方靜 黃芹 周莉 李家磊 莫敏

抑郁障礙是常見(jiàn)的精神疾病之一，以情緒低落、思維遲緩和意志活動(dòng)減弱等為主要的臨床表現(xiàn)。2008 年，世界衛(wèi)生組織（WTO）將重性抑郁障礙（Major Depressive Disorder,MDD）列為全球第三大疾病負(fù)擔(dān)，并預(yù)測(cè)該疾病在2030 年成為全球第一大的疾病負(fù)擔(dān)[1]。國(guó)際疾病分類第十次修訂本（International Classification of Diseases-10,ICD-10）也將注意力降低作為診斷抑郁障礙的附加癥狀。近年來(lái)，相關(guān)研究[2]認(rèn)為BDNF 基因多態(tài)性Val66Met 及其前體蛋白（proBDNF）水平可能影響認(rèn)知障礙的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，但尚未完全闡明。認(rèn)知功能的損害將導(dǎo)致抑郁障礙患者的社會(huì)功能低下，因此，闡明重要的病因機(jī)制能為臨床提供更為有效的治療?，F(xiàn)對(duì)proBDNF 及其基因多態(tài)性Val66Met 與抑郁障礙認(rèn)知功能損害間關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 BDNF 相關(guān)的生物學(xué)特性

1982 年，Barde 等[3]從豬腦中純化了一種新的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子并發(fā)現(xiàn)該神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子能使雞胚感覺(jué)神經(jīng)元存活并促使神經(jīng)纖維生長(zhǎng)，也是維持成熟中樞系統(tǒng)及周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元生存及生理功能所必需的。BDNF 具有多種生物特性，例如調(diào)節(jié)突觸連接、遞質(zhì)傳遞、可塑性以及調(diào)節(jié)海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（Long Term Potentiation,LTP）[4，5]。BDNF 最 初 合 成 分子量為32KDa 的proBDNF，在突觸中經(jīng)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外酶切割后產(chǎn)生分子量為14KDa 的成熟型腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（mature for Brain-Derived Neurotrophic Factor，mBDNF）等。而proBDNF 和mBDNF 分別通過(guò)與p75 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體（p75NTR）和酪氨酸激酶B 受體（tyrosine kinase B，TrkB）結(jié)合在神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)、可塑性以及傳遞遞質(zhì)等方面發(fā)揮著相反的作用[6]。Je 等[7]通過(guò)向小鼠神經(jīng)肌肉接頭分別注入proBDNF和mBDNF 進(jìn)行藥理實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，proBDNF 促進(jìn)突觸消除，mBDNF 延遲突觸消除。BDNF 蛋白水解轉(zhuǎn)化作用決定了“懲罰信號(hào)”與“獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)”，proBDNF 充當(dāng)“懲罰信號(hào)”，激活p75NTR 抑制突觸傳遞以及引起神經(jīng)末梢回縮，而神經(jīng)元驅(qū)動(dòng)金屬蛋白酶分泌、活化以促使proBDNF 轉(zhuǎn)化為mBDNF，這便是末端競(jìng)爭(zhēng)的獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)[7]。NR2B 是海馬長(zhǎng)時(shí)程抑制（long term depression，LTD）唯一的N-甲基-D-天門(mén)冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受體亞基，未切割的proBDNF 通過(guò)調(diào)節(jié)NR2B 亞基的表達(dá)來(lái)促進(jìn)LTD，proBDNF 激活p75NTR 以增強(qiáng)LTD,而mBDNF 激活TrkB 促進(jìn)LTP 并抑制LTD[8]。

