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1、 BDNF与脑缺血的研究进展付美红 李海涛*（南京中医药大学药学院,南京 210009）摘要：脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor , BDNF）是在脑内形成的一类神经营养因子。BDNF通过作用于其特异性受体TrkB、P75促进神经元的生长发育同时修复受损的神经元。BDNF对缺血性脑损伤的保护机制是通过下调钙离子浓度，减小Bax/Bcl-2比值，对抗NO毒性等途径实现的。本文介绍了BDNF的基本作用，及其与脑缺血的相关作用研究，综述了将BDNF的应用方法研究。关键词：BDNF,；作用机制；脑缺血；应用研究Advances in the rese
2、arch of BDNF with cerebral ischemia FU MeiHong,LI HaiTao*College of Pharmacy,Nanjing Uiversity of Chinese Medicine ,Nanjing,210009,ChinaAbstact:Brain derived neurotrophic factor (BDNF) is a class of neurotrophic factor formed within the brain. BDNFpromote the growth and development of the neurons an
3、d repair the damaged neurons act on its specific receptors TrkB and P75.BDNF plays a key role in Ischemic damage protection mainly by eliminating oxygen-derived free radicals,Reducing Bax/Bcl-2 ratio,regulating the low levels of ca2+ and against NO toxicity as well. This paper introduces the basic f
4、unction of BDNF and the related research of BDNF on Ischemic damage.The article review the research of the application methods of BDNF.Key words:BDNF；mechanism；cerebral ischemia；Application researchThis study is supported byThe Science and Technology Development Fund of Macao 脑源性神经营养因子（brain derived
5、 neurotrophic factor , BDNF）是在脑内合成广泛分布于中枢神经系统内的一种蛋白质。中枢神经系统发育过程中，BDNF对神经元的存活、分化、生长发育起重要作用。BDNF能够促进受损伤神经元再生及分化，促进受损神经元的修复，防止神经元受损死亡。在脑缺血后神经损伤具有明显的作用。脑缺血后内源性的BDNF的分泌及分布存在着一定的规律，侧脑室注射外源性的BDNF 对脑缺血损伤具有明显的保护作用。外源性的BDNF不易透过血脑屏障，限制了其临床应用。本文介绍了BDNF的基本作用，及其与脑缺血的相关作用研究，综述了将BDNF更好的应用抗脑缺血的方法研究。1.BDNF的作用机制研究BDNF
