腦源性神經營養因子與腦梗死的關系

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腦源性神經營養因子與腦梗死的關系

陳曉迪1，朱洪權2，宋唯一3，李愛麗1*

( 1.吉林大學第二醫院 神經內科，吉林 長春130041；2.吉林大學第二醫院 檢驗科，吉林 長春130041；

3.吉林大學公共衛生學院 衛生檢驗教研室,吉林 長春130041)

腦梗死(cerebral infarction CI)又稱為缺血性腦卒中(cerebral ischeme stroke)，是由于腦部血液循環障礙，缺氧、缺血導致的局部腦組織缺血性壞死或軟化。近幾年來腦梗死的發病率逐年升高且出現年輕化的趨勢，患者死亡率高、后遺癥多，迫切需要有效的治療方案。早在上個世紀80年代國外就有學者從豬腦提取液中發現了一種大分子物質[1]，后被稱為腦源性神經營養因子( brain-derived neurotrophic factor，BDNF) ，是神經營養因子(NTs)家族的第2個成員，眾多研究人員認為BDNF能預防神經元的凋亡、壞死。

1BDNF的基本特性

BDNF是一種分泌型成熟多肽，其二級結構主要由β折疊和無規則卷曲組成，每個分子單體包含3個二硫鍵，由119個氨基酸殘基，PI值約為9.99，Mr約為3500。BDNF廣泛分布在中樞神經系統(central nervous system CNS)、周圍神經系統(peripheral nervous system PNS)、運動系統及內分泌系統等區域內，其中又以CNS中的大腦皮質和海馬組織的含量最高[2]。Ernfors P、Wetmore C等人通過解剖大鼠腦組織發現大鼠腦組織中的BDNF mRNA與BDNF分布并不完全一致[3]。受精卵形成初期BDNF在CNS中的含量極低，但大約從胚胎形成的2周開始一直到胎兒出生后14天，CNS中的BDNF相關基因的表達水平開始持續增高，最終BDNF成為CNS中含量最高的神經營養因子。BDNF的受體系統由2種受體構成。①p75神經營養因子受體(低親和力受體) 屬于腫瘤壞死因子受體(tumour necrosis factor receptor TNRF)家族，Mr約為75000，低親和力受體參與構成所有神經營養因子的受體系統，可以轉導細胞凋亡信號；②高親和力受體(又稱原肌球蛋白相關激酶(tropomyosin-erlated kinase B,TrkB)屬于酪氨酸激酶(tyrosine kinase PTK)家族，TrkB是BDNF的特異的功能受體，經研究表明BDNF和TrkB是所有神經營養因子中唯一的一對在空間和時間上協同表達的受體配體復合體[4]。

2BDNF在CNS中的作用

腦梗死發生后，缺血中心區血流完全中斷，此處神經細胞將發生不可逆性死亡，目前為止臨床上對此仍無任何有效的治療方法，這也是造成腦梗死患者治療效果不佳，易遺留后遺癥的關鍵原因之一；目前醫學界普遍認為血管及神經細胞再生是腦梗死后最有效的修復方式及未來治療的方向。BDNF在神經系統廣泛存在，腦梗死發生時BDNF不僅可以保護受損的神經細胞，而且對改善神經細胞的病理狀態、促進受損神經細胞再生具有十分積極的作用[5，6]。Pencea V等人將BDNF注入小鼠的側腦室中，發現在實驗組小鼠丘腦、下丘腦、紋狀體等處神經細胞的數目較對照組明顯增加，由此證明BDNF可以加速小鼠腦細胞的再生從而促進受損腦組織功能的恢復[7]。國內有學者在體外培養的大鼠腦細胞中加入BDNF，并通過四氮唑鹽比色法觀察發現外源性BDNF可以明顯提高原代神經元對缺氧耐受性，這種作用在0-6 h之內較強，而當神經元缺血、缺氧8 h后，BDNF的保護作用明顯減弱；他們同時還發現在缺血、缺氧發生時加入BDNF，其對腦組織的保護作用遠遠不如提前24 h加入強，低劑量組的保護作用明顯不如高劑量組強；說明BDNF對腦梗死時受損腦細胞的保護作用跟加入BDNF的時間及劑量有關[8]。Marlatt MW等人通過Morris水迷宮、動物活動輪等對1個月和6個月的小鼠進行訓練，觀察此訓練對9月齡小鼠腦功能的影響,并采用溴脫氧鳥苷(BrdU)標記、測量海馬腦細胞生成情況,實驗發現運動可以促進小鼠海馬細胞再生和提高BDNF合成水平,進而保持小鼠腦功能[9]。

3BDNF與腦梗死的關系

通過測定腦梗死患者血清BDNF的含量，有學者發現腦梗死患者腦組織受損程度與血清BDNF含量有關，BDNF含量越低，腦組織受損程度越高；因此測定腦梗死后患者血清BDNF蛋白含量可以用來衡量腦梗死嚴重程度及推測腦梗死患者的預后[10]。Miyake K,Yamamoto W等人發現在腔隙性腦梗死發生后的第7天，在大腦皮質、海馬的缺血性半暗帶中BDNF水平明顯升高[11]。Y Ding通過短暫大腦中動脈缺血模型研究發現大鼠腦梗死之后，梗死邊緣BDNF在神經膠質細胞及神經元細胞中表達水平明顯升高，部分神經膠質細胞及大部分神經元可見胞漿深染現象[12]。以上均表明BDNF與腦梗死關系密切，并且可以促進腦梗死發生后腦功能的維持及恢復。

