脑源性神经营养因子与脑梗死的关系



脑源性神经营养因子与脑梗死的关系

陈晓迪1，朱洪权2，宋唯一3，李爱丽1*

( 1.吉林大学第二医院 神经内科，吉林 长春130041；2.吉林大学第二医院 检验科，吉林 长春130041；

3.吉林大学公共卫生学院 卫生检验教研室,吉林 长春130041)

脑梗死(cerebral infarction CI)又称为缺血性脑卒中(cerebral ischeme stroke)，是由于脑部血液循环障碍，缺氧、缺血导致的局部脑组织缺血性坏死或软化。近几年来脑梗死的发病率逐年升高且出现年轻化的趋势，患者死亡率高、后遗症多，迫切需要有效的治疗方案。早在上个世纪80年代国外就有学者从猪脑提取液中发现了一种大分子物质[1]，后被称为脑源性神经营养因子( brain-derived neurotrophic factor，BDNF) ，是神经营养因子(NTs)家族的第2个成员，众多研究人员认为BDNF能预防神经元的凋亡、坏死。

1BDNF的基本特性

BDNF是一种分泌型成熟多肽，其二级结构主要由β折叠和无规则卷曲组成，每个分子单体包含3个二硫键，由119个氨基酸残基，PI值约为9.99，Mr约为3500。BDNF广泛分布在中枢神经系统(central nervous system CNS)、周围神经系统(peripheral nervous system PNS)、运动系统及内分泌系统等区域内，其中又以CNS中的大脑皮质和海马组织的含量最高[2]。Ernfors P、Wetmore C等人通过解剖大鼠脑组织发现大鼠脑组织中的BDNF mRNA与BDNF分布并不完全一致[3]。受精卵形成初期BDNF在CNS中的含量极低，但大约从胚胎形成的2周开始一直到胎儿出生后14天，CNS中的BDNF相关基因的表达水平开始持续增高，最终BDNF成为CNS中含量最高的神经营养因子。BDNF的受体系统由2种受体构成。①p75神经营养因子受体(低亲和力受体) 属于肿瘤坏死因子受体(tumour necrosis factor receptor TNRF)家族，Mr约为75000，低亲和力受体参与构成所有神经营养因子的受体系统，可以转导细胞凋亡信号；②高亲和力受体(又称原肌球蛋白相关激酶(tropomyosin-erlated kinase B,TrkB)属于酪氨酸激酶(tyrosine kinase PTK)家族，TrkB是BDNF的特异的功能受体，经研究表明BDNF和TrkB是所有神经营养因子中唯一的一对在空间和时间上协同表达的受体配体复合体[4]。

2BDNF在CNS中的作用

脑梗死发生后，缺血中心区血流完全中断，此处神经细胞将发生不可逆性死亡，目前为止临床上对此仍无任何有效的治疗方法，这也是造成脑梗死患者治疗效果不佳，易遗留后遗症的关键原因之一；目前医学界普遍认为血管及神经细胞再生是脑梗死后最有效的修复方式及未来治疗的方向。BDNF在神经系统广泛存在，脑梗死发生时BDNF不仅可以保护受损的神经细胞，而且对改善神经细胞的病理状态、促进受损神经细胞再生具有十分积极的作用[5，6]。Pencea V等人将BDNF注入小鼠的侧脑室中，发现在实验组小鼠丘脑、下丘脑、纹状体等处神经细胞的数目较对照组明显增加，由此证明BDNF可以加速小鼠脑细胞的再生从而促进受损脑组织功能的恢复[7]。国内有学者在体外培养的大鼠脑细胞中加入BDNF，并通过四氮唑盐比色法观察发现外源性BDNF可以明显提高原代神经元对缺氧耐受性，这种作用在0-6 h之内较强，而当神经元缺血、缺氧8 h后，BDNF的保护作用明显减弱；他们同时还发现在缺血、缺氧发生时加入BDNF，其对脑组织的保护作用远远不如提前24 h加入强，低剂量组的保护作用明显不如高剂量组强；说明BDNF对脑梗死时受损脑细胞的保护作用跟加入BDNF的时间及剂量有关[8]。Marlatt MW等人通过Morris水迷宫、动物活动轮等对1个月和6个月的小鼠进行训练，观察此训练对9月龄小鼠脑功能的影响,并采用溴脱氧鸟苷(BrdU)标记、测量海马脑细胞生成情况,实验发现运动可以促进小鼠海马细胞再生和提高BDNF合成水平,进而保持小鼠脑功能[9]。

3BDNF与脑梗死的关系

通过测定脑梗死患者血清BDNF的含量，有学者发现脑梗死患者脑组织受损程度与血清BDNF含量有关，BDNF含量越低，脑组织受损程度越高；因此测定脑梗死后患者血清BDNF蛋白含量可以用来衡量脑梗死严重程度及推测脑梗死患者的预后[10]。Miyake K,Yamamoto W等人发现在腔隙性脑梗死发生后的第7天，在大脑皮质、海马的缺血性半暗带中BDNF水平明显升高[11]。Y Ding通过短暂大脑中动脉缺血模型研究发现大鼠脑梗死之后，梗死边缘BDNF在神经胶质细胞及神经元细胞中表达水平明显升高，部分神经胶质细胞及大部分神经元可见胞浆深染现象[12]。以上均表明BDNF与脑梗死关系密切，并且可以促进脑梗死发生后脑功能的维持及恢复。

