李靜靜 葉長(zhǎng)林

(上海體育學(xué)院 上海 200438)

腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)主要通過(guò)TrkB受體酪氨酸激酶發(fā)揮其對(duì)神經(jīng)元的作用。BDNF與其受體TrkB在腦內(nèi)廣泛表達(dá)[1],最近研究表明BDNF也可在非神經(jīng)組織表達(dá),如骨骼肌等[2]。BDNF可調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)育和突觸可塑性,其在下丘腦調(diào)節(jié)體重和能量代謝通路中也起重要作用。另外,最近研究顯示BDNF不僅在中樞代謝通路中起重要作用,而且在骨骼肌代謝中作為重要的調(diào)節(jié)者[2]。

1 BDNF與神經(jīng)退行性疾病

BDNF在神經(jīng)元的存活、生長(zhǎng)、維持中起重要作用[3],在學(xué)習(xí)和記憶保持中也起重要作用[4]。阿爾茨海默病患者海馬和血清中BDNF表達(dá)下降。亨廷頓氏綜合癥患者和帕金森癥患者BDNF水平均有所下降。另外,抑郁癥患者血清BDNF水平與正常人相比有所下降。血清BDNF水平是老齡婦女學(xué)習(xí)和一般認(rèn)知功能受損的生物標(biāo)記物。

2 BDNF與代謝障礙

肥胖和2型糖尿病患者循環(huán)系統(tǒng)中BDNF水平較低[5],在2型糖尿病非肥胖患者中血漿BDNF水平下降,提示BDNF可通過(guò)不同的途徑調(diào)節(jié)肥胖和胰島素抵抗。另外,BDNF在攝食失調(diào)和調(diào)節(jié)體重中起一定作用。

低BDNF水平不僅存在于神經(jīng)退行性疾病,而且也存在于代謝疾病。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子如BDNF可能不僅在癡呆和抑郁中起重要作用,也可能在2型糖尿病等代謝疾病中起一定作用。

3 動(dòng)物學(xué)代謝研究

動(dòng)物學(xué)研究顯示,BDNF在能量平衡和胰島素信號(hào)通路中起重要作用。BDNF可降低肥胖大鼠的攝食量和血糖水平[6]。中樞或外周注射BDNF可導(dǎo)致食物攝入下降和能量輸出增加,改善肥胖合并糖尿病大鼠的高胰島素血癥和高葡萄糖血癥。BDNF基因?qū)肟梢痼w重顯著下降,緩解肥胖相關(guān)的胰島素抵抗。盡管BDNF對(duì)食欲調(diào)節(jié)信號(hào)通路有一定的影響,但其降血糖作用并不完全歸結(jié)于其降食欲作用。BDNF注射對(duì)血糖平衡起至關(guān)重要的作用,可改善肥胖大鼠的胰島素抵抗。

BDNF與其受體TrkB有高親和性,而TrkB與通過(guò)胰島素受體底物1/磷脂酰肌醇激酶3/蛋白激酶B介導(dǎo)的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是耦合的。這條特殊的途徑不僅可調(diào)節(jié)神經(jīng)元存活和突觸可塑性,而且對(duì)胰島素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和胰島素抵抗也起著重要的調(diào)節(jié)作用[7],提示BDNF在胰島素敏感性方面可能發(fā)揮了一定的作用。

4 BDNF和運(yùn)動(dòng)

2型糖尿病、心血管疾病、癡呆和抑郁等患者循環(huán)中BDNF水平下降,運(yùn)動(dòng)可增加循環(huán)中BDNF水平,因此,運(yùn)動(dòng)可在一定程度上降低2型糖尿病、心血管疾病、癡呆及抑郁等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。體力活動(dòng)不足和適度的體力活動(dòng),均可改變嚙齒類動(dòng)物腦內(nèi)BDNF的表達(dá),當(dāng)剝奪大鼠習(xí)慣性的運(yùn)動(dòng)時(shí),其腦內(nèi)BDNF和TrkB信號(hào)下調(diào)。也有研究顯示高脂膳食可降低海馬內(nèi)BDNF水平,而運(yùn)動(dòng)可逆轉(zhuǎn)BDNF下降和海馬突觸可塑性受損[8]。轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)結(jié)合能量限制,或者是這兩種方式結(jié)合可提高肥胖小鼠海馬的BDNF水平,海馬BDNF水平的上升伴隨著海馬顆粒神經(jīng)元第二、三級(jí)樹突樹突棘密度的增加,這提示糖尿病可對(duì)海馬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響,但通過(guò)增加能量輸出和降低能量攝入可緩解糖尿病及其引起的認(rèn)知功能受損。

