脑源性神经营养因子在糖尿病中的研究进展

邱世超(综述)，任建功(审校)

(兰州大学第二医院糖尿病二科，兰州 730000)

脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)，神经生长因子以及神经营养因子3同属于神经营养素家族，约有50%的氨基酸同源序列[1]。BDNF在神经系统发育中，可促进神经元的生长、分化并维持神经元的存活[2]。在成年人神经系统中主要影响神经元的可塑性及神经元功能的维持[3]，BDNF在海马、基底核及前脑活跃表达与其介导学习及记忆相关[2]。糖尿病患者可出现认知功能减退，并伴血浆BDNF水平降低[4]。近年来一系列研究显示BDNF可改善糖尿病血糖代谢。现对BDNF在糖尿病及其并发症中的研究进展予以综述。

1 BDNF与糖尿病

糖尿病是一种多病因的代谢疾病，特点是慢性高血糖，伴随胰岛素分泌和(或)作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱。近年来一系列研究表明，BDNF对2型糖尿病的血糖代谢紊乱有良好的调节作用。

1.12型糖尿病内源性BDNF的表达变化 BDNF是1982年由德国神经生物学家及其同事从猪脑中分离并纯化的一种蛋白质，且发现其具有防止神经元死亡的功能，基因定位于11p13，前体为247个氨基酸残基，经加工后形成具有119个氨基酸残基的成熟蛋白，相对分子质量为13 500，链内有3对二硫键，体内以二聚体形式存在。2型糖尿病患者血清BDNF水平显著下降，下降水平与胰岛素抵抗指数呈显著正相关。在糖尿病患者中，女性患者血清BDNF水平显著高于男性患者，而这种相关性在健康对照组中没有发现，并且血清BDNF水平与糖尿病病程长短呈微弱的负相关，这一发现表明，长期糖尿病患者的血清BDNF水平较低[5]。Krabbe等[6]的研究发现，2型糖尿病患者血浆BDNF水平下降，血浆中高浓度的葡萄糖，可抑制大脑BDNF的输出，而高胰岛素与大脑BNDF的输出无关。相反，Suwa等[7]研究发现新诊断的2型糖尿病女性患者血清BDNF水平显著高于健康受试者，血清BDNF水平与体质量指数、体内脂肪含量、年龄、三酰甘油、胰岛素抵抗呈显著负相关，BDNF与受试者的空腹血糖密切相关，同时发现血清中高水平的BNDF与2型糖尿病患病率相关，表明血清高浓度的BDNF可能为新发糖尿病的一个危险因素。

1.2外源性BDNF对小鼠血糖的影响 Nakagawa等[8]的研究证实，肥胖糖尿病模型小鼠经BDNF治疗后，可显著抑制食欲，降低血糖水平，减轻体质量。与注射磷酸盐缓冲液精确配对饮食的糖尿病模型小鼠相比，经皮下注射BDNF 20 mg/kg，8 d后小鼠血糖出现了显著性下降，两组小鼠间体质量下降无显著性差异，实验表明这种降低血糖的机制不单是由于抑制食欲引起。Tonra等[9]发现，皮下注射BDNF可以显著改善小鼠的肥胖及高血糖状态，停止治疗数周后仍显示出其降糖作用[8]。

2 BDNF主要通过以下几种途径发挥其改善血糖代谢的作用

2.1神经系统介导的BDNF降糖作用 研究表明，向SD大鼠下丘脑腹内侧核注射BDNF后，可明显降低大鼠体质量及食物摄入量[10]，增加总能量消耗、自发产热的体力活动和静息代谢率[11]。下丘脑病变可引起大鼠白色脂肪组织所分泌的儿茶酚胺水平及活性降低，下丘脑BDNF的高表达可上调脂肪组织中儿茶酚胺水平，促进脂肪分解，进一步反馈下丘脑调节食物摄入和能量代谢[12]。

