提要 丽塔 · 莱维 - 蒙塔尔奇尼在她77岁高龄时因为神经生长因子（NGF）的发现而荣获了1986年生理学或医学诺贝尔奖，40年代的美国掀起了雏形中分子生物学研究的高潮，但是她仍然攻其实验胚胎学。在偶然的场合下别人发现肿瘤组织竟有促进神经生长作用，她证实了这一观察，并且作了系统的追踪，后来又在彼此截然无关的来源——蛇毒和小鼠颌下腺中也见到了这种效应，经过她和她的同事长期的研究，终于发现和鉴定了NGF以及一系列多肽生长因子；但是在NGF问世的初期，却遭到了同行们的冷遇。
—、神经的发生及其早期的实验研究
梅达沃（P. B. Medawar，1960年生理学或医学诺贝尔奖获得者）曾经指出：“在某种程度上说来，神经的发生是一个模式系统。神经的发生以其解剖学描述的高度精确性著称。一个胚胎学大师所做的实验可以写成一篇科学方法论的论文。但有些东西是错的，或者说曾经是错的。就孟德尔主义作为解释增殖试验的结果的理论而言，发育方面是没有理论的。所以就胚胎学研究而言，实在是进展不大，对于在历次胚胎学会议上宣读的许多论文来说，不管它们本身如何之好，人们常常会产生这样的感觉：这些论文如果早发表5年也不会使任何人获益，如果迟5年发表，也不会使任何人感到很大遗憾”（1967年）。
由梅达沃所透彻地表达的这种失落感在40年代曾充斥于实验胚胎学的领域，但是在30年代中叶两栖动物胚孔的上唇却曾经把这一领域推到生物学舞台的前沿。从共同的树干中长出了实验神经胚胎学侧枝，当时整个地都在研究神经元细胞群体之间和它们与其分布的器官和组织之间的营养性相互关系，所以正处于生机勃勃的上升阶段。从1935年哈里逊（R. G. Harrison）在英国皇家学会就这个课题作了一次纪念性演讲以后，由这个领域中的一批先驱者所燃起的研究热情便出现了急骤的退潮。虽然在一切人类探索的领域中，周而复始的盛衰是一条规律而非什么例外、但是在生物科学的这一领域中，其衰退却过于引人瞩目，它的科学方法论方面合理的研究方向，在初期曾给人们带来过极大的希望，而在当时却确实使人们丧失了对它的信心。勾划一下40年代实验神经胚胎学（当时人们对神经系统发生这一研究方向的兴趣大为减退）的背景实属必要，否则难以理解那些最终导致神经生长因子（NGF）发现的种种突发性预料之外事件的意义。
二、40年代初期的实验神经胚胎学
标志着禽胚神经系统及其有关试验系统分析一系列研究开始的是维克托 · 汉堡格（Viktor Hamburger），他于1934年用两栖动物的幼虫代替鸡胚作为胚胎学研究的首选对象，当时的课题是肢体芽的消灭对分布在这些肢体上的脊髓运动神经元和感觉神经细胞的影响。
1947年汉堡格邀请我和他一起重新研究这一课题。这次邀请标志着我在华盛顿大学度过的30年历程的开始，也标志着我与维克托终生友谊的开端，我们于1949年发表的一篇论文确认了莱维（G. Levi）和我过去提出的一个假说，但是我们认识到，要深入了解极其复杂的神经发生过程，当时手头所有的技术是远远不足的。但是由于在40年代出现了许多意料之外的极其幸运的事件，总算没有放弃对发育种经系统的实验分析，也没有完全转移到噬菌体研究领域（这是当时最令人心醉的吸引人们的领域*）中去，而且还在发育种经生物学中开创了一个新的时代。
三、出乎意料的突破——来自恶性组织的礼物
汉堡格的一个学生比克（E. Bueker）于1948年报告，将小鼠肉瘤180的片段移植到3日龄鸡胚的体壁上，移植后3 ~ 5天进行组织学研究；结果表明，从邻近的背根神经节中发生的感觉神经纤维已经进入肉瘤组织，但运动神经纤维则没有进入。比克的结论认为，迅速生长的小鼠肉瘤为感觉纤维的生长提供了一个良好的环境。汉堡格和我应用了我所建立的方法，重新检验了这一现象；我们的试验结果不仅肯定了比克报告的内容，而且同时还发现了由小鼠相瘤移植物所引起的
