著名华人生物学家最新Nature子刊解析细胞因子

　　

生物通报道：来自美国国家卫生研究院儿童健康和人类发展研究所，中科院上海生科院的研究人员发现了细胞对BDNF的应答在很大程度上依赖于BDNF是如何传递的，传递的方式不同，细胞应答也不一样。这也许对于治疗性药物的设计具有重要的意义。这一研究成果公布在《Nature Neuroscience》杂志上。

领导这一研究的是美国国家卫生研究院儿童健康和人类发展研究所鲁白教授，其早年毕业于华东师范大学，是著名华裔神经生物学家，主要研究兴趣涵盖神经科学与神经，精神疾病、模式动物、发育生物学、遗传学与人类基因组研究等方面。他长期从事神经发育与突触可塑性的研究，有多项重要发现。

脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)是1982年德国神经生物学家从猪脑中分离出来的小分子蛋白质，因猪、人、小鼠和人类的BDNF具有完全相同的氨基酸编码序列，且与神经生长因子（nerve growth factor，NGF）序列具有惊人的相似性,故被归属为神经生长因子家族成员。BNDF是由120个氨基酸组成的一种碱性蛋白，是神经营养因子家族成员之一，是由神经元的靶细胞分泌，逆向营养神经元，BNDF对神经细胞的生长发育及保护修复有重要作用,其生物学效应主要由二种类型的跨膜糖蛋白介导，一种是高亲和力受体TrKB，另一种是低亲合力神经营养素受体（LNGFR），其中TrKB是信号转导所必需的。TrKB的细胞外配体结合区与BNDF结合后可发生自磷酸化，继而发生一系列底物磷酸化反应，实现从细胞膜到细胞核的信息传递而引起细胞应答效应, TrKB主要表达在脑中。

鲁白教授在1996年就发现神经营养因子(BDNF)对学习记忆的促进作用，与国际上几位学者一起，开创了神经营养因子调控突触和神经可塑性的新领域。之后发现了BDNF及其前体proBDNF在脑中的既互相对立又彼此联系的机制和功能，他称之为“神经营养因子作用中的阴阳现象”，并提出将阴阳学说引入神经科学是大势所趋。

在这篇文章中，研究人员发现了细胞对BDNF的应答在很大程度上依赖于BDNF是如何传递的，传递的方式不同，细胞应答也不一样。细胞外因子对细胞的作用也许存在两种不同的作用模式：其一是调控性分泌引起浓度突然增长，其二是连续分泌，或者远程来源的调控，引起浓度缓慢的增加。研究人员通过培养小鼠海马神经元，发现BDNF急性和缓慢的增加，能分别短暂性的和持续性的刺激TrkB受体及其下游信号途径，从而导致Homer1和Arc的不同表达。

短暂性的TrkB受体激活会促进神经延长，以及突棘头的增大，而持续性TrkB受体激活则会促进神经分支，以及树突棘的延长。这些研究结果说明TrkB活性动力学在细胞信号和功能方面的重要作用，这种作用也许对于治疗性药物的设计具有重要的意义。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Acute and gradual increases in BDNF concentration elicit distinct signaling and functions in neurons

Extracellular factors may act on cells in two distinct modes: an acute increase in concentration as a result of regulated secretion, or a gradual increase in concentration when secreted constitutively or from a distant source. We found that cellular responses to brain-derived neurotrophic factor (BDNF) differed markedly depending on how BDNF was delivered. In cultured rat hippocampal neurons, acute and gradual increases in BDNF elicited transient and sustained activation of TrkB receptor and its downstream signaling, respectively, leading to differential expression of Homer1 and Arc. Transient TrkB activation promoted neurite elongation and spine head enlargement, whereas sustained TrkB activation facilitated neurite branch and spine neck elongation. In hippocampal slices, fast and slow increases in BDNF enhanced basal synaptic transmission and LTP, respectively. Thus, the kinetics of TrkB activation is critical for cell signaling and functions. This temporal dimension in cellular signaling may also have implications for the therapeutic drug design.

作者简介：

鲁白，著名华裔神经生物学家。美国国立卫生研究院研究员。中国清华大学教授。

鲁白以研究神经营养因子著名。

1998年他和饶毅创办分子和细胞神经生物学戈登会议。

1999年，他和蒲慕明、吴建屏、梅林、饶毅创建中国科学院神经科学研究所。

鲁白，华东师范大学校友，美国国立健康研究院（NIH）儿童健康与人类发育研究所（NICHD）神经发育研究室主任，美国国立健康研究院（NIH）精神健康研究所（NIMH）基因、认知与精神项目(GCAP)副主任。曾协助创建中国科学院神经科学研究所；组织中国国家自然科学基金会海外评审团；首次在中国主持召开Gordon Conference；任中国科学院海外评审专家。

鲁白教授的研究兴趣涵盖神经科学与神经，精神疾病、模式动物、发育生物学、遗传学与人类基因组研究等方面。他长期从事神经发育与突触可塑性的研究，有多项重要发现。1996年发现神经营养因子(BDNF)对学习记忆的促进作用，与国际上几位学者一起，开创了神经营养因子调控突触和神经可塑性的新领域。2003年发现人BDNF基因上的一个单核甘酸变异(SNP)能影响BDNF在脑中的释放， 从而改变学习记忆功能。2004－2005年，鲁白教授发现了BDNF及其前体proBDNF在脑中的既互相对立又彼此联系的机制和功能，他称之为“神经营养因子作用中的阴阳现象”，并提出将阴阳学说引入神经科学是大势所趋。目前，他的实验室开始了新的研究：用电生理学、行为学及成像技术来确认与认知及精神分裂症相关的基因。

鲁白教授获得多项奖项：于1989年获得“殷志浩大陆杰出青年科学家奖”并参加首批大陆青年科学家代表团赴台湾访问，曾获NIH院长讲座奖，APAO奖，Mathilde Solowey奖，NIH最佳导师奖，及吴瑞奖，等等。