2.2BDNF对胰岛素敏感性影响 Karczewska-Kupczewska等[13]的一项研究发现，血清BDNF水平与胰岛素敏感性呈正相关，这与之前的报道一致[6]。外源性BDNF可以通过以下途径改善胰岛素抵抗。①通过增强外源性胰岛素的作用改善血糖代谢。研究表明，单独使用BDNF治疗链脲霉素诱导的糖尿病模型小鼠，发现其并没有降低血糖的作用；与单用胰岛素治疗相比，同时使用BDNF和胰岛素治疗链脲霉素诱导的糖尿病模型小鼠，其血糖在治疗后1～2 h显著降低，明显减少胰岛素用量，增强外源性胰岛素的作用[8]。②通过增强外周组织对葡萄糖的利用改善血糖代谢。db/db小鼠是一种2型糖尿病动物模型小鼠，小鼠在一个月时开始出现贪食及发胖，继而产生高血糖、高胰岛素、高胆固醇、高三酰甘油血症[14]。经连续皮下注射BDNF 20 mg/kg，18 d后，db/db小鼠骨骼肌、肝脏、棕脂肪组织、心脏对碳14标记的2-脱氧葡萄糖的摄取率明显增加，显示外周组织对葡萄糖利用率增加[15]。③通过上调外周胰岛素受体改善血糖代谢。食欲素可以上调下丘脑BDNF表达，增加骨骼肌胰岛素受体表达，明显改善机体对胰岛素的敏感性[16]。

2.3BDNF对胰脏的作用

2.3.1BDNF对胰腺内分泌功能的影响 侧脑室注射BDNF可显著下调门静脉胰高血糖素水平，对外周胰高血糖素无明显影响；上调胰腺中BDNF的水平，但对血浆中BDNF无明显影响，同时显著降低血糖，但对血浆胰岛素无明显影响[17]。而Yamanaka等[18]的研究表明，与磷酸盐灌胃对照组相比，使用胰岛素增敏剂吡格列酮和罗格列酮灌胃治疗组及BNDF皮下注射组都增加了胰腺中胰岛素水平，BDNF治疗组胰腺中胰岛素水平增加更为显著；相反增敏剂吡格列酮和罗格列酮治疗组同时增加了胰腺中胰高血糖素的水平，而BNDF皮下注射组降低了胰腺中胰高血糖素的水平，各组间血浆胰岛素与胰高血糖素水平无显著性差异。另一项研究发现，向第三脑室注入15 μg/kg BDNF的治疗组小鼠胰腺中胰岛素水平显著升高，胰高血糖素水平显著降低[8]。可见BDNF可以改善胰岛功能，降低胰高血糖素的释放，对胰岛素的影响还尚待进一步的研究。

2.3.2BDNF对胰腺组织学的影响 2型糖尿病模型db/db小鼠胰岛β细胞数量及胰岛总面积显著降低，β细胞分泌颗粒数量显著降低，胰岛素水平下降；而非β细胞数量显著增加，胰高血糖素水平升高。db/db小鼠给予皮下注射BDNF 10 mg/kg 4周后，胰岛β细胞数量显著增加，非β细胞数量降低，胰岛素水平显著增加，胰高血糖素水平显著降低，胰岛的数量和总面积没有明显差异。免疫组织化学分析显示BDNF治疗组小鼠胰岛β细胞平均面积显著高于配对组[19]，这与之前的研究结果基本一致[8]。表明BDNF对胰腺β内分泌细胞具有保护作用。

2.4BDNF对肝脏的作用 2型糖尿病患者肝脏葡萄糖输出增加，肝糖原分解增强是血液葡糖升高的途径之一。BDNF治疗组显著降低肝脏重量，改善脂肪肝，而曲格列酮治疗组则显著增加肝脏重量，增加肝脏脂肪变[18]。Kuroda等[20]发现，在维持稳定血糖的前提下，输注普通胰岛素+BDNF的Zucker实验组大鼠比输注普通胰岛素+生理盐水对照组大鼠需要更多的外源性葡萄糖供给率。同时，输注BDNF实验组大鼠的内源性葡萄糖生成率比对照组显著性下降，实时定量聚合酶链反应检测肝脏糖代谢关键酶表达，两组间磷酸烯醇式丙酮酸激酶mRNA及葡萄糖-6-磷酸酶mRNA表达无显著性差异，BDNF治疗组葡萄糖激酶mRNA表达水平显著性升高，肝脏葡萄糖激酶活性较对照组升高33%，但两组间葡萄糖激酶活性无显著性差异，Tonra的研究也证实皮下注射BDNF可以显著降低丙氨酸转氨酶与天冬氨酸转氨酶的比值[9]。食欲素可以调节下丘脑BDNF表达，增加肝脏胰岛素受体表达，下调肝脏磷酸烯醇式丙酮酸激酶及葡萄糖-6-磷酸酶的表达，这种效应可以被BDNF基因剔除所阻断[16]。因此,BDNF可能是通过调节肝脏中糖代谢相关酶活性，发挥其改善血糖代谢的作用。