2 proBDNF 與抑郁障礙以及認(rèn)知功能

BDNF 又稱為“忘憂藥”，其在抑郁障礙和焦慮障礙中有積極作用，抗抑郁藥可增加抑郁障礙患者BDNF 水平；proBDNF 在精神疾病中起著相反作用，proBDNF 水平的升高可能會(huì)引起情緒障礙[9]。向野生型小鼠顯微注射proBDNF 后增加了小鼠的抑郁樣行為,而向慢性不可預(yù)知性應(yīng)激（Unpredictable Chronic Mild Stress,UCMS）大鼠的腦室內(nèi)（ICV）和腹膜內(nèi)（IP）注射proBDNF 抗體顯著逆轉(zhuǎn)了其抑郁樣行為并恢復(fù)了探索活動(dòng)和脊柱生長(zhǎng)[4，10]。同樣，向UCMS 小鼠前扣帶回皮層（ACC）中注射抗proBDNF逆轉(zhuǎn)了抑郁樣行為以及增加了大腦中的覓食行為和BDNFmRNA 的量，而注射抗BDNF 卻沒(méi)有明顯改變[11]。Chen 等[12]的研究報(bào)道，經(jīng)proBDNF 處理的小鼠在Morris 水迷宮測(cè)試得分更差，表明其記憶力與學(xué)習(xí)能力下降；而經(jīng)proBDNF 抗體治療的小鼠在各項(xiàng)測(cè)試中得分最高，得出proBDNF 可作為空間學(xué)習(xí)等認(rèn)知功能的抑制因子，并且使用免疫熒光染色還發(fā)現(xiàn)proBDNF 抑制細(xì)胞增殖。因此，注射特異性proBDNF 抗體可能是治療情緒障礙及改善認(rèn)知的新型治療方法。

近年來(lái)“神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō)”得到了廣大學(xué)者的支持，認(rèn)為神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子是抑郁障礙中的病理生理關(guān)鍵因素。Zhou 等[13]使用了ELISA 和Western blot 方法評(píng)估重性抑郁障礙患者的血清、淋巴細(xì)胞proBDNF 及其受體等水平，結(jié)果提示血清中的proBDNF、sortilin 和p75NTR 高于對(duì)照組并與抑郁障礙程度呈正相關(guān)，而血清中mBDNF、TrkB 低于對(duì)照組并與抑郁障礙程度呈負(fù)相關(guān)。從而發(fā)現(xiàn)proBDNF/ p75NTR/ sortilin 和mBDNF/ TrkB 信 號(hào)通路之間存在平衡失調(diào)，并且可能參與了抑郁障礙的發(fā)生機(jī)制。Bai 等[10]建立了UCMS 大鼠模型，發(fā)現(xiàn)大鼠腦中的proBDNF、sortilin 和p75NTR 表達(dá)均上調(diào)，而在大鼠新皮質(zhì)和海馬中的mBDNF 和TrkB均表達(dá)下調(diào)，這與Zhou 等[13]的研究結(jié)果一致。同樣在一些動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中，再次證明了大鼠海馬中BDNF/proBDNF 的比率顯著提高了突觸可塑性并且減少了抑郁樣行為的發(fā)生[14]。

在一些抑郁障礙的研究中，proBDNF 水平升高并不是因?yàn)锽DNF 轉(zhuǎn)錄增加導(dǎo)致的，而是由于抑制了proBDNF 蛋白水解[10，15]，因此蛋白酶處理proBDNF 的過(guò)程在神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白發(fā)揮其生物學(xué)作用中起關(guān)鍵作用?？挂钟羲幬锾岣遬roBDNF 的蛋白水解切割酶水平以促進(jìn)proBDNF 向mBDNF 的轉(zhuǎn)化以及促進(jìn)神經(jīng)元的可塑性[15，16]。在豐富環(huán)境（Enriched Environment，EE）和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（Standard Environment，SE）大鼠海馬中的proBDNF、組織纖溶酶原激活劑（tissue-Plasminogen Activator，tPA）表達(dá)沒(méi)有差異，但在EE 大鼠海馬中的基質(zhì)金屬蛋白酶-9（Matrix Metalloproteinase-9，MMP-9）水平明顯上調(diào)，這可能有助于proBDNF 向BDNF 的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致EE 大鼠中的BDNF 蛋白水平增加，最終減輕了焦慮與抑郁樣行為[15]。也有研究[17]認(rèn)為，體力活動(dòng)可增加海馬中的p11（Calpactin-1 light chain）和tPA 的 mRNA 表達(dá)，從而促進(jìn)更高的proBDNF切割速率，產(chǎn)生高水平的mBDNF，最終改善其學(xué)習(xí)以及空間記憶能力等認(rèn)知功能。學(xué)習(xí)無(wú)助（LH）和慢性輕度應(yīng)激（CMS）小鼠模型海馬中的BDNF 水平降低，并且在水迷宮任務(wù)中的空間認(rèn)知能力也有所下降，但服用抗抑郁藥物治療后，其認(rèn)知功能又有所改善[18]。Diniz 等[16]提出的“連續(xù)分類假設(shè)”則認(rèn)為抗抑郁藥可能會(huì)根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)TrkB/p75NTR 的信號(hào)傳導(dǎo)，找到一種平衡能促進(jìn)更有效的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，避免神經(jīng)元的冗余。應(yīng)激小鼠中proBDNF 水平升高但經(jīng)過(guò)抗抑郁藥物氟西汀治療后，其proBDNF 又有所下降[10]。proBDNF 可能作為抑郁障礙的生物標(biāo)志物，并可能成為治療抑郁障礙的潛在治療靶點(diǎn)[10]。這些發(fā)現(xiàn)在不同程度上提示了proBDNF 水平的改變與抑郁障礙患者認(rèn)知障礙存在一定聯(lián)系。

