蛇毒中神经生长因子

蛇毒中其他活性物质相比,神经生长因子是最令人费解又感兴趣的一类物质。从蛇毒中发现NGF是非常偶然的,有人观察NGF对神经生长的刺激作用,方法是把能产生NGF的鼠肉瘤细胞180移入发育3天的鸡胚体内,当时没有搞清NGF的本质,设想可能是蛋白质或核蛋白。

蛇毒中其他活性物质相比,神经生长因子(NGF)是最令人费解又感兴趣的一类物质。现在已经知道NGF是调节交感神经元生长、分化的物质,有时对感觉神经组织的生长和分化也有一定的作用。从蛇毒中发现NGF是非常偶然的,有人观察NGF对神经生长的刺激作用,方法是把能产生NGF的鼠肉瘤细胞180移入发育3天的鸡胚体内,当时没有搞清NGF的本质,设想可能是蛋白质或核蛋白。为了证实是否为核蛋白,实验中把具有核酸外切酶活性的蛇毒粗组分加入到鸡胚内,目的是除去核酸,以便确定NGF是否为核蛋白,结果意外地发现所加的蛇毒组分本身含有NGF。

NGF分布很广,各种哺乳动物组织都有这种物质,其中雄鼠额下腺中NGF的含量最高。现在知道眼镜蛇毒和蝰蛇毒中NGF的含量比响尾蛇毒中的含量髙,海蛇毒中没有NGF活性。NGF在蛇毒中的含量很难精确测定,约在0.5%以下,但比一般组织高得多。其他动物毒如蜂毒、蝎毒、蜘蛛毒和蟾毒都没有NGF这种物质。

NGF—般不具有酶的活性,仅少数几种具有蛋白酶和RN酶活性,但这些活性似乎与NGF的功能无关。有的试剂或条件可以使酶的活性消失,但NGF的生物学活性仍存在。纯的NGF没有毒性。

(―)响尾蛇毒NGF

所有响尾蛇毒似乎都含有NGF,其中对东部菱斑响尾蛇和食鱼蝮蛇毒NGFa研究得较多。最初对NGF的分离纯化以蛇毒为材料。纯化过程包括硫酸铵沉淀和DEAE-Cellul0Se、DEAE-Cellulose层析。分离过程中特别要先把粗毒溶于7.5mol/L尿素的lmmol/LNaOH中,并在(TC下放置90min,然后用(NH4)2S04沉淀。如果没有这种处理,在以后的层析过程中,NGF会大量失活。前述处理过程能引起NGF的氨甲酰化,修饰作用是由尿素中的氰酸盐杂质引起的,这种修饰作用使NGF生物活性在以后的分离过程中不易丧生。经上述纯化后的NGF基本上为纯品,超离心分析S2。为2.28,由此推测出的分子量为20000。该组分的E=10.3,在280nm和260nm处的紫外吸收光比值(280nm/260nm)为1.3。分析还表明,该NGF含有1.6%己糖。纯化的NGF的生物活性是鼠肉瘤180细胞NGF生物活性的1000倍。该因子对热不稳定,在0.lmol/LNaOH261:条件下处理lh生物活性不变,但原来具有的RN酶和蛋白酶活性完全消失。它不易透过半透膜,用RN酶和DN酶处理也不会失活,但用胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶处理会使生物活性降低或丧失。Banks等(1968)用另一种方法纯化出的蛇毒NGF的性质与Cohen等(1959)纯化的NGF不太一样。Angeletti等对毒NGF进行了纯化,并研究了它的物理化学性质。对蛇毒NGF纯化过程比较复杂,似乎有几种NGF存在,读者可参见原文。Angeletti等同时还对美洲矛头蝮蛇毒NGF进行了分离和研究,其分离方法与分离蛇毒NGF相似。纯化后的NGF用凝胶过滤法测定分子量时发现所得组分不是单一的,但主要成分的分子量为30000。除上述3种响尾蛇毒外,下列响尾蛇的蛇毒中的NGF也得到了纯化或部分纯分:西部菱斑响尾蛇(C.aZmr)、铜头複、红口竣和矛头竣。前3种蛇毒仅用SephadexG-100对其进行层析,虽然层析图谱各不相同,但其NGF活性都在20000〜40000分子量的范围内出现,这说明响尾蛇毒中NGF的分子量大小有相似性蛇毒NGF可经DEAE-Cellulose、SephadexG-100和QAEA-25层析得到纯化,用凝胶电泳和氨基末端测定仍不是纯品,含有Ser和Gly两种氨基末端,其中活性组分的分子量为34000,等电点为10.5。有趣的是如用神经氨酸酶处理分离出的NGF后,原来所有蛋白电泳带电泳速度均改变30%左右,这种变化可能与分子中唾液酸被去除有关,所以说A蛇毒NGF是一种糖蛋白。用QAEA-25、SPC-25和SephadexG-100对蛇毒中的NGF进彳了分离纯化后,再用凝胶电泳检测此分离出的NGF发现仍不纯,其中2种主要成分的等电点分别为8.0和9.0。与蛇毒NGF相似,它们约含12%的糖,其中包括N-乙酰葡萄糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖。用凝胶过滤法测其分子量为35000,而用SDS-PAGE测定其分子量为19000,这说明NGF可能以二聚体的形式存在。

