胶质细胞衍生神经营养因子（GDNF）是转化生长因子-β（TGF-β）超家族的同型糖蛋白二聚体，可能属于一个新的亚族。人和鼠GDNF分子有93%～95%的同源性，人GDNF基因定位于5号染色体短臂上。在人和鼠的许多中枢和外周组织都有GDNF mRNA的表达，而且均有2个拷贝，现在认为是选择性剪接的结果。GDNF的广泛表达提示它可能具有广泛的生物学作用。

一、GDNF的生物学作用

1. 对中脑多巴胺能神经元（DN）的作用：中脑DN是首先被发现的对GDNF有反应的神经元亚群。中脑DN多分布在中脑腹侧的黑质和纹状体内, 构成黑质-纹状体系统。在将中脑腹侧移植入眼的研究中，如果移植前用GDNF处理未成熟的中脑腹侧移植物，则酪氨酸羟化酶阳性 (TH+) 细胞存活和纤维生长增加，多巴胺（DA）水平升高, 而移植前用GDNF处理已成熟的移植物, TH反应性无明显变化, 但能增加神经纤维密度, 证明DN对GDNF有反应^［1］。正常情况下，黑质内注射GDNF，免疫组化显示TH+轴突向注射位点“芽生”(sprout), DA水平升高。说明GDNF能增加中脑的多巴胺通路^［2］。GDNF启动纹状体中TH免疫反应性的作用更多地依赖搭档分子，可能主要是起调节作用^［3］。

GDNF还对损伤后的中脑DN有明显作用。注射6-羟基多巴会造成DN大量死亡, TH+细胞少于9%，DA消耗大于95%。损伤1周后注射10 mg GDNF就有保护作用，剂量达140 mg时完全阻止黑质细胞损伤和萎缩^［4］，说明GDNF具有维持DN表型的作用。

1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）在体内的代谢产物MPP⁺能选择性损伤中脑DN, 在灵长类可诱导出典型的帕金森病（PD）的症状。在给MPTP前在黑质或纹状体注射GDNF能有效保护DA系统，而MPTP损伤后再注射GDNF，表现为DA水平回升，TH+纤维密度增加^［5］。另外，GDNF可以完全阻止DN轴突横切后的损伤^［6］。

GDNF对于培养的DN同样具有营养作用，1 ng GDNF即表现出营养活性。当培养的神经元被MPTP处理后, GDNF不能阻止其损伤，但是去除MPTP后, GDNF能阻止其死亡，刺激恢复^［7］。

可见，GDNF对于DN具有确定的有效营养作用, 对于损伤后的DN具有拯救和刺激恢复的作用。

2. 对小脑浦肯野细胞的作用：GDNF mRNA在鼠小脑中出现，提示小脑中细胞对GDNF有反应。向小脑中注射GDNF，浦肯野细胞数目增加, 1 ng时即有最大效果。另外, GDNF还能促进浦肯野细胞成熟和纤维发育, 增加其在总体细胞中的比例。GDNF是目前发现的对浦肯野细胞最有效的营养因子, 结合其对中脑DN和外周运动神经元（MN）的作用，GDNF被认为可能具有参与多位点控制运动功能回路的作用^［8］。

3. 对MN的作用：MN是第二个被发现对GDNF有反应的神经元亚群。胚胎MN的存活依赖神经营养因子（NTFs），而神经营养素家族受体基因的失活只能导致部分MN损失，提示有其他因子参与。外源性GDNF能支持新生鼠面神经元横切后的存活（2 ng有效），并能完全阻止新生小鼠脊髓MN横切造成MN的死亡和幸存MN的萎缩。尽管脑源性神经营养因子（BDNF）、神经营养素4/5相同程度地促进存活, 但却不能阻止损伤引起的面MN萎缩^［9］。用鸡胚观察到同样的结果^［10］，GDNF是已发现的唯一能阻止损伤诱导的MN萎缩的因子^［11］。

MN成熟后仍然需要NTFs维持其功能。成熟鼠的MN在横切损伤后仍能存活, 但其乙酰胆碱转移酶 (AChT ) 活性有明显下降，在横切位点使用GDNF能阻止面神经核AChT活性下降^［11］，说明GDNF能够维持正常MN的功能。

GDNF对于培养的MN有明显的促进存活的作用，1 μg/L即可有效促进存活，10 μg/L时作用饱和, 这一浓度可维持63%的MN存活2天以上^［10］。

这些实验证明, GDNF对于MN具有确定有效的营养作用, 对培养的MN有维持存活、促进生长的作用, 而对损伤的MN具有的阻止其死亡和萎缩的作用, 在已发现的NTFs中是仅有的。

4. 对于感觉神经元和自律神经元的作用：GDNF对于鸡胚感觉神经元也具有营养作用，且具有年龄特异性。同时GDNF mRNA在这些组织中表达水平的变化反映了这些组织中神经元对GDNF反应性的变化，证明GDNF对外周神经元的作用可能具有阶段性的特点^［12］。