3 BDNF与糖尿病相关并发症

3.1BDNF与糖尿病视网膜病变 糖尿病视网膜病变是糖尿病患者致盲的主要原因。BDNF表达于视网膜神经节细胞和Müller胶质细胞，对视网膜神经节细胞的存活非常重要，同时可防止无长突细胞死亡，研究表明糖尿病大鼠BDNF mRNA水平和BDNF表达水平呈正相关，糖尿病大鼠BDNF水平减少并伴随多巴胺能无长突细胞显着减少、视功能受损，玻璃体腔注射BDNF可以改善大鼠视网膜神经退行性病变[21]。Ola等[22]的研究示，与健康对照组相比，糖尿病患者血清BDNF下降15%，但无显著性差异；与健康对照组及糖尿病非视网膜病变患者组相比，糖尿病视网膜病变患者血清BDNF水平显著下降。链脲霉素诱导的糖尿病模型大鼠成模3周后其血清BDNF已有所下降，但差异无统计学意义，成模10周后其血清BDNF出现显著性下降。然而,糖尿病视网膜病变组视网膜匀浆液中的BDNF在成模3周及10周时都显示了显著性下降。酪氨酸蛋白激酶受体蛋白是BDNF的受体蛋白，糖尿病视网膜病变组视网膜中的酪氨酸蛋白激酶受体蛋白也在3周及10周时出现了显著性下降。同时这项研究也发现糖尿病视网膜病变组视网膜中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)在第3周时开始出现进行性增加的显著性下降，经相关性分析发现caspase-3与BDNF水平呈显著负相关。Caspase-3蛋白是一种细胞内作为酶原存在的半胱氨酸蛋白酶，在细胞凋亡相关的事件中被级联放大激活。Gong等[23]的研究表明，糖尿病模型大鼠在成模后第6及第9个月时其视网膜神经节细胞数量显著下降，经玻璃体腔注射转载有BDNF基因的腺病毒后，这种下降趋势得到显著改善，提示BDNF可能通过激活酪氨酸蛋白激酶受体蛋白，抑制caspase-3激活、为受损神经元提供营养等机制保护受损神经元，使之免于凋亡。

3.2BDNF与糖尿病神经病变 糖尿病神经病变是糖尿病的常见并发症，糖尿病会导致广泛的外周神经元损伤，包括神经元传导速度减慢，轴突运输缺陷等。神经营养因子缺乏被认为是糖尿病神经病变的重要原因之一。神经营养因子，如神经生长因子、BDNF、神经营养因子3、神经因子4/5及胶质细胞源性神经生长因子，对神经元生长及维持有重要作用[24]。糖尿病小鼠血清BDNF显著减少，神经纤维的数量显著减少，药物西地那非可上调小鼠施旺细胞BDNF的表达，皮下注射BDNF可以促进神经髓鞘的形成，促进神经功能恢复[25]。外源性BDNF可以改善运动神经元的传导速度，对神经元有明确的保护作用[24]，BDNF对糖尿病神经病变有良好的治疗作用。

4 结 语

糖尿病及其并发症中，BDNF表达水平大多数呈下降趋势，部分说明了糖尿病的代谢紊乱与BDNF合成障碍相关。BDNF可以通过抑制饮食调节能量平衡，改善外周组织对胰岛素的敏感性，改善胰岛功能紊乱，改善血糖代谢及脂肪肝，改善中枢及外周神经元的功能。目前糖尿病及其并发症的治疗中并没有特别理想的药物，如果能将BDNF对糖尿病及其并发症的作用机制研究清楚，将药物的缓释技术应用于BDNF，使血液中维持稳定的BDNF浓度，则可以有效地控制血糖，因此BDNF可能是治疗糖尿病，防治糖尿病并发症的新一代较为有效的药物。

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