Noggin的发现

Noggin是一种分泌型同二聚体糖蛋白，分泌的Noggin由于与含有肝素的蛋白聚糖结合而贴近细胞表面，是骨形态发生蛋白(BMPs)的拮抗剂。在脊椎动物中非常保守，因此成熟的人类Noggin与小鼠、大鼠、牛、马和鸡等物种均有较高同源性，在人源基因中定位于染色体17q22，在大鼠和小鼠源中定位于11号染色体上。Noggin首次发现于1992年非洲爪蟾胚胎发育的研究中，编码的一段新多肽可影响非洲爪蟾头部发育情况，被命名为Noggin。后在非洲爪蟾的背侧和脊索研究中发现Noggin高表达，因此对背部发育有一定影响。之后在哺乳动物的神经系统发育中Noggin亦有明显表达，深入研究发现，Noggin可以特异性结合和抑制BMPs，在胚胎早期发育，四肢形成和神经系统发育中起重要作用，同时针对BMPs拮抗作用，影响机体骨，软骨和关节等正常发育。

图1：Noggin结构核心体与BMP受体结合示意图（源自参考文献）

Noggin信号途径

由于多信号通路共同作用，干细胞会多向分化维持机体稳态并发挥干细胞作用。Noggin涉及常见相关调节信号通路有Wnt信号通路，BMP信号通路和Shh信号通路等。Noggin基因对BMP信号通路存在反馈性抑制机制，而对Wnt信号通路为反馈性激活机制。BMP信号通路中抑制剂Noggin介导BMP表达的抑制引起Shh信号表达。

图2：Noggin与信号通路简图

Noggin属于可分泌的蛋白质，与TGF-α家族的配体结合并通过抑制它们获得信号传导受体来调节它们的活性。随着BMP及其各自组织靶点的深入了解，对Noggin功能的理解也在加强。Noggin最初被鉴定为BMP-4拮抗剂，为正确形成头部和其他背部结构起到重要作用。因此，Noggin与某些BMP如BMP-4具有高亲和力，而与BMP-7的亲和力较低，另外与BMP-2，BMP-13和BMP-14均有高相关性。在骨骼发育过程中，Noggin阻止软骨细胞增生，进而调节关节的正常形成。Noggin在成人中枢神经系统和周围组织(如肺）在一定条件下培养人胚胎干细胞(hESC)或神经干细胞时，添加Noggin拮抗BMP活性可以使干细胞增殖，同时保持其未分化状态，或者分化为多巴胺能神经元。在Noggin缺失小鼠中，BMP活性增强引起一系列发育异常，包括神经管形成失败、毛囊发育迟缓、轴向骨骼畸形和关节病变等。

表：BMP家族与Noggin表达概述

Noggin与类器官

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图3：Noggin应用培养示意图（源自参考文献）

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参考文献

1. Krause C , Guzman A , Knaus P . Noggin[J]. International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 2011, 43(4):478-481.

2. Fatehullah A , Tan S H , Barker N . Organoids as an in vitro model of human development and disease[J]. Nature Cell Biology, 2016, 18(3):246-254.

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