其他效应，而对这些效应很难用过去的假说予以解释，因为这些效应和正常的胚胎组织移植物的效应性质不同。作用范围也不同。到达肿瘤组织的不仅有感觉纤维，而且还有交感纤维等，它们在肿瘤组织中建立了一个密度极高的网络；在肿瘤细胞之间神经纤维却是随机分布的，而且彼此之间并不建立任何突触联系；分布在肿瘤中的感觉神经节和交感神经节体积发生了进行性的增大，就交感神经节而言，其体积可比对照组大5倍左右。
嗣后的研究又发现了其他的效应，这是将小鼠肉瘤180或37移植于鸡胚中观察到的。在正常情况下，鸡胚的这些内脏（例如中肾）是没有神经分布的，或者要到发育的后期才有少量的神经分布（例如性腺、副甲状腺和脾脏），可是在移植后，即使在发育的早期也出现了交感纤维。随后，宿主动物静脉内出现厚厚的交感神经束堵塞了血液循环，显然，这里出现了违背发育规律的事件。所有的链状交感神经节以及不仅是肿瘤组织附近的，或者与之直接相连的神经节，统统都极大地增大了。随后又做了一个试验，将某种小鼠肉瘤移植到4 ~ 6日龄鸡胚的绒毛尿囊膜上，放置移植物的位置要做到鸡胚组织与肿瘤组织不直接接触。这一试验更加充分地证实了这样一个假说：这些异常的效应可能来自肿瘤组织所产生的一种能够弥散的可溶性因子，这种因子会改变效应细胞的分化特性和生长特性。
接着我想到了使用组织培养技术（这一技术我在意大利都灵大学期间曾与莱维一起做过），但是由于华盛顿大学动物系缺少这方面的设备，我便向设在里约热内卢的巴西大学生物物理学研究所所长卡洛斯，查加斯（Carlos Chagas）教授求援。在那里我的朋友海尔塔 · 海耶（Hertha Moyer）建立了一个工作效率极高的组织培养实验室，并担任主任之职。经过查加斯教授的认可和邀请，我来到里约热内卢，在手提包中装了两只分别接种了肉瘤180和37的小鼠。
四、早期体外和体内研究中的NGF
作者在1975年的一篇回忆录中曾经写过：“在圣路易斯（华盛顿大学的所在地）肿瘤为我提供了NGF存在的第一个暗示；但是NGF的揭示则是在里约热内卢，而且是通过一种戏剧性的方式予以发现的，好像是由里约热内卢狂欢节极其热烈的气氛所激发出来的”。
由一种可溶性肿瘤因子所引起的生长反应的发现揭示了一类当时未知的体液因子的存在，发育中的神经细胞对之具有接受能力，一个新的研究领域就是这样地打开了。在半固体培养基上取自3日龄鸡胚的感觉神经节和交感神经节和肉瘤180或37的片段放在一起，两者不相接触，但彼此相邻；经过24小时的培养，神经纤维在面向肉瘤组织的一侧长出了一个密度很大的纤维晕环。
我从巴西回到美国以后不久，一位年轻的生化学家斯坦利 · 科恩（Stanly Cohen）参加到我们的研究组来，他从这两种肉瘤中分离到一种核蛋白组分，它具有在离体条件下刺激神经生长的活性。不是有计划的实验设计，而是一种机遇，为我们带来了新的、幸运的转折。科恩为了把这种活性组分中存在的核酸加以降解，他使用了一种蛇毒，该蛇毒除了含有别的酶以外，还含有一种可降解核酸的酶——磷酸二酯酶。如果这种组分促进神经生长的效应不是由蛋白质而是由核酸所决定，那么加入少量的蛇毒就会抑制纤维晕环的形成。试验结果表明，情况并非如此，加入蛇毒后纤维晕环的密度反而有明显的增加。科恩经过了若干提纯的步骤终于分离出来了一种不能透析、不耐热的颗粒，它具有促进神经生长的活性，是一种分子量为2万的蛋白分子。微克量的纯化蛇毒组分具有促进神经生长的特性：如每日一次将其注入6 ~ 8日龄的鸡胚，共3 ~ 4天，则鸡胚的交感神经节和感觉神经节便会过度生长以及其纤维过度增生。交感神经束弥漫地分布到内脏器官之上，并且侵入静脉管腔，其全部细节都和小鼠肉瘤移植物所引起的效应相仿。