(二)蝰蛇毒NGF

蝰蛇毒中也含有NGF,其中对圆斑蝰蛇毒NGF研究得较多。从该蛇毒中纯化的NGF在pH3.8和pH5.2条件下用圆盘电泳法测定为一条蛋白带,等电点为10.5,用超离心和凝胶过滤法测定其分子量分别为37000和34000,分子形状为长形,轴比为1:7,分子没有聚合现象。这种NGF较大的特点是含有20%的碳水化合物,其中包括4个果糖、8个甘露糖、9个半乳糖、14个N-乙酰葡萄糖胺和2个N-乙酰神经氨酸。分子中含有大量的谷氨酰胺和天门冬氨酰胺,属碱性蛋白。Banks等(1968)在对蛇毒NGF研究时发现,该毒NGF有3种,等电点在9.5〜11.0之间,沉降系数分别为2.92、2.83和2.88,分子量分别为42000、38000和39000,它们的N-端都含有组氨酸残基。从蛇毒中分离出的NGF相当稳定,0.lmol/LHC1或0.lmol/LNaOH不会引起失活,也不被胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、DN酶和RN酶水解,对EDTA透析也不影响其生物活性,但胃蛋白酶或9CTC加热,15min可以使其生物活性全部丧失。Bailey等(1975)从沙蝰蛇毒中分离的NGF用凝胶过滤法测定分子量为34000,等电点为8.5。尽管用凝胶过滤法测定为纯品,但氨基末端测定含有多种氨基酸,其中含量最多的是异亮氨酸。这种NGF的含糖量高达32%,其中包括3.2%甘露糖、2.8%半乳糖、13.8%N-乙酰葡萄糖胺和7.5%的唾液酸。May等(1959)和Mohamed等(1971)分别对毒蝰、锯鱗蝰和彩锯鳞蝰蛇毒NGF进行了研究,结果表明,后两种蛇毒中NGF的含量较高,而蛇毒NGF的含量较少。

(三)眼镜蛇毒NGF

在眼镜蛇毒中,印度产的眼镜蛇蛇毒含NGF较多,而且分离也比较容易,所以在研究蛇毒NGF的性质时多以此毒中的NGF为材料。蛇毒NGF容易分离的原因在于它对pH的变化不敏感,对许多变性剂也有抗性。分离蛇毒NGF—般通过两步就达到目的,第一步使用SephadexC-25凝胶过滤,第二步用CM-Cellulose进行离子交换层析。纯化后的NGF用沉降平衡法测定其分子量为28000,用SDS-PAGE法测定分子量为13000,这说明该分子是由2个相同或相似的亚基组成,其他实验也证明是由2个相同的亚基组成。毒NGF的等电点为6.7,这可能因为分子中含有酸性糖的缘故,它的分子大小、氨基酸组成以及在体内外的生物学活性都与鼠颌下腺的NGF相似。

从其他眼镜蛇如黑颈眼镜蛇.黑唇眼镜蛇绿曼巴蛇毒中也纯化出了NGF。其分离、纯化过程相似,都是先用SephadexG-50凝胶过滤,然后用SP-SephadexC-25离子交换层析。对于从毒NGF的纯化还要经过第三步——SephadexG-100凝胶层析。这3种来源的NGF都不十分纯净。从蛇毒中纯化的NGF分子量分别为22000、22000和34000,等电点分别为9.0、8.0和10.0,它们的含糖量均小于2%,甩神经氨酸酶处理不影响其电泳特性。

雷少波等(1981)采用SephadexG50、CM-Cellulose32及Sepharose6B柱层析,自中华眼镜蛇毒中分离出神经生长因子(NGF)。经3种不同类型的聚丙烯酰胺凝胶电泳及免疫鉴定证明纯化的NGF为单一组分。此NGF经9天鸡胚背根神经节体外培养证明具有促进神经节神经纤维生长的活性。经Sepharose6B凝胶过滤及SDS凝胶电泳测得其分子量分别为27000及13700,故推测中华眼镜蛇毒NGF可能由2条分子量相同的肽链组成。NGF的等电点为7.1,氨基酸组成与印度眼镜蛇毒NGF部分相似。用体外整体神经节培养法鉴定NGF活性时,纯化的中华眼镜蛇毒NGF在培养基中浓度为0.0lMg/ml时可使神经节神经纤维生长达较大速度。这一浓度与小鼠颌下腺NGF及印度眼镜蛇毒NGF所需浓度一致。在不纯时,印度眼镜蛇毒NGF活性受毒素的抑制而不能促进神经节神经纤维的生长。而中华眼镜蛇毒NGF即使在粗毒状况下也表现出生物学活性。这可能因不同地区蛇毒中各种组分含量不同,因而对于NGF生物学活性影响不同。采用Sepharose6B柱层析测得中华眼镜蛇毒NGF的分子量为27000,而采用SDS凝胶电泳测得NGF的分子量为13700,故推测中华眼镜蛇毒NGF也可能由2条分子量不相同的肽链组成,但有待于氨基酸顺序分析证实。

从NGF的氨基酸组成结果看,中华眼镜蛇毒NGF与蝰蛇毒NGF及小鼠颌下腺NGF在氨基酸组成上相差较大,但与印度眼镜蛇毒NGF氨基酸组成却较近似,这是因为中华眼镜蛇与印度眼镜蛇同属于眼镜蛇科,故其蛇毒成分相似。但中华眼镜蛇毒NGF分子内碱性氨基酸如组氨酸、精氨酸及赖氨酸含量稍多,而天门冬氨酸及谷氨酸等酸性氨基酸含量稍少,这与测得NGF等电点为pH7.1,较印度眼镜蛇毒NGF等电点为pH6.7稍偏碱相符合。

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