TrkB的表达也被证明通过活性适度增加（例如。Castren等人1992年). 同样重要的是，TrkB的表面表达也受活性调节(Meyer-Franke等人1998年). 在缺乏活性的情况下，这种蛋白质似乎大部分被隔离在细胞质小泡中。这一结果表明，神经元对BDNF的反应因活动而增强。在亚细胞水平上，TrkB分布的调节可能提供了一种机制，通过这种机制，活性和非活性突触对BDNF的反应不同，从而调节肌动蛋白动力学、谷氨酸受体活性和其他对调节突触功能很重要的功能。然而，在没有直接证明体内活动调节的TrkB贩运的情况下，这应该被视为一种有趣的可能性。
在新皮质中，通过TrkB的BDNF信号与皮质电路的发育和维持有关。BDNF在兴奋性神经元中的表达是由活性促进的，而BDNF释放的增加有望增强抑制性中间神经元的有效性。这增加了BDNF-TrkB信号调节兴奋性锥体细胞和抑制性中间神经元之间的自动调节电路的可能性。在出生后大鼠皮层神经元的混合培养中，活动阻断已被证明可可逆地减少中间神经元中GABA的表达，并减少GABA介导的对锥体细胞的抑制(卢瑟福等人1997). 在这些培养物中，通过调节AMPA受体介导的突触输入的振幅来稳定放电速度(卢瑟福等人1998年). 这些效应似乎受到内源性BDNF的调节，因为外源性BDNF可以阻止活性阻断的效应，而活性阻断的作用是由BDNF清除剂模拟的(Desai等人，1999年). 想象一下，这种自动调节电路在体内发挥作用是很有吸引力的。
眼优势柱的形成
外源性BDNF增加丘脑传入神经对第四层的神经支配密度，而内源性BDNF-清除剂TrkB-IgG则降低其密度(Cabelli等人1997年). 这两种因子似乎都干扰了这些传入神经在眼优势柱中的分类，从而增加了这种分类机制中以某种方式参与这些传入神经限制BDNF数量的竞争的可能性。此外，在关键时期将NT-4注入视觉皮层已被证明可以预防单眼剥夺的许多后果(Gillespie等人2000). 在NT-4存在的情况下，神经元对剥夺眼球的刺激保持反应。即使对失明的眼睛失去了反应，输注NT-4也能恢复。这些观察结果表明，TrkB在关键时期的激活促进了独立于相关活动的连接性。
抑制性中间神经元的功能对于形成眼优势柱（例如。Hensch等人1998年)BDNF在体内外调节这些神经元的成熟。在初步分析中BDNF公司突变体，检测到中间神经元成熟的几个缺陷，包括钙的表达2+-结合蛋白和肽类神经递质(Jones等人，1994年). 最近，BDNF通过钙在兴奋性锥体神经元中过度表达2+-钙调素依赖性蛋白激酶II启动子(Huang等人1999c). 在这些动物中，通过谷氨酸脱羧酶的表达和突触定位、细小白蛋白的表达以及抑制性突触后电位的强度来评估，中间神经元的成熟是加速的。此外，眼优势可塑性的关键期提前开始和终止，视力随着时间的推移而增加(Huang等人1999c,Hanover等人1999年). 由于视觉刺激也增加了锥体神经元内BDNF的表达，结果表明早期感觉刺激通过BDNF-TrkB信号促进中间神经元的成熟。中间神经元反过来促进皮层成熟所需的突触连接的精细化。结果表明，皮质回路的精细化是由皮质内机制驱动的，而皮质内机制又驱动丘脑传入神经的分类。最近的工作支持这种模式（例如。Trachtenberg等人2000).