如果说在两种小鼠肉瘤和蛇毒中发现未曾预料到的促进神经生长物质是依靠了机遇的话，那么小鼠颌下腺提取物（小量的提取物加到组织培养物之中）会引起更密、更稠的纤维晕环这一嗣后的发现。便是有计划设计的结果了，斯坦利 · 科恩所选择的颌下腺作为蛇毒腺的同类物，较之其他器官贮存有更多的NGF。科恩接着把这一颌下腺因子加以纯化，并鉴定为分子量44.020的蛋白分子。由于它较之蛇毒NGF容易获得，又因为它在高度纯化状态中毒性较小，所以便有可能将它应用于新生的、幼年的和成年的动物以测定其生物活性。这些试验的结果标志着一个新时期的开始，在这个时期里人们可以对颌下腺NGF进行更广泛和更系统的体外和体内分析，可以对之进行化学结构、作用机制和作用谱的研究。
五、NGF在其效应细胞的生命中的重要作用
尽管NGF在活的机体中和试管内的系统中具有极不寻常的特性，在发现后的初期并没有引起科学界热烈的反响，其表现为：其他研究工作者不屑参加这一方向的研究。像小鼠肉瘤、蛇毒和小鼠颌下腺这样一些彼此不相关的各种不同来源中共同发现同种蛋白分子，竟然对于正常的神经发生过程具有如此强大的破坏作用，这和现存的概念模式是冲突的，而且看起来和个体发育工作方面的正常调控机制没有什么关系。NGF对于其效应细胞的生命具有重要作用的证明就是在这样一种充满了怀疑的气氛中进行的。以往的离体试验表明，将蛇毒和抗蛇毒血清一起培育以后，由蛇毒NGF所引起的神经纤维过度生长的作用便会遭到抑制。抗颌下腺NGF的特异性抗血清也能抵消试管内纤维束的形成。根据这些结果，我们便决定测试这种抗血清（每天注射少量）对新生小鼠的效应。到了第一个月的结束时，用光学显微镜和立体显微镜观察经过这样处理的小鼠，结果发现交感神经节几乎完全消失。这种效应使新生小鼠和其他新生哺乳动物在注射了这种抗血清以后，不再出现交感神经系统，但又并不干扰他们的正常发育和活力；我们将这种效应称作为交感神经免疫切除术。
当时我们提出了两种假说来解释这种抗血清的破坏作用的机理：1. 补体介导的细胞中毒效应；2. NGF遭到灭活，或为交感神经细胞的分化和存活所必需的NGF样蛋白质遭到灭活。虽然在早期的论文中我们是主张第一种假说的，但是支持第二种假说的证明越积越多，而到了现在已经为人们所普遍接受。
六、NGF是一种逆行性营养信使和趋性因子
接下来要解决的问题是，NGF是怎样到达它的效应细胞的，其生产的源头又在哪里。
用同位素示踪的NGF做试验，结果表明，示踪的NGF可为交感纤维或感觉纤维末梢所吸收，然后逆行性地运输到神经纸胞体；这就强烈地支持了这样一个概念：NGF是一种营养信使，它从末梢细胞通过神经纤维传到神经元，用化学方法或手术方法切断轴突，从而使神经元之间失去联系，其结果便会因为得不到这种基本的分子而导致分化的神经细胞死亡。
每天将微量NGF注入第四脑室底板的试验，强烈地证明了NGF具有趋神经性的效应。用这样的方法注射7天以后就会出现交感神经节生长出来的纤维束侵入神经管内的现象。离体试验更加说明问题：NGF效应细胞的轴突按照NGF的浓度梯度生长。随着这些研究对NGF的趋神经效应独立于其营养作用的特性的揭示，人们便提出了一个问题：这一效应是否通过一个生长圆锥动力的局部调控来实现的？
七、神经元性和非神经元性效应细胞