6、促进神经元胞体发育,刺激胞体发出突起和对突起延伸的作用，对神经元的生存、生长、分化和可塑性有重要影响。在成体,则表现出广泛的神经营养和神经保护作用,对神经元的存活、正常生理功能的维持及损伤后的修复有着积极的意义。最新研究发现内源性的BDNF的分泌及作用存在嵌套自放大反馈信号机制1：海马神经细胞通过分泌BDNF，激活细胞质cAMP和PKA活性，进一步激发细胞BDNF自分泌，促使TrkB向海马神经元膜表面插入。同时BDNF/TrkB信号激活PI-3k，促进受体TrkB囊泡运输，进一步地增强了局域的BDNF/TrkB信号。这两步嵌套自放大反馈信号机制放大的BDNF信号确保了局域cAMP/PKA活性稳
7、步升高，在轴突发育和生长中发挥关键性的作用。BDNF 可以经胞体顺行运输至轴突末端并释放, 被次级神经元摄取和利用,参与突触可塑性。JNK相互作用蛋白3能够介导TrkB顺轴突转运调节BDNF诱导的Erk激活以及轴突中丝状伪足的形成2。BDNF通过与神经元轴突末梢膜上的受体TrkB和 P75结合,逆行运输至胞体发挥生物学作用。TrkB是BDNF的特异性受体，分为全长受体和截断受体。BDNF与其特异性受体TrkB结合同时激活丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase,MAPK）MAPKErK通路及(磷酯酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol
8、-3-kinase，PI-3K)PI-3KAKT信号通路来发挥其对缺氧神经元的保护作用3。在大多数情况下MAPK途径是BDNF发挥作用的优势途径，对细胞存活起着重要的调节作用。BDNF激活MAPKERK通路,在CAMP反应元件结合蛋白(CREB)的丝氨酸位点激活CREB。CREB通过增加 BDNF基因及抗凋亡蛋白基因 BCL-2的表达, 来促进神经细胞生存, 增加突触可塑性及神经发生。而PI-3-KAKT信号通路的激活则不仅发挥促存活效应,而且对幼稚神经元的轴、 树突极性的建立及神经元的迁移也起到一定的作用4。BDNF通过以上方式促进神经元的的轴性生长及连接,介导神经元的存活,并参与对各种神经
9、元应激的反应。同时诱导神经前体细胞的定向分化 ,加快神经元迁移,促使神经元增生,确保神经系统的成熟和完善。 P75受体则为 BDNF低亲和力蛋白受体,是富含络氨酸的糖蛋白，但不具备络氨酸激酶活性，是肿瘤坏死因子超家族的成员之一。主要起诱导神经元胞体凋亡和介导神经再生的抑制作用。BDNF的前提物质是潜在的凋亡因子，其机制可能与其作用于P75受体介导细胞的凋亡有关。P75NTR 可以调节轴突生长的长度。非结合状态的 P75NTR通过 RhoA信号通路来调节轴突延伸，而结合状态的 P75NTR可以终止RhoA通路。有活力的神经元在轴突发育中可通过促进p75受体介导轴突退化从而消除那些活力差的神经元。
10、在退化的神经元中P75受体较为丰富,其通过抑制 TrkA 介导的信号传导来引起神经元退化。Singh6等发现发育中的轴突可以被 BDNF-p75NTR调节，在发育中的交感神经轴突的竞争中， BDNF以活动依赖性的方式分泌，同时结合 p75NTR，引起神经的退化，最终，轴突被终止生长。有研究发现激活P75受体能够促进在新生儿脑中NMDAR兴奋性毒性介导的细胞凋亡5。2、BDNF及其受体在脑缺血损伤后的表达规律近年来多种研究发现无论短暂性或持续性脑缺血均可诱导内源性 BDNF表达增加 ,提示这可能是一种内源性自我保护机制。缺血后大鼠大脑内皮质、海马、缺血灶周围BDNF 的表达存在一定的规律：BDN
11、F表达成阶段性的增高3d后增高，7 d 后其表达水平继续增强达高峰, 30 d 后 BDNF 阳性细胞数量及表达水平降低7-8. Bjot Y 9等研究发现脑缺血损伤后全脑BDNF升高尤其在损伤的半脑去增加明显，缺血4h,24h后损伤半球的神经细胞和室管膜细胞均有BDNF染色。在损毁半球的周围神经细胞和室管膜细胞，小胶质细胞（于缺血后24小时），血管内皮细胞的脑动脉（在缺血后4小时和24小时）和星形胶质细胞均存在着较强的BDNF染色。脑缺血后 BDNF的特异性结合受体表达也存在着一定的规律10： 在成年大鼠大脑中动脉（MCA）闭塞模型中有以下现象：（1）梗死核心出现脑源性神经营养因子（BDNF
