人神经营养因子4(NT-4)ELISA试剂盒的发现史
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人类发现的*个神经营养因子——神经生长因子( Nerve Growth Factor, NGF )首先是由意大利神经科学家 Rita Levi-Montalcini 和美国生物化学家 Stanley Cohen 于 1956 年分离成功; Cohen 还意外发现了另一种能促进表皮细胞生长、增殖和分化的生长因子,因而将该因子命名为表皮生长因子( Epidermal Growth Factor, EGF )。为此, Levi-Montalcini 和 Cohen 于 1986 年共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
神经生长因子的发现过程可追溯到 20 世纪 20~30 年代。美国神经科学家 Samuel Randall Detwiler 和美国胚胎学家 Viktor Hamburger 那时就已发现神经元所支配的靶细胞在神经元存活中具有重要作用。他们观察到,两栖动物胚胎背根神经节中的感觉神经元数量可因移植外加的肢芽( limb bud, 指胚体外侧壁在将来发生四肢的区域向外膨出而形成的隆起)到靶细胞中而增加。相反,神经元数量可因去除正常的靶细胞而明显减少。他们认为,由靶细胞引起的神经元数量改变是靶细胞影响成神经细胞增生与分化的反映。但在 40 年代,这种解释受到意大利年轻的神经科学工作者 Rita Levi-Montalcini 的质疑,因为在她的实验中,她惊奇地发现在胚胎的发育过程中神经元死亡是*正常的事。 1947 年秋, Levi-Montalcini 接受 Viktor Hamburger 教授的邀请前往美国参加他的工作,并重复她自己许多年前在鸡胚上所做的实验,这是 Levi-Montalcini 一生中的重要转折点,后来她在自传中如是写道。 在关键的实验中,她和 Viktor Hamburger 证实了与保留完整的肢芽的鸡胚相比,去除鸡胚的肢芽将导致更多的感觉神经元死亡。
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在中枢神经系统的发育过程中,神经细胞也发生正常死亡。 Hamburger 后来证实在胚胎发育过程中在鸡脊髓外侧运动柱中生成的运动神经元约有一半是注定要死亡(凋亡)的。而且,在类似于对感觉神经节的那些实验中, Hamburger 发现运动神经元的死亡数量可因去除靶细胞而增加或因外加肢芽而减少。所以肌肉靶的大小对脊髓运动神经元的存活是极为重要的。现在知道,神经元过度生成过程后的死亡几乎发生在中枢和周围神经系统的任何部位。
Hamburger 和 Levi-Montalcini 的上述发现促使他们提出了神经营养因子( neurotrophic factor )的假设,这个假设认为发育中的神经元所支配的靶细胞可产生和分泌一种数量有限的但又是必需的营养性物质或营养因子,而这种营养性物质或营养因子可在神经末梢被摄取,那些不能获得适量神经营养因子的神经元将会死亡(凋亡)。根据这一假设,zui终 Levi-Montalcini 和她在 Hamburger 实验室的同事生物化学家 Stanley Cohen 一起成功分离了神经生长因子( nerve growth factor, NGF )。在这个过程中,有两个重要的事件值得一提。
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*个事件
是在 Hamburger 和 Levi-Montalcini 证实靶组织具有调节神经元的存活数量后不久, Hamburger 以前的一个学生 Elmer Bueker 通过实验证明了不同的肿瘤组织移植至小鼠能替代外周的靶细胞支持感觉神经元的存活。 Bueker 发现小鼠肉瘤组织可使感觉神经纤维广泛长入肿瘤组织,他还观察到脊髓中植入肿瘤的一侧背根神经节明显大于另一侧相对应的神经节。这些成果被 Levi-Montalcini 和 Hamburger 进一步拓展,他们注意到在肉瘤植入近旁的交感神经节明显增大,并进一步证实肉瘤细胞的作用是由一种可扩散的因子所引起的。 Levi-Montalcini 研制了可定量分析肿瘤组织对离体的感觉神经节和交感神经节存活和轴突生长的方法。 1956 年,她和生物化学家 Stanley Cohen 一起提纯了这个可扩散的分子,并将这个分子命名为神经生长因子。
第二个事件
是在一个关键的生物化学实验中, Cohen 和 Levi-Montalcini 为了排除 DNA 或 RNA 对神经产生营养作用的可能性。他们碰巧使用了一种粗制的蛇毒标本作为具有活性的磷酸二酯酶来降解存在于不*纯化的 NGF 标本中的各种核酸,结果他们发现蛇毒本身具有比 NGF 更为显著的促轴突快速生长效应。然后, Cohen 研究了雄性小鼠的颌下腺,这是在哺乳动物相当于蛇毒腺的部分,结果令人兴奋地发现它富含 NGF ,这一结果启示了可供 NGF 纯化和蛋白测序的丰富来源。随后的工作证明了 NGF 是由 2 个 a 、 2 个 b 和 2 个 g 亚单位组成的蛋白质,其分子量约为 130000 。 a 亚单位具有胰蛋白酶样活性, b 亚单位的结构与胰岛素相似,而 g 亚单位则为丝氨酸蛋白酶。 b 亚单位是 NGF 促进神经生长的主要活性部分 ,是一种含 118 个氨基酸残基的序列 。
Rita Levi-Montalcini 于 1909 年 4 月 22 日 出生于意大利都灵市的一个 犹太人家庭。她的父亲是个电机工程师和有天赋的数学家,母亲是个有才华的画家。 1936 年, Levi Montalcini 毕业于都灵医学院,但由于当时墨索里尼法西斯*政权对犹太人的歧视政策,她的学术研究生涯不幸被暂时中断。她先在都灵自己家里坚持科学研究工作,她把她的实验室建在自己的卧室里。 1941 年因都灵遭受英美*的空袭迫使她放弃都灵,搬迁到乡村农舍继续她的实验。 1943 年秋,德国*入侵意大利,迫使她 和家人一起 逃往佛罗伦斯, 在那里他们隐蔽地居住到战争结束。 1945 年 5 月。 她和家人才回到都灵,并恢复了她在大学的科学研究工作。 1947 年秋接受 Hamburger 教授的邀请到美国圣路易斯继续她的研究,并在那里取得了举世瞩目的成就。她原本打算在圣路易斯逗留 10~12 个月,但由于出色的研究成果使她大大延迟了回意大利的时间。 1956 年,她被任为副教授, 1958 年起任正教授,直到 1977 年退休。 1962 年,她在罗马建立了一个研究所,此后就在圣路易斯和罗马两个城市之间奔波。 1969~1978 年间,她还担任意大利国家研究委员会细胞生物学研究所的主管, 1979 年退休后,她仍被聘为该研究所的客座教授。
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