3 BDNF 基因多態(tài)性Val66Met

近年來(lái)，隨著對(duì)BDNF 研究的增多，其基因多態(tài)性也引起了學(xué)者們的極大興趣。BDNF 基因位于染色體11p13～14，BDNFVal66Met 多態(tài)性位于BDNF 基因編碼的前結(jié)構(gòu)域密碼子66 位上，當(dāng)鳥(niǎo)嘌呤突變?yōu)橄汆堰?，?dǎo)致甲硫氨酸取代了纈氨酸[19，20]。該基因多態(tài)性存在3 種單倍體分布，分別為Val/Val、Val/Met 和Met/Met[20]。Cattaneo 等[14]從孕周為15～17 周的139 名健康妊娠女性中獲得羊水（Amniotic Fluid,AF），發(fā)現(xiàn)Met 攜帶者相對(duì)于非攜帶者的BDNF 蛋白水平顯著降低，其結(jié)果提示該多態(tài)性在大腦結(jié)構(gòu)和功能以及精神障礙易感性的個(gè)體差異中發(fā)揮著重要作用。該多態(tài)性對(duì)大腦系統(tǒng)的發(fā)育以及可塑性有重要影響，可能作為大腦表達(dá)的修飾遺傳因素之一[21]。前結(jié)構(gòu)域具有調(diào)節(jié)突觸的結(jié)構(gòu)與功能作用，與proBDNF 的作用類似[22]。

BDNF 前結(jié)構(gòu)域在突觸靶向和活性依賴分泌中起著關(guān)鍵作用，BDNF 活性依賴分泌而不是總體濃度參與控制突觸傳遞以及可塑性，活性依賴的突觸調(diào)節(jié)對(duì)于成年人大腦發(fā)育以及認(rèn)知功能至關(guān)重要[6，23]。BDNF 前結(jié)構(gòu)域的改變損害了原皮層神經(jīng)元和神經(jīng)分泌細(xì)胞,從而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central Nervous System，CNS）的選擇性功能損傷[2]。最早Egan 等[24]發(fā)現(xiàn)該多態(tài)性降低了與sortilin 相互作用，從而導(dǎo)致BDNF 活性依賴性分泌量減少，并且觀察到該多態(tài)性主要表型之一為記憶障礙。Chen 等[2]發(fā)現(xiàn)該多態(tài)性雜合的人會(huì)同時(shí)表達(dá)BDNFVal 和BDNFMet,并且70%的BDNF 變體會(huì)形成異二聚體,而該二聚體無(wú)法有效地分類到分泌顆粒中,并且影響了proBDNF 與sortilin 的結(jié)合，最終導(dǎo)致分泌量下降。大多數(shù)含BDNF 的囊泡通過(guò)調(diào)控途徑分泌至突觸后的樹(shù)突和棘突，調(diào)控途徑失敗將導(dǎo)致met-BDNF的囊泡不能靶向運(yùn)輸至神經(jīng)元和突觸[6]。在細(xì)胞體和樹(shù)突中表達(dá)的val-BDNF-GFP（綠色熒光蛋白，Green Fluorescent Protein，GFP）神經(jīng)元呈點(diǎn)狀分布，表達(dá)的met-BDNF-GFP 神經(jīng)元的卻在周?chē)藚^(qū)域形成大簇，在加工和分泌以及突觸定位也有明顯的缺陷[6，24]。Anastasia 等[25]檢測(cè)到Val66Met 置換區(qū)域附近殘基發(fā)生了特定的構(gòu)象變化,由Val66 前結(jié)構(gòu)域的b 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镸et66 的螺旋構(gòu)象,而局部結(jié)構(gòu)的微小變化會(huì)大大改變蛋白質(zhì)的活性。Met 變體前結(jié)構(gòu)域能與SorCS2 相互作用,而Val66 前結(jié)構(gòu)域中的相同殘基卻不與SorCS2 結(jié)合[25]。SorCS2 促進(jìn)proBDNF、p75 NTR 與下游信號(hào)蛋白的相互作用以促進(jìn)海馬神經(jīng)元生長(zhǎng)錐縮回，最終可能導(dǎo)致記憶力的改變以及抑郁障礙和焦慮障礙的發(fā)病率的增加[25]。因此，proBDNF 基因多態(tài)性Val66Met 可能影響proBDNF 加工、運(yùn)輸及分泌過(guò)程，進(jìn)而影響大腦系統(tǒng)的發(fā)育、突觸傳遞和連接以及可塑性。

