GDNF還是最強的膽堿能運動神經營養因子，幾十至幾百倍于BDNF和CNTF對運動神經元的作用，支持運動神經元的存活。如用海人酸或毛果蕓香堿損傷腦內神經元，能導致癲癇發作并能誘發海馬、紋狀體和皮質等區的GDNFmRNA表達，提示GDNF在神經元的損傷過程中同樣起保護作用。
GDNF和GFRα1缺陷的大鼠胚胎呈現出脊髓和顱內運動神經元的顯著性丟失及其瀕死細胞的相應增加，而Ret敲除大鼠的所有運動神經元種群均發生顯著性丟失。相反，GDNF肌肉特異性過表達或子宮內給予GDNF治療能促進運動神經元的存活，由此可得出，GDNF確實是運動神經元賴以生存的營養因子。GDNF對出生后運動神經元的主要作用是促進軸突末端的分支及突觸構建。
將GDNF基因轉染細胞(BHK細胞)放進含有腦和脊髓運動神經元培養液中，能增加這些神經元膽堿乙酰轉移酶(ChAT)活性，延長軸索長度，減少它們的正常凋亡。在切斷新生或成年大鼠面神經后，系統或局部使用GDNF能防止離斷軸突的面神經運動神經元的死亡和萎縮，并可明顯降低因損傷導致的面神經核ChAT的免疫反應減弱。在切斷雞和小鼠的軸突后，應用GDNF還能防止脊髓運動神經元死亡和萎縮。在用損傷誘導成年小鼠脊髓運動神經元退變的模型中發現，用GDNF治療可防止50%神經元的丟失，且使運動神經元體積增大。因此，GDNF有可能用于神經移植或神經再生的應用領域。