BDNF可能與外周代謝有關(guān)。嚙齒類動(dòng)物研究顯示骨骼肌收縮時(shí)骨骼肌細(xì)胞中BDNF mRNA表達(dá)增加,這些BDNF來(lái)源于骨骼肌層的神經(jīng)元。也有研究顯示,骨骼肌細(xì)胞可表達(dá)BDNF mRNA,運(yùn)動(dòng)可通過(guò)抑制組蛋白去乙酰化酶來(lái)增加BDNF mRNA的表達(dá)[9]。最初的研究顯示運(yùn)動(dòng)后骨骼肌BDNF mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)增加,然而骨骼肌來(lái)源的BDNF似乎并沒(méi)有釋放進(jìn)入血液循環(huán)。細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果顯示:電刺激時(shí)骨骼肌細(xì)胞表達(dá)BDNF mRNA和蛋白質(zhì)增加,但并未釋放入細(xì)胞培養(yǎng)基中,這就排除了BDNF來(lái)源于其他細(xì)胞的可能性。另外,BDNF增加了AMPK和ACCβ的磷酸化,增加了體內(nèi)和體外的脂肪氧化。

5 結(jié)語(yǔ)

肌肉收縮時(shí)骨骼肌產(chǎn)生BDNF增多,其促使脂肪氧化能力增強(qiáng)。BDNF被確定為肌肉收縮誘導(dǎo)的一種新蛋白質(zhì),可能對(duì)與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的多種健康益處有促進(jìn)作用,這種作用的發(fā)揮可能是通過(guò)增強(qiáng)骨骼肌內(nèi)脂肪氧化實(shí)現(xiàn)的。BDNF表達(dá)于肌肉中及其對(duì)脂肪氧化的影響研究為我們提供了一個(gè)新的方向:BDNF在神經(jīng)生物學(xué)及中樞和外周代謝中扮演一個(gè)多效性角色。

[1]Huang EJ,Reichardt LF.Neurotrophins:roles in neuronal development and function[J].Annu Rev Neurosci,2001,24:677-736.

[2]Matthews VB,Astr m MB,Chan MHS,et al.Brain derived neutrophic factor is produced by skeletal muscle cells in response to contraction and enhances fat oxidation via activation of AMPK[J].Diabetologia,2009,52:1409-1418.

[3]Mattson MP,Maudsley S,Martin B. BDNF and 5-HT:a dynamic duo in age-related neuronal plasticity and neurodegenerative disorders[J].Trends Neurosci,2004,27:589-594.

[4]TylerWJ, Alonso M, Bramham CR,et al.From acquisition to consolidation: on the role of brainderived neurotrophicfactor signaling in hippocampaldependent learning[J].Learn Mem 2002,9:224-237.

[5]Krabbe KS, Nielsen AR, Krogh-Madsen R,et al.Brainderived neurotrophic factor (BDNF)and type 2 diabetes[J].Diabetologia,2007,50:431-438.

[6]Unger TJ,Calderon GA,Bradley LC,et al.Selective deletion of Bdnf in the ventromedial and dorsomedial hypothalamus of adult mice results in hyperphagic behavior and obesity. J Neurosci,2007,27:14265-14274.

[7]Hotamisligil GS. Inflammation and metabolic disorders[J].Nature,2006,444:860-867.

[8]Molteni R, Wu A, Vaynman S, et al. Exercise reverses the harmful effects of consumption of a high-fat diet on synaptic and behavioral plasticity associated to the action of brainderived neurotrophic factor[J].Neuroscience,2004,123:429-440.

[9]Avila AM, Burnett BG, Taye AA, et al. Trichostatin A increases SMN expression and survival in a mouse model of spinal muscular atrophy[J].J Clin Invest,2007,117:659-671.