脑源性神经营养因子与外伤性脑损伤

　　作者：王敏，邓世雄 作者单位：重庆医科大学法医学教研室，重庆400016

　　【摘要】 脑损伤(BI)后，大脑神经元具有一定再生能力，但需要有神经营养因子(NTFs)的参与。脑源性神经营养因子 (BDNF)在大脑神经元以及胶质细胞中均可合成，不仅具有神经元保护和促进神经细胞的分化和再生功能，还对大脑损伤后脑功能的恢复起重要作用。进一步研究BDNF在脑损伤后的含量变化与损伤时间、损伤程度是否具有相关性，有可能为临床脑损伤的治疗、损伤时间、损伤程度的判断、以及判断预后提供新的方法。

　　【关键词】 颅脑损伤;神经病理学;神经营养因子

　　Roles of brainderived neurotrophic factor in traumatic brain injury

　　WANG Min，DENG Shixiong

　　Department of Forensic Medicine,Chongqing Medical University,Chongqing400016,China

　　Abstract:After brain injury,the cerebral neuron has some regeneration capacity.However，it largely depends on participation of neurotrophic factors(NTFs).Brainderived neurotrophic factor(BDNF) is one of the NTFs members，which is secreted by three major cell types in the cerebral brain injury，namely，neurons，astrocytes and oligodendrocytes.BDNF can not only protect neurons，but also promote cell regeneration and differentiation.Study on the correlation between the content of BDNF in the brain injury,injury time and injury severity may offer a new way for the clinical treatment of brain injury and judgement of posttraumatic intervals and degree of injury in brain injury.

　　Key words：brain injury;neuropathology;neurotrophic factor

　　脑源性神经营养因子(brianderived neurotrophic factor，BDNF)在神经系统的生长发育中，对神经元的生存，分化起作重要作用，对脑损伤后神经细胞的增殖、分化和移行等所起的作用也逐渐被人们所认识。现对脑源性神经营养因子及其在脑损伤中的作用作如下介绍。

　　1BDNF的生物学特点

　　BDNF是由德国神经化学家Barde及其同事于1982年首次从猪脑中分离纯化出具有促进神经生长活性的一种蛋白质，属于神经营养素家族，其分子单体是由119个氨基酸残基组成的分泌型成熟多肽，其基因定位于人11pl3和鼠12号染色体上，蛋白等电点为9.99，分子量为13.5kD。BDNF主要由β折叠和无规则卷曲二级结构组成，具有3个二硫键，自然状态下的BDNF的亚基之间通过疏水性作用形成活性二聚体[1]。在中枢神经系统中，BDNF主要在神经元内合成，由轴突运输，通过酪氨酸激酶受体B(tyrosine kinase receptor，TrkB)作用于靶组织发挥作用。当BDNF与靶组织细胞膜上的受体结合后，促进TrkB同源二聚体形成，激活受体，诱导TrkB受体特异位点的自磷酸化,进而顺序激活多种蛋白和酶，将BDNF信号传递至胞核，启动即早基因和延迟反应基因的转录或直接参与多种生理反应。

　　2BDNF与外伤性脑损伤

　　2.1外伤性脑损伤后BDNF的表达外源性给予BDNF能保护中枢神经元、修复脑损伤，同时脑损伤后BDNF mRNA表达增加，其特异的功能受体TrKB表达亦见增多，且时空分布与BDNF mRNA相对应，从而扩大了BDNF的功效[2]。在海马结构中，BDNF mRNA在对损伤相对耐受的齿状回、皮层及海马CA2区表达增加明显，而在CA1区则无表达增加。脑损伤后BDNF mRNA表达的调节只在特定的细胞群产生，说明各个脑区神经元调节BDNF mRNA表达的潜力不同。最近的研究认为基因的改变可以影响BDNF的表达，通过改变Val66等位基因，可以增强BDNF的表达功能，有利于脑损伤的恢复[3]。在海马回的CA3亚区对冲击性脑外伤高度敏感，其敏感程度与年龄有关，而其基因表达的改变导致BDNF表达降低是老年人大脑更易损伤的潜在机制[4]。近年的研究表明，锻炼、年龄、饮食等外部因素也可引起BDNF表达的改变。Griesbach等[5]发现，外伤性脑损伤后，推迟进行功能锻炼，有助于BDNF增量调节;而伤后即进行锻炼，则会降低BDNF的表达，有可能推迟损伤愈合。在对不同年龄的大鼠脑损伤模型的研究中，Shetty等[6]在相同程度脑损伤后于相同的时间点测定其BDNF含量，得出大鼠年龄越大，其脑内BDNF 的含量越低，愈合的状况越差的结果。脑损伤后，不同性别的BDNF表达的空间区域也不完全相同[7]。饮食中过多的饱和脂肪酸(saturated-fat)也能降低BDNF的水平，从而降低海马回的可塑性和加重认知功能的损害[8，9]。所以，BDNF与其受体在细胞分布上的一致性表达上调可抵御神经元损伤，而降低BDNF的表达，则会减弱神经元对损伤的抵抗，并降低受损神经元自我修复、增生，移行的功能。同时BDNF的表达受多种内部和外部因素的影响，与损伤程度和损伤时间具有一定的量效关系。同等程度损伤后，各脑区BDNF mRNA表达到最大量的时间不同，而不同程度的损伤，在相同的时间点BDNF的表达量也不一样。Griesbach等[5]在对大鼠冲击性脑损伤模型研究中发现，大脑海马回的BDNF的表达量与损伤程度和损伤时间具有相关性。脑损伤后BDNF mRNA的表达增加是神经元对脑损伤的自身保护。在对BDNF对视神经损伤的保护作用的研究中也发现，如在视神经损伤前有持续一段时间的脑损伤，则会提高视网膜神经节细胞对损伤的耐受，而这种神经保护作用与视网膜的 BDNF表达无关[10]。另有研究表明：若事先遭受过较轻损伤刺激的神经元在面临相继而来的非致死性较严重的损伤时，可显示出较强的耐受性。以往人们认为这种损伤耐受性可能是事先的刺激提高了热休克蛋白的水平，进而发挥神经保护作用，但目前的证据不支持这种假说[11]，而认为是BDNF相关主导作用[12]。因为这种预先刺激在相继而来的较重刺激之前，已经诱导了BDNF mRNA在脑内易损区的表达增加。