神经营养素可能通过控制树突和轴突树突控制皮层回路的发育和变化的另一种机制。神经营养素在视觉通路的许多层面上影响神经元形态。例如，局部应用BDNF或BDNF清除剂已被证明分别降低和增加了爪蟾视网膜神经节细胞树突树突的复杂性(Lom&Cohen-Cory 1999年). 在视顶盖局部应用这些相同的药物对轴突分支模式有不同的影响，BDNF增加了视网膜神经节细胞衍生轴突树的复杂性，而BDNF清除剂具有相反的作用。NT-4已被证明可以防止单眼视觉剥夺后外侧膝状体神经元的萎缩(Riddle等人1995年). 将BDNF、NT-3或NT-4应用于新生儿新皮质切片已被证明在相对较短的时间跨度内调节锥体细胞的树突状形态（例如。Horch等人，1999年; 已在中审阅McAllister等人1999年). 这些影响是不同的、细胞特定的和层特定的。例如，BDNF被观察到促进第IV层和第V层神经元的树突状结构，但BDNF实际上抑制了第VI层神经元的树枝状结构(McAllister等人1997年; 另请参阅Castellani和Boltz 1999年). 在第四层，NT-3被证明反对BDNF促进的树突状树枝化的刺激。在VI层，BDNF抑制NT-3诱导的树状化刺激。同一神经元的顶树突和基底树突对同一神经营养素的反应不同（例如。McAllister等人1995年). 许多观察到的影响都是通过阻止电活动（例如。McAllister等人1996). 特定删除TrkB公司锥体神经元中的基因也会导致这些细胞在出生后的发育过程中发生显著变化，6周时可以观察到树突的明显收缩，10周时可以看到许多神经元的丢失(Xu等人2000b). 虽然树突形态的改变和随后神经元的丢失是细胞自主的，但需要删除TrkB公司在受影响神经元的基因中，也可以看到非细胞自主的基因表达变化，即在继续表达TrkB的神经元中观察到这些变化。看起来，树枝状形貌改变导致的电路扰动可能是这些变化的原因。
总之，上述结果表明，神经营养因子在调节皮层回路的建立和功能方面很重要。在视觉系统中，它们调节视网膜神经节细胞轴突和树突树突、丘脑传入纤维、皮质锥体细胞和皮质中间神经元的发育，对皮质功能产生深远影响。虽然神经营养素影响体内轴突和树突形态的机制尚未被研究，但它们几乎肯定涉及小GTPase的Cdc-42/Rac/Rho家族的调节。这些蛋白质的组成活性突变体和显性阴性突变体的异常表达已被证明对树突分支模式和脊椎密度有显著影响（例如。Li等人2000,Nakayama等人2000).
突触强度和塑性
海马CA3锥体细胞传入纤维和突触后CA1锥体神经元之间LTP建立的机制备受关注，因为这些机制被认为为突触强度和可塑性的调节提供了一个范例（综述于Malenka和Nicoll 1999年). BDNF在海马内的CA3和CA1锥体神经元中表达，TrkB几乎在所有海马神经元中都表达，包括齿状颗粒细胞、CA3和CA 1锥体细胞以及抑制性中间神经元。有趣的是，LTP在BDNF公司纯合子和杂合子中的突变体（例如。Korte等人1995年,Patterson等人，1996年). 在这些突变体中未发现长链、蛋白质合成依赖的LTP(Korte等人1998年). 在缺乏NT-4的突变小鼠中，长期LTP和海马的记忆巩固也存在缺陷(Xie等人2000). 在TrkB突变杂合子和表达TrkB水平降低的小鼠突变中，CA1 LTP也降低(Minichiello等人，1999年,Xu等人2000a). 通过p75NTR进行信号传递似乎并不重要，因为该受体在海马体中很少表达，而且p75NTRs的功能性抗体不会影响LTP(Xu等人2000a). 在许多学习模式中，海马和前脑兴奋性锥体神经元TrkB的缺失会干扰记忆的获取和巩固(Minichiello等人，1999年).
