腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子與腦梗死的關(guān)系

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腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子與腦梗死的關(guān)系

陳曉迪1，朱洪權(quán)2，宋唯一3，李愛麗1*

( 1.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長春130041；2.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 檢驗科，吉林 長春130041；

3.吉林大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院 衛(wèi)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(huán)障礙，缺氧、缺血導(dǎo)致的局部腦組織缺血性壞死或軟化。近幾年來腦梗死的發(fā)病率逐年升高且出現(xiàn)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(jì)80年代國外就有學(xué)者從豬腦提取液中發(fā)現(xiàn)了一種大分子物質(zhì)[1]，后被稱為腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子( brain-derived neurotrophic factor，BDNF) ，是神經(jīng)營養(yǎng)因子(NTs)家族的第2個成員，眾多研究人員認(rèn)為BDNF能預(yù)防神經(jīng)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(jié)構(gòu)主要由β折疊和無規(guī)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(jīng)系統(tǒng)(central nervous system CNS)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)(peripheral nervous system PNS)、運動系統(tǒng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)等區(qū)域內(nèi)，其中又以CNS中的大腦皮質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(guān)基因的表達(dá)水平開始持續(xù)增高，最終BDNF成為CNS中含量最高的神經(jīng)營養(yǎng)因子。BDNF的受體系統(tǒng)由2種受體構(gòu)成。①p75神經(jīng)營養(yǎng)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(gòu)成所有神經(jīng)營養(yǎng)因子的受體系統(tǒng)，可以轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞凋亡信號；②高親和力受體(又稱原肌球蛋白相關(guān)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(jīng)研究表明BDNF和TrkB是所有神經(jīng)營養(yǎng)因子中唯一的一對在空間和時間上協(xié)同表達(dá)的受體配體復(fù)合體[4]。

2BDNF在CNS中的作用

腦梗死發(fā)生后，缺血中心區(qū)血流完全中斷，此處神經(jīng)細(xì)胞將發(fā)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(guān)鍵原因之一；目前醫(yī)學(xué)界普遍認(rèn)為血管及神經(jīng)細(xì)胞再生是腦梗死后最有效的修復(fù)方式及未來治療的方向。BDNF在神經(jīng)系統(tǒng)廣泛存在，腦梗死發(fā)生時BDNF不僅可以保護受損的神經(jīng)細(xì)胞，而且對改善神經(jīng)細(xì)胞的病理狀態(tài)、促進受損神經(jīng)細(xì)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(cè)腦室中，發(fā)現(xiàn)在實驗組小鼠丘腦、下丘腦、紋狀體等處神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)目較對照組明顯增加，由此證明BDNF可以加速小鼠腦細(xì)胞的再生從而促進受損腦組織功能的恢復(fù)[7]。國內(nèi)有學(xué)者在體外培養(yǎng)的大鼠腦細(xì)胞中加入BDNF，并通過四氮唑鹽比色法觀察發(fā)現(xiàn)外源性BDNF可以明顯提高原代神經(jīng)元對缺氧耐受性，這種作用在0-6 h之內(nèi)較強，而當(dāng)神經(jīng)元缺血、缺氧8 h后，BDNF的保護作用明顯減弱；他們同時還發(fā)現(xiàn)在缺血、缺氧發(fā)生時加入BDNF，其對腦組織的保護作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xì)胞的保護作用跟加入BDNF的時間及劑量有關(guān)[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(xùn)練，觀察此訓(xùn)練對9月齡小鼠腦功能的影響,并采用溴脫氧鳥苷(BrdU)標(biāo)記、測量海馬腦細(xì)胞生成情況,實驗發(fā)現(xiàn)運動可以促進小鼠海馬細(xì)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(guān)系

通過測定腦梗死患者血清BDNF的含量，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)腦梗死患者腦組織受損程度與血清BDNF含量有關(guān)，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(yán)重程度及推測腦梗死患者的預(yù)后[10]。Miyake K,Yamamoto W等人發(fā)現(xiàn)在腔隙性腦梗死發(fā)生后的第7天，在大腦皮質(zhì)、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(fā)現(xiàn)大鼠腦梗死之后，梗死邊緣BDNF在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及神經(jīng)元細(xì)胞中表達(dá)水平明顯升高，部分神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及大部分神經(jīng)元可見胞漿深染現(xiàn)象[12]。以上均表明BDNF與腦梗死關(guān)系密切，并且可以促進腦梗死發(fā)生后腦功能的維持及恢復(fù)。