　　2.2外伤性脑损伤后BDNF的作用机制关于脑损伤后引起神经元死亡的机制还未确定，但谷氨酸细胞毒性及细胞内钙超载假说正为人们所接受。具有谷氨酸受体的神经元，对脑损伤的刺激特别敏感，如海马CA1区锥体神经元和基底节神经元富含NMDA受体，因此特别容易遭受继发损伤[7]。谷氨酸受体激活通过细胞膜配体门控性和电压依从性离子通道，促进Ca2+内流导致神经元损伤和死亡。细胞内钙的增加可诱导蛋白激酶的过分激活及自由基的形成增加，继而损伤神经元，阻止细胞内钙的增加以及减少自由基的生成，都能保护神经元抵御损伤。BDNF可使培养的海马神经元内的钙结合蛋白Calbindin mRNA及Calbindin的含量增加 ，这种钙结合蛋白能使细胞内超量的Ca2+排出，维持细胞内钙稳定，从而保护神经元抵御损伤[13]。BDNF、GDNF能使体外培养的神经元内超氧化物歧化酶、谷胱甘酞过氧化物酶含量明显增加，使自由基减少，从而减轻自由基对神经元的损伤[14]。BDNF促进损伤神经的再生机制大家普遍认为是BDNF在把信号传递到细胞膜内过程中，能打开一种称为TRPC的细胞膜阳离子通道，促使神经纤维最前段生长锥内的钙离子浓度增加，从而能引导神经纤维朝BDNF浓度高的一侧方向生长。

　　2.3BDNF在外伤性脑损伤中的作用脑损伤可以使很多神经营养因子表达增加，其中BDNF则可以削弱因为细胞毒素、自由基、缺氧或外伤等相关因素所启动的脑损伤。其机制可能包括自由基代谢以及对钙平衡的维持等。有研究表明,脑损伤后，BDNF可通过调节caspase 3的活性来起到治疗作用，如果损伤导致caspase 3丧失活性，则BDNF的治疗无作用[15]。Bachis等[16]发现BDNF能减少HIV1介导的活体内的神经细胞的死亡，这为艾滋病人的治疗和提高其生活质量提供了一种新的方法。在细菌性脑膜炎中，BDNF能够抗氧化并能有效的减少细菌性脑膜炎多种脑损害，可能是脑炎症性反应的内源性神经保护性机制的组成之一，因此可以作为这种疾病的辅助治疗手段，能有效的保护大脑神经元和海马回的空间记忆等功能[17-20]。在对老年性痴呆的研究中发现，多巴胺神经元通过自分泌和旁分泌两种途径分泌BDNF以减少纹状体的营养缺失[21]。以前的研究认为BDNF对脑组织及空间记忆功能有保护作用，但最近的研究发现，脑损伤后，不同性别的BDNF表达空间区域不同，在对环境强化以改善空间认知方面没有明显作用[22]。但BDNF抵抗神经损伤，促进神经元的修复、分化、增殖，加强神经功能恢复等方面的作用已经较为肯定，因此，可以通过内部和外部条件的改变来强化BDNF的表达来治疗脑损伤，并可把BDNF表达量的变化作为疗效指标之一。

　　3BDNF应用的未来前景及展望

　　内源性或外源性给予BDNF防止及治疗神经元损伤已取得了较大的进展，美国学者Henry等[23]研究发现，脑源性神经因子可通过作用于内源性神经祖细胞来增强神经的再生功能。国内学者赵志英等[24]在NSC移植中发现，经过hBDNF基因修饰的NSC移植较单独NSC移植疗效好。BDNF是蛋白质，不能通过血脑屏障，但Siironen等[3]通过改变BDNF等位基因Val66，显著增强了BDNF的表达功能。有效的避免给予外源性神经营养因子所带来的各种困难。但影响内源性BDNF表达的因素很多，如何寻找一种或几种简单方便而又高效的方法来增加内源性神经营养因子的合成、释放、与受体结合是临床亟待解决的课题。综上所述，脑损伤时可诱导BDNF在一些脑区的表达增加，表达后的产物可能通过维持细胞内钙的稳态环境以及清除自由基的机制，实现保护神经元抵御损伤作用，这些研究结果显示出了应用BDNF治疗脑损伤的广阔前景。而对影响BDNF表达诸因素之间的协同作用以及BDNF表达量与大脑功能及脑损伤时间、程度及治疗效果的相关性研究较少，这方面的研究有可能为临床更好的治疗脑损伤、恢复脑功能以及判断损伤时间、损伤程度和判断预后提供新的方法。

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