在鸡胚外周神经元原代培养中, GDNF具有促进纤维长出和刺激存活的作用, 同时对交感神经节和睫状神经节有作用, 最小有效浓度为50 μg/L，而且发现其作用与神经生长因子（NGF）、睫状神经营养因子（CNTF）不尽相同。这一结果说明GDNF可以作用于自律神经元和感觉神经元亚群, 可能参与控制外周神经系统的发育并维持其功能^［13］。

5. GDNF可能具有的非神经系统作用：GDNF mRNA在睾丸、卵巢等并不直接受神经支配的生殖器官中出现，提示GDNF可能具有非神经系统作用^［14］，但关于GDNF的非神经系统作用目前还没有成为研究的热点。

二、GDNF的作用方式

GDNF属于NTFs家族，因此其主要的作用方式是靶源性的。靶源性是指对神经元具有营养作用的营养因子不是由神经细胞自身合成分泌, 而是由受它支配的组织细胞分泌后, 沿神经末梢逆行转运至神经元胞体而发挥营养作用。GDNF逆行转运的证据是令人信服的，黑质-纹状体通路中的DN和新生鼠脊髓MN转运GDNF的能力均已被证实^{［11，14］}。有生物活性的标记GDNF的逆行转运可被过量的未标记的GDNF抑制, 却不受过量细胞色素C抑制及TGF-β1影响, 证明了其特异性,同时证明了转运是受体介导的、可饱和的，结合GDNF在肌肉中表达，可以肯定其靶源性作用方式。GDNF mRNA在许多神经细胞中表达，提示GDNF可能有其他非靶源性作用方式，由于神经系统内部细胞之间以及与胶质细胞之间有联系，可能具有旁分泌和自分泌的作用方式。

三、临床应用前景

1. 用于PD治疗的研究：PD目前尚无有效的治疗手段，因此很多人尝试使用NTFs来治疗PD。美国食品和药物管理委员会（FDA）已批准用于PD治疗研究的NTFs就有GDNF，而且已进入一期临床。现在面临的一个难题是给药途径，尽管已经证实纹状体内给的GDNF可以由神经元转运至黑质，但是如何把GDNF安全地送到患者纹状体中许多学者做了有益的尝试。Lindner等^［15］建立了PD的大鼠模型，用半透性超滤膜“微胶囊”分别包裹用基因工程培养出的能生产GDNF的中国仓鼠肾细胞（BHK-GDNF），和大鼠嗜铬瘤细胞系细胞（PC12细胞），将这些“微胶囊”移植入PD鼠模型的纹状体中, 90天后可见有TH+的神经纤维长入BHK-GDNF胶囊的膜里, 而且发现纹状体内DA释放量增加。令人遗憾的是BHK-GDNF胶囊不能减缓PD症状，但这表明细胞胶囊能在中枢神经系统内安全地、位点特异地传递多巴胺能兴奋剂和生长因子，而且不用抑制免疫系统, 也不必用胚胎组织。

另外，有人将GDNF与纤维蛋白交联，与胎鼠中脑腹侧部分混合后植入切断交感神经的成年大鼠眼前房，5周后，TH+神经元数目和纤维密度明显增加, 同时Laminin和胶质纤维酸性蛋白免疫反应性没有明显变化。这表明, 纤维蛋白交联也是一种独特而安全地将GDNF等营养因子缓释入中枢的手段^［16］。

2. 用于肌萎缩性脊髓侧索硬化（ALS）治疗的研究：由于GDNF对MN的作用，它也被尝试用于治疗ALS以及脊髓性肌肉硬化（SMA）等运动神经元退行性疾病。Sagot等^［17］培育了进行性MN疾病突变小鼠（pmn），同样用GDNF分泌细胞的“胶囊”处理pmn鼠，发现GDNF虽不能延长pmn小鼠生命，但却明显阻止面MN损失达50%, 这一数值与CNTF相近。遗憾的是GDNF对于MN的退化没有明显作用。因此，尽管GDNF拯救MN死亡和萎缩, 其治疗作用可能仅限于与其他因子的协同作用。

可以看出，GDNF的临床应用研究仍然存在不少问题, 主要是还没有找到稳定的给药方法。在GDNF及其他NTFs用于临床时，都应注意以下几个问题：一是这些因子都有非特异性，可以作用于许多神经元乃至非神经细胞，导致其作用范围不易控制；二是NTFs应该与其他分子协同应用，例如细胞粘附因子，细胞延伸因子等；三是外源性的因子通常具有副作用，如易引起免疫反应等，应设法减少乃至避免。

参考文献

1Johansson M, Friedemann M, Hoffer B, et al. Effects of glial cell line-derived neurotrophic factor on developing and mature ventral mesencephalic grafts in oculo. Exp Neurol, 1995,134:25-34.

2Hudson J, Granholm AC, Gerhardt GA, et al. Glial cell line-derived neurotrophic factor augments midbrain dopaminergic circuits in vivo. Brain Res Bull, 1995,36:425-432.

3Du X, Stull ND, Iacovitti L. Brain-derived neurotrophic factor works coordinately with partner molecules to initiate tyrosine hydroxylase expression in striatal neurons. Brain Res, 1995, 680:229 -233.

4Kearns CM, Gash DM. GDNF protects nigral dopamine neurons against 6-hydroxydopamine in vivo. Brain Res, 1995,672:104-111.

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