4BDNF对脑梗死后脑组织的保护机制

4.1抑制细胞凋亡因子活性，减少细胞凋亡、坏死

缺血再灌注损伤(ischemical reperfusion injury IRI)是导致脑梗死患者神经细胞坏死、凋亡的重要机制之一，在缺血中心区、缺血半暗带分别主要发生神经元的坏死及凋亡[13]。国内外学者一致认为对抗IRI主要通过抑制神经细胞凋亡，激活受损细胞的自我修复，促进细胞新生等环节来完成。卡斯帕酶-3是卡斯帕酶家族的一员，近年来发现卡斯帕酶-3是一种存在于胞质溶胶中并直接参与细胞凋亡过程的半胱氨酸蛋白酶，而BDNF正是通过抑制此酶的活性，抑制神经细胞的凋亡[14]。

4.2拮抗细胞内钙超载及抑制兴奋性氨基酸

脑梗死时，缺氧、缺血的脑组织中产生大量谷氨酸，谷氨酸具有激活N-乙酰谷氨酸(NMDA)受体的作用，被激活的NMDA受体使存在于脑细胞生物膜上的钙离子通道开放，导致大量Ca2+内流，引起脑细胞内Ca2+急剧增多，引起大量神经细胞坏死。BDNF不但可以减少NMDA受体表达、下调NMDA受体功能而且可以提高Ca2+结合蛋白的表达程度，降低神经细胞内Ca2+浓度，从而起到保护神经元的作用[15]。

4.3增强PKC活性

PKC是细胞信号转导过程中所需的一种蛋白激酶，大量存在于神经系统的突触前膜中，具有调节神经兴奋性，增强突触的效能。PKC在缺血再灌注的过程中活性下降，甚至突触前膜上的PKC会在脑组织缺血、缺氧时迅速失去活性，而BDNF可以增强已失活的PKC的活性，从而起到保护神经元的作用。

4.4调节Bax和Bcl-2的表达

细胞凋亡在多种基因的调控下进行，Bcl-2和Bax分别参与抑制和诱导细胞凋亡的过程，有研究发现BDNF可以调节Bax、Bcl-2的表达，抑制神经细胞的凋亡[16]。线粒体损伤介导的细胞凋亡信号转导通路是缺氧、缺血脑组织凋亡的主要途径；Bax、Bcl-2相聚可以发生聚合反应并形成异源二聚体，导致线粒体细胞色素C的释放受限，从而抑制下游凋亡级联反应[17]。Schabitz WR等发现，BDNF具有抗神经细胞调亡的作用，给脑缺血的大鼠注射BDNF后发现，Bcl-2阳性细胞数量增加，相反Bax阳性细胞数量减少；其脑梗死面积较注射安慰剂的对照组明显减少，故认为BDNF发挥抑制神经细胞调亡作用是通过调节Bcl-2、Bax蛋白的表达实现的[18]。

4.5增强抗氧化酶的活性，减轻氧自由基的损伤

细胞正常功能的维持需要完整的细胞生物膜的存在，而氧自由基可以通过使细胞内的大分子物质(如蛋白质、核酸等)发生交联反应，使细胞生物膜丧失活性进而引起脑细胞损伤。人体中存在由过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等抗氧化酶组成的抗氧化系统，该系统可以清除自由基，降低脂质过氧化程度，使体内脂质过氧化程度、自由基含量维持在平衡状态。脑组织发生IRI时可增加氧自由基的产生，并降低机体对氧自由基的清除能力，使过多的氧自由基积聚在脑组织中，这直接导致神经细胞的凋亡[19]。有研究表明：脑室注入BDNF的缺血脑组织中细胞凋亡指数与对照组相比明显降低，提示脑室注射BDNF具有抑制脑IRI后细胞凋亡的作用[20]。BDNF通过增加细胞内抗氧化酶基因的表达，提高抗氧化酶系统的活性，起到对抗自由基的氧化作用。

5展望

BDNF在神经系统疾病的治疗中具有巨大的潜能，但如何将BDNF从实验研究应用到临床实践，仍有许多问题需要解决。首先，BDNF分子量较大，难以透过血-脑屏障，静脉给药时不能到达CNS并发挥作用，脑室注射对操作者技术要求较高且容易造成较大损伤，难以推广。增加体内BDNF的释放即可解决这一难题，可是如何增加体内BDNF的释放又是另一个难题。其次，目前关于BDNF仍局限于动物实验，还无法大规模应用于临床当中。再次，脑梗死患者应该何时注入多大剂量的BDNF尚无统一意见。洪新如等人发现过大剂量的BDNF对缺氧、缺血脑组织的保护作用反而下降[21]；他还发现脑缺血损伤后马上给予BDNF效果最为显著,损伤后4 h后BDNF减轻脑水肿、防止MDA过量产生和抑制细胞凋亡的作用将明显减弱[22]。因此我们坚信随着国内外学者对BDNF研究的不断深入，BDNF必将在脑梗死的治疗中起到更加重要的作用。

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(收稿日期：2015-02-20)

作者简介：陈晓迪(1990-)，男，医学硕士，主要从事脑血管疾病的研究。

文章编号：1007-4287(2016)01-0155-03

*通讯作者