4BDNF對腦梗死后腦組織的保護機制

4.1抑制細胞凋亡因子活性，減少細胞凋亡、壞死

缺血再灌注損傷(ischemical reperfusion injury IRI)是導致腦梗死患者神經細胞壞死、凋亡的重要機制之一，在缺血中心區、缺血半暗帶分別主要發生神經元的壞死及凋亡[13]。國內外學者一致認為對抗IRI主要通過抑制神經細胞凋亡，激活受損細胞的自我修復，促進細胞新生等環節來完成?？ㄋ古撩?3是卡斯帕酶家族的一員，近年來發現卡斯帕酶-3是一種存在于胞質溶膠中并直接參與細胞凋亡過程的半胱氨酸蛋白酶，而BDNF正是通過抑制此酶的活性，抑制神經細胞的凋亡[14]。

4.2拮抗細胞內鈣超載及抑制興奮性氨基酸

腦梗死時，缺氧、缺血的腦組織中產生大量谷氨酸，谷氨酸具有激活N-乙酰谷氨酸(NMDA)受體的作用，被激活的NMDA受體使存在于腦細胞生物膜上的鈣離子通道開放，導致大量Ca2+內流，引起腦細胞內Ca2+急劇增多，引起大量神經細胞壞死。BDNF不但可以減少NMDA受體表達、下調NMDA受體功能而且可以提高Ca2+結合蛋白的表達程度，降低神經細胞內Ca2+濃度，從而起到保護神經元的作用[15]。

4.3增強PKC活性

PKC是細胞信號轉導過程中所需的一種蛋白激酶，大量存在于神經系統的突觸前膜中，具有調節神經興奮性，增強突觸的效能。PKC在缺血再灌注的過程中活性下降，甚至突觸前膜上的PKC會在腦組織缺血、缺氧時迅速失去活性，而BDNF可以增強已失活的PKC的活性，從而起到保護神經元的作用。

4.4調節Bax和Bcl-2的表達

細胞凋亡在多種基因的調控下進行，Bcl-2和Bax分別參與抑制和誘導細胞凋亡的過程，有研究發現BDNF可以調節Bax、Bcl-2的表達，抑制神經細胞的凋亡[16]。線粒體損傷介導的細胞凋亡信號轉導通路是缺氧、缺血腦組織凋亡的主要途徑；Bax、Bcl-2相聚可以發生聚合反應并形成異源二聚體，導致線粒體細胞色素C的釋放受限，從而抑制下游凋亡級聯反應[17]。Schabitz WR等發現，BDNF具有抗神經細胞調亡的作用，給腦缺血的大鼠注射BDNF后發現，Bcl-2陽性細胞數量增加，相反Bax陽性細胞數量減少；其腦梗死面積較注射安慰劑的對照組明顯減少，故認為BDNF發揮抑制神經細胞調亡作用是通過調節Bcl-2、Bax蛋白的表達實現的[18]。

4.5增強抗氧化酶的活性，減輕氧自由基的損傷

細胞正常功能的維持需要完整的細胞生物膜的存在，而氧自由基可以通過使細胞內的大分子物質(如蛋白質、核酸等)發生交聯反應，使細胞生物膜喪失活性進而引起腦細胞損傷。人體中存在由過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等抗氧化酶組成的抗氧化系統，該系統可以清除自由基，降低脂質過氧化程度，使體內脂質過氧化程度、自由基含量維持在平衡狀態。腦組織發生IRI時可增加氧自由基的產生，并降低機體對氧自由基的清除能力，使過多的氧自由基積聚在腦組織中，這直接導致神經細胞的凋亡[19]。有研究表明：腦室注入BDNF的缺血腦組織中細胞凋亡指數與對照組相比明顯降低，提示腦室注射BDNF具有抑制腦IRI后細胞凋亡的作用[20]。BDNF通過增加細胞內抗氧化酶基因的表達，提高抗氧化酶系統的活性，起到對抗自由基的氧化作用。

5展望

BDNF在神經系統疾病的治療中具有巨大的潛能，但如何將BDNF從實驗研究應用到臨床實踐，仍有許多問題需要解決。首先，BDNF分子量較大，難以透過血-腦屏障，靜脈給藥時不能到達CNS并發揮作用，腦室注射對操作者技術要求較高且容易造成較大損傷，難以推廣。增加體內BDNF的釋放即可解決這一難題，可是如何增加體內BDNF的釋放又是另一個難題。其次，目前關于BDNF仍局限于動物實驗，還無法大規模應用于臨床當中。再次，腦梗死患者應該何時注入多大劑量的BDNF尚無統一意見。洪新如等人發現過大劑量的BDNF對缺氧、缺血腦組織的保護作用反而下降[21]；他還發現腦缺血損傷后馬上給予BDNF效果最為顯著,損傷后4 h后BDNF減輕腦水腫、防止MDA過量產生和抑制細胞凋亡的作用將明顯減弱[22]。因此我們堅信隨著國內外學者對BDNF研究的不斷深入，BDNF必將在腦梗死的治療中起到更加重要的作用。

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(收稿日期：2015-02-20)

作者簡介：陳曉迪(1990-)，男，醫學碩士，主要從事腦血管疾病的研究。

文章編號：1007-4287(2016)01-0155-03

*通訊作者