4BDNF對腦梗死后腦組織的保護機制

4.1抑制細(xì)胞凋亡因子活性，減少細(xì)胞凋亡、壞死

缺血再灌注損傷(ischemical reperfusion injury IRI)是導(dǎo)致腦梗死患者神經(jīng)細(xì)胞壞死、凋亡的重要機制之一，在缺血中心區(qū)、缺血半暗帶分別主要發(fā)生神經(jīng)元的壞死及凋亡[13]。國內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為對抗IRI主要通過抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，激活受損細(xì)胞的自我修復(fù)，促進細(xì)胞新生等環(huán)節(jié)來完成?？ㄋ古撩?3是卡斯帕酶家族的一員，近年來發(fā)現(xiàn)卡斯帕酶-3是一種存在于胞質(zhì)溶膠中并直接參與細(xì)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(jīng)細(xì)胞的凋亡[14]。

4.2拮抗細(xì)胞內(nèi)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(chǎn)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(xì)胞生物膜上的鈣離子通道開放，導(dǎo)致大量Ca2+內(nèi)流，引起腦細(xì)胞內(nèi)Ca2+急劇增多，引起大量神經(jīng)細(xì)胞壞死。BDNF不但可以減少NMDA受體表達(dá)、下調(diào)NMDA受體功能而且可以提高Ca2+結(jié)合蛋白的表達(dá)程度，降低神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，從而起到保護神經(jīng)元的作用[15]。

4.3增強PKC活性

PKC是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中所需的一種蛋白激酶，大量存在于神經(jīng)系統(tǒng)的突觸前膜中，具有調(diào)節(jié)神經(jīng)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(jīng)元的作用。

4.4調(diào)節(jié)Bax和Bcl-2的表達(dá)

細(xì)胞凋亡在多種基因的調(diào)控下進行，Bcl-2和Bax分別參與抑制和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的過程，有研究發(fā)現(xiàn)BDNF可以調(diào)節(jié)Bax、Bcl-2的表達(dá)，抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[16]。線粒體損傷介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(fā)生聚合反應(yīng)并形成異源二聚體，導(dǎo)致線粒體細(xì)胞色素C的釋放受限，從而抑制下游凋亡級聯(lián)反應(yīng)[17]。Schabitz WR等發(fā)現(xiàn)，BDNF具有抗神經(jīng)細(xì)胞調(diào)亡的作用，給腦缺血的大鼠注射BDNF后發(fā)現(xiàn)，Bcl-2陽性細(xì)胞數(shù)量增加，相反Bax陽性細(xì)胞數(shù)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(rèn)為BDNF發(fā)揮抑制神經(jīng)細(xì)胞調(diào)亡作用是通過調(diào)節(jié)Bcl-2、Bax蛋白的表達(dá)實現(xiàn)的[18]。

4.5增強抗氧化酶的活性，減輕氧自由基的損傷

細(xì)胞正常功能的維持需要完整的細(xì)胞生物膜的存在，而氧自由基可以通過使細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、核酸等)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞生物膜喪失活性進而引起腦細(xì)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(tǒng)，該系統(tǒng)可以清除自由基，降低脂質(zhì)過氧化程度，使體內(nèi)脂質(zhì)過氧化程度、自由基含量維持在平衡狀態(tài)。腦組織發(fā)生IRI時可增加氧自由基的產(chǎn)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(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[19]。有研究表明：腦室注入BDNF的缺血腦組織中細(xì)胞凋亡指數(shù)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(xì)胞凋亡的作用[20]。BDNF通過增加細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶基因的表達(dá)，提高抗氧化酶系統(tǒng)的活性，起到對抗自由基的氧化作用。

5展望

BDNF在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中具有巨大的潛能，但如何將BDNF從實驗研究應(yīng)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(dá)CNS并發(fā)揮作用，腦室注射對操作者技術(shù)要求較高且容易造成較大損傷，難以推廣。增加體內(nèi)BDNF的釋放即可解決這一難題，可是如何增加體內(nèi)BDNF的釋放又是另一個難題。其次，目前關(guān)于BDNF仍局限于動物實驗，還無法大規(guī)模應(yīng)用于臨床當(dāng)中。再次，腦梗死患者應(yīng)該何時注入多大劑量的BDNF尚無統(tǒng)一意見。洪新如等人發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)生和抑制細(xì)胞凋亡的作用將明顯減弱[22]。因此我們堅信隨著國內(nèi)外學(xué)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(yī)學(xué)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