现在已经判明，NGF作用的效应器可分为3大类：
（1）神经嵴衍生支；（2）中枢神经系统神经元；（3）非神经元来源的细胞。
总规律是，在分化早期的所有细胞对NGF的反应最强，趋向成年则其效应逐渐受限，但不会完全消失。
（1）神经嵴衍生支 长长的交感神经元和感觉神经元是足以证明如下3大活性的最佳系统：a. 在早期发育阶段它具有强大的营养作用；b. 它所具有的增强分化过程的特性（诸如轴突的过度生长）；c. 可指引轴突按NGF的浓度梯度生长或再生。
（2）中枢神经系统神经元 中枢神经系统的神经元和源自造血系统的细胞为近年来研究NGF效应细胞的前沿。位于不同脑区的大大小小神经元群体都已证明具有为感觉神经细胞和交感神经典型所有的全部特征和反应：a. 专一性受体的存在；b. NGF的逆行性运输；c. 神经递质（特别是乙酰胆碱）合成的增多；d. 营养反应的存在。
（3）非神经元来源的细胞
这里指的是肥大细胞，还可能包括免疫系统的其他细胞。越来越多的试验（在体内和体外对经过NGF处理的肥大细胞所作的试验）表明，NGF在该细胞的生理学方面起着毋庸置疑的作用；同时还证明了NGF对组胺的释放也具有效应，然而迄今尚未阐明的是，这样的效应是通过对所有肥大细胞的全身性作用实现的呢，还是通过一系列克隆选择机制实现的呢？
八、NGF的“身份证”
1971年完成了小鼠颌下腺NGF的氨基酸顺序测定，这一测定结果不仅为其一级结构提供了重要的信息，而且为近年来制备合成性的导致NGF cDNA鉴定的寡核苷酸提供了前提。对小鼠、人、牛、鸡的NGF基因的氨基酸编码所进行的克隆化试验表明，它们之间具有极大的相似性。人类的NGF基因位于染色体1的近侧短臂上，它为一个由307个氨基酸残基所组成的很大的多肽所编码，断裂以后会产生118个氨基酸的成熟的NGF亚单位，还可能产生功能未明的其他多肽（其氨基酸顺序不同于已经鉴定的诸蛋白）。NGF是一个由两个相同的亚单位所组成的二聚物，这两个亚单位之间由非共价键所连接。在分离时，该二聚物可呈游离状态，也可能与另外两个其他蛋白共同组成复合物：其中一种蛋白具有酯肽酶活性，这种蛋白可能参与NGF前体的合成；而另一种蛋白的功能则迄今未明。虽然每个NGF亚单位是否具有生物学活性的问题有待研究，但是却已证明，一种共价交联形态的该二聚物仍然保持全部活性。
从不同种动物提纯出来的各种NGF的免疫学和生物学相关问题的决定，足以强烈地支持如下的假说：NGF和它们的受体互相作用的部位在结构上要较其他的抗原决定基稳定，而考虑到它们的基本生物学功能较小，估计它们是不会发生突变的。
九、NGF既是生长因子又是致癌基因
NGF的发现，再加上不久以后的表皮生长因子的发现，导致了一张不断增加的多肽生长因子（PGF）的清单的出现。在70年代，随着可引起转化的单个基因产物（致癌基因）的发现，生物科学前沿上又多了一个显然与之无关的研究领域。在开始阶段，PGF和致癌基因两个领域是彼此独立地前进的；后来随着氨基酸顺序分析的进行，发现某些致癌基因和生长因子（或其受体）之间存在着同一性，于是这两个领域就交叉了起来。越来越多的证据表明，PGF或其受体的过多合成或变态性转变可能导致受体细胞的转化。晚近有证据表明，反之亦然：某些致癌基因产物可能诱导受体细胞的分化；这一事实使人们注意到，分化过程与转化过程之间可能存在着错综复杂的相互影响。
十、外分泌腺中的NGF：是偶然的存在还是生物学功能？