12、）和其全长受体TrkB的永久性减少（2）在大鼠中动脉阻塞12h后在内部区域边缘（半影区）出现BDNF的免疫反应暂时性增加（3）增加在梗死区周围的星形胶质细胞截断型TrkB受体的免疫反应；（4）大鼠中动脉堵塞后24和48小时后同侧和对侧的分散的神经元全长TrkB的免疫反应增加。BDNF在海马各区的表达也存在着一定差异10：研究发现缺血耐受区域CA3、 CA4以及齿状比缺血敏感区CA1的BDNF的表达相对高出许多。说明脑缺血后 CA3、 CA4 区以及齿状回可通过自身代偿, 调节内源性的 BDNF 表达, 从而提高神经元抵抗缺血的能力,促进受损神经元的修复、 再生, 调节神经结构的重建,同时也表明
13、其对缺血损伤较敏感, 具有反应迅速、 作用持久的保护机制。3、BDNF抗脑缺血损伤的作用研究脑缺血后BDNF及其受体的时空分布与脑缺血耐受程度相关性说明BDNF对脑缺血具有保护作用。BDNF的作用研究近年亦越来越受到人们的重视。研究发现在缺血后大鼠侧脑室注射BDNF反意寡核苷酸组织BDNF的表达后脑缺血大鼠接受恢复训练，结果显示大鼠的脑缺血损伤行为并没有恢复。以此推测BDNF在术后的脑缺血损伤的恢复过程中起到重要的作用12。后期有研究发现脑缺血后恢复过程中需要一定量的BDNF，只有当脑内BDNF含量到达一定阈值损伤大脑能够恢复13。大量药理实验研究发现BDNF对脑缺血损伤具有保护作用：Take
14、shima Y14研究证实连续脑室给BDNF能够在不影响脑血流的情况下，减少大脑皮层细胞凋亡，缩小梗死面积。以此推断BDNF对脑缺血就有明显的保护作用。动物实验证实脑室注射BDNF对大鼠脑缺血再灌注损伤均有一定的保护作用。永星15等在脑缺血再灌注6，12h后经侧脑室注射BDNF。发现脑组织SOD活性明显增强，MDA含量明显降低。中脑皮层神经细胞的凋亡指数均明显降低。对脑组织超微结构的观察发现：未给药组的缺血侧脑皮层神经细胞染色质浓缩、 集聚或边集化，部分崩解，胞质肿胀、扩张 ，线粒体肿胀 ，线粒体嵴断裂甚至消失。部分凋亡细胞裂解成小碎片，由膜结构包裹部分细胞核和细胞质而形成凋亡小体；而BDNF
15、给药各组缺血侧脑皮层神经细胞超微结构损伤改变不大或仅有轻微改变 ,胞质相对比较均匀 ,染色质轻度聚集 ,核仁存在 ,线粒体结构基本正常或仅轻微改变。Saarelainen16曾对缺乏 BDNF 基因的小鼠进行研究,发现其梗死灶面积明显大于对照组, 而提高内源性BDNF水平可明显缓解脑缺血后的神经元损伤程度, 提示脑缺血后 BDNF反应性增强是机体早期神经元对缺血、 缺氧自我保护的一个重要内容。4、BDNF抗脑缺血损伤的作用机制研究 脑缺血后存在各种损伤机制：钙离子超载引发的一系列反应，自由基增多，兴奋性毒性，NO的产生等。兴奋性毒性、 梗死周围去极化、 炎症和细胞凋亡发生在4 个不同时间点 ,
16、但有重叠并互相联系是脑缺血后的损伤级联反应17。已有许多研究证实BDNF 针对脑缺血损伤的各种机制均存在着一定的作用1、减轻钙离子超载：BDNF 调节细胞膜上钙离子通道蛋白的表达而影响钙离子流：通过神经肽的表达来维持细胞内钙的稳态以减少神经元的葡萄糖缺失的损伤18；2、抗自由基损伤, 增加超氧化物岐化酶和谷胱甘肽过氧化物酶等在神经元内的含量，提高其活性及刺激细胞的修复19；3、下调 NMDA 受体功能,抑制谷氨酸的毒性204、BDNF 可以对抗 NO 供体的细胞毒,从而保护神经元免受损伤。由BDNF受体的作用机制发现，BDNF的神经修复作用主要是通过 TrkB受体产生，而p75受体主要起诱导神经元胞体凋亡和介导神经再生的抑制作用。已有实验证明脑缺血损伤中也存在 p75 NTR 的表达增高，阻断其信号可以延缓病情发生和促进细胞存活BDNF 与 Tr