在这些突变体中，观察到的突触可塑性降低可能反映了功能性缺陷，而非发育性缺陷。首先，这些动物的海马形态正常。第二，在海马脑片急性应用BDNF/NT-4清除剂TrkB-IgG后，可以看到非常相似的LTP抑制作用（例如。Chen等人1999年). 最后，BDNF突变杂合子和纯合子中观察到的缺陷可以通过海马脑片暴露于BDNF来修复(Korte等人1995年,Patterson等人，1996年). LTP诱导后观察到的突触传递效率的提高在很大程度上是由NMDA受体依赖性增加的AMPA受体功能介导的（参见Malenka&Nicoll 1999年). 然而，大多数证据表明，BDNF-TrkB信号并不直接参与突触后细胞内LTP潜在的生化变化，而是调节突触前神经末梢的能力，以产生修改这些突触后神经元反应所需的重复性胞外事件。在一组实验中，LTP通过低频配对去极化协议在TrkB亚型正常生成，该协议专门评估突触后细胞的特性，并对突触前终末功能提出最低要求(Xu等人2000a). 此外，突触后神经元的AMPA和NMDA受体功能似乎正常。相比之下，突触前神经末梢对重复刺激脉冲的反应能力明显受损。与突触前缺陷一致，BDNF被证明可以增强突触小泡对强直刺激的反应，可能是通过促进突触小囊与突触前膜的对接（例如。Gottschalk等人1998年,Pozzo-Miller等人，1999年). 与突触前缺陷一致，LTP在TrkB公司通过消除剩余功能突变杂合子TrkB公司来自CA3和CA1区兴奋性锥体细胞的基因，从突触前和突触后神经元中消除TrkB(Minichiello等人，1999年). 然而，LTP并没有通过删除TrkB公司表达TrkB水平降低的小鼠突触后CA1锥体神经元内的基因(Xu等人2000a). 所有这些数据都表明，BDNF-TrkB信号在CA1突触前神经终末中至关重要，这些终末来自CA3的神经元。此外，BDNF被证明可以降低CA1锥体细胞上的抑制性突触后电流(Tanaka等人1997年,Frerking等人1998年)因此，部分LTP缺失可能反映了GABA能中间神经元在这些细胞内缺乏正常TrkB功能的情况下抑制信号的增加。BDNF已被证明通过增加其通道的开放概率影响培养海马神经元的NMDA功能(莱文等人1998年). 上述实验表明，在强直刺激期间，TrkB并没有改变这些通道的功能。
在许多发育成熟的突触中，神经营养素的应用会强烈刺激神经递质的释放。这在海马CA1突触和发育中的爪蟾神经肌肉突触（例如。Kang&Schuman 1996年,Wang&Poo 1997年). 在发育中的神经肌肉培养物中，神经营养素具有突触前和突触后效应，增加突触小泡的自发和诱发释放，改变乙酰胆碱受体（例如。Wang&Poo 1997年;Schinder等人2000). 低水平的神经营养素与突触末端去极化协同作用（例如。Boulanger&Poo 1999年b). 为了有效，细胞必须在神经营养素暴露期间去极化。cAMP激动剂还与BDNF协同增强自发和动作电位诱发的神经递质释放(Boulanger&Poo 1999年a). 去极化的协同效应似乎是由cAMP水平的增加引起的。令人惊讶的是，NT-3应用诱导的非常相似的突触前增强不受抑制cAMP介导信号传导的药物的影响。
在海马培养物中，BDNF也能增强突触前神经末梢的释放，但这种增强依赖于三磷酸肌醇门控钙2+突触前神经末梢的储存(Li等人1998年a,b条). 海马脑片中CA1突触传递的LTP已经被一些但不是所有的工作人员看到（例如。Kang&Schuman 1995年,Figurov等人，1996年). 这种差异似乎是由切片培养和BDNF应用条件的差异引起的。BDNF必须迅速应用于切片以观察增强(Kang等人，1996年). 在观察到的条件下，LTP还依赖于肌醇三磷酸门控钙2+但除此之外，它还需要局部蛋白质合成(Kang&Schuman 1996年,2000). 在使用出生后大鼠视觉皮层切片的研究中，只有非常高浓度的BDNF才能增强从第IV层细胞到第II/III层细胞的突触传递(Akaneya等人1997年). 在低浓度下，BDNF增强了LTP的幅度，但不增强基底突触传递。在海马体和出生后的视觉皮层中，BDNF在不增强突触传递的情况下增强LTP。增强突触传递所需的BDNF浓度的急性变化在体内可能很少发生。BDNF还可增强脑突触体的递质释放(Jovanovic等人2000). 在这种情况下，已经很好地证明突触蛋白I的MAP激酶磷酸化介导了这种反应。这种反应在从突触素I突变体，并被MAP激酶级联抑制剂阻止。MAP激酶对突触蛋白的磷酸化作用已被证明可以调节它们与肌动蛋白细胞骨架的相互作用(Jovanovic等人，1996年)，因此MAP激酶级联可以通过从细胞骨架中释放突触小泡来增强突触传递，促进它们进入胞吐能力池。在缺乏突触蛋白I的小鼠中，BDNF-TrkB信号是否调节LTP的生成将是一个有趣的研究。