我们在早期曾经发现，小鼠颌下腺可以合成大量的NGF，并将其排至唾液之中；这种蛋白分子的合成是受睾酮和甲状腺素所调控；雄鼠的NGF蛋白含量比雌鼠高10倍；但是这些发现在30年左右的时间里仍然是个未解之谜。人们企图从循环血液中找到这种分子的存在。结果虽是彼此矛盾的，但均是阴性的。如果将颌下腺摘除（当然小鼠就不分泌大量的NGF了），则对交感神经细胞和感觉神经细胞并不产生任何负效应；这一事实足以否定如下的假说：唾液NGF可以达到其效应细胞。我们最初提出了另一个关于唾液NGF的生物学功能的假说，而且后来为我们和其他研究者所证实。我们证明了，对雄性成鼠进行群体隔离6 ~ 9周以后，用实验方法可以引起它们彼此之间种内斗争，结果造成大量的NGF释放到血流之中；如果事先将颌下腺摘除，则不会出现这样的结果。因为NGF的注射会引起背上腺重量的增加和体积的增大，并且会促进促甲状腺激素的合成，所以我们认为，内源性唾液NGF之大量进入血循环，很可能有助于雄鼠的生命攸关的防御机制和（或）攻击机制，而这种机制正是为同性的不同个体之间种内斗争所必需。最近有份报告也支持这一假说：侵袭行为会导致向血液中释放另一种生物学活性蛋白——肾素，它也是由颌下腺的同一管状部分所合成，激发这一NGF的释放机制，现在还不清楚。
因为在蛇毒和雄性生殖器官中存在着大量NGF的来源，所以这两者可能被看作为进化基因异乎寻常的表达。也可能存在着另一种情况：在这样的场合NGF能促进与蛇毒的毒性作用有关的其他功能，或者是与生殖器官的生殖活性有关的其他功能，在蛇毒的场合，人们可能设想，像NGF这样高度特异性的趋神经性的分子，很可能为爬虫类动物用来充当其他神经毒素的载体，以便接触中枢和末梢神经系统的特异性受体。在生殖道中NGF可能参与受精机制，或者是通过对精子运动的细胞骨架介导性的激活（与轴突生长的场合的方式相同，但其作用更强），或者是通过对卵的着床的促进（经过免疫系统对排异作用进行抑制）。后一假说现正在检验中。
十一，可以预见的和无法预料的
在可以预见的研究方向中最有希望的莫过于对NGF其他效应细胞的寻找，现在在许多实验室中的另外一个研究方向是对其他神经元群体有活性的NGF样因子的寻找。这类因子大致上可以分为两类：（1）由NGF基因本身所编码，然而通过其他的导向PGF（其结构和功能稍有不同）的转录后途经或翻译后途经的操作因子，（2）具有NGF那样营养的、向化的和/或分化的活性，然而是由其他基因编码的他种蛋白或他种多肽。
NGF的研究史本身也指出那些无法预料的情况，因为NGF的研究史就是一系列无法预料的事件的集合，这些事件在NGF的摸索前进的道路上每次都导致了一个新的转折，开辟了新的前景，从我一开始研究时起，这种趋势就清楚地表现了出来，提醒我可能有NGF存在的也是这种趋势，也许可以说，在这段长达35年之久的冒险事业之中，这一趋势是最有吸引力的特色，虽然它又往往是捉摸不定的特色。现在我们也只能预测，未来的进展最可能出现在何处、未来发现之无法预料的主要原因在于NGF运动的新环境（中枢神经系统和免疫系统），而不在于NGF本身。根据近年来的进展，这两张网络彼此之间是通过双向的信息紧密相关和互相影响的；这两张网络的高度复杂性为属于这两个系统的大量细胞的NGF的激活，提供了无穷的可能性_对于胆碱能、肾上腺素能、肽能神经元的直接的NGF作用究竟能够引起多少间接的效应？由NGF激活的肥大细胞所释放的组胺究竟能够引起多少效应？NGF在大脑疾病和免疫系统疾病方面的应用究竟有多大的潜力？
[Les Prix Nobel，1986，279 ~ 299]
____________________
* 40年代在美国掀起了一个研究噬菌体的高潮，出现了科技史上有名的“噬菌体小组”，这个研究高潮促进了分子生物学的诞生——译者注。