但也有研究顯示，Kailainathan 等[26]對(duì)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)器以及圓二色性兩方面分析未發(fā)現(xiàn)proBDNFVal66 和Met66 變體之間的結(jié)構(gòu)有重大差異，而通過(guò)表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）也并未發(fā)現(xiàn)proBDNFVal66 和Met66 變體與TrkB、p75NTR、sortilin 以及SorCS2 受體結(jié)合親和力存在明顯差異。目前，對(duì)于BDNFVal66 和Met66 變體之間的差異性研究還較少，未來(lái)的研究應(yīng)從生物物理、動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞學(xué)差異等領(lǐng)域展開(kāi)。

4 BDNF 基因多態(tài)性Val66Met 與抑郁障礙及認(rèn)知相關(guān)

認(rèn)知障礙是抑郁障礙的核心特征之一，特別是執(zhí)行功能障礙和注意力障礙[27]。認(rèn)知障礙包括執(zhí)行功能障礙、記憶力障礙、沖動(dòng)性以及持續(xù)和選擇性注意障礙[28]。部分抑郁障礙患者即便在緩解期間仍有認(rèn)知功能損害，而完整的認(rèn)知功能對(duì)于維持抑郁障礙患者的社會(huì)功能、生活質(zhì)量和工作能力至關(guān)重要。認(rèn)知障礙的發(fā)生可能與多種基因有關(guān)，認(rèn)知障礙的問(wèn)題還可能會(huì)影響其他方面的功能障礙。隨著靜息態(tài)磁共振成像（Resting State functional Magnetic Resonance Imaging,RS-fMRI））技術(shù)等影像學(xué)的發(fā)展，相關(guān)研究[21，24，28～30]發(fā)現(xiàn)大腦結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)與認(rèn)知障礙存在著一定聯(lián)系，比如海馬體積的減少影響海馬功能。Met-BDNF 等位基因異常調(diào)節(jié)分泌可能改變了皮質(zhì)發(fā)育和可塑性的過(guò)程，影響正常人大腦新皮層中灰質(zhì)的體積，例如前額葉皮層的側(cè)凸[21]。皮質(zhì)形態(tài)部分的改變不僅是因Val66met短期調(diào)節(jié)的神經(jīng)遞質(zhì)的反映，還是由于BDNF 長(zhǎng)期介導(dǎo)大腦神經(jīng)發(fā)育過(guò)程[21]。前額葉皮層（Prefrontal Cortex，PFC）對(duì)執(zhí)行功能具有重要作用，而B(niǎo)DNF 在海馬以及前額皮質(zhì)中表達(dá)豐富[24]。

神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試可評(píng)估抑郁障礙患者的認(rèn)知功能，在一些記憶力和執(zhí)行功能測(cè)試中，Met 攜帶者的得分更低，并且BDNF Val66Met 與海馬體體積降低有關(guān)[21，24]。首先，Hajek 等[29]的薈萃分析399 位健康受試者，發(fā)現(xiàn)Met 攜帶者的雙側(cè)海馬體更小。其次，Yang 等[30]同樣發(fā)現(xiàn)Met/Met 和Val/Met 個(gè)體均顯示出與Val/ Val 個(gè)體明顯的解剖差異，其額葉、顳葉、扣帶狀和島狀皮質(zhì)的灰質(zhì)（GM）較少，Met 等位基因可能會(huì)引起腦形態(tài)學(xué)改變。近年來(lái)，Huang等[28]發(fā)現(xiàn)MDD 患者中的左側(cè)額上回（SFG）和左側(cè)顳下回（ITG）中的低頻波動(dòng)的分?jǐn)?shù)幅度（fALFF）值與WCST 中完成類別的數(shù)量以及CPT 第2 次測(cè)試得分存在顯著相關(guān)性。Legge 研究小組[31]對(duì)MDD和健康志愿者進(jìn)行磁共振成像掃描后發(fā)現(xiàn)Met 攜帶者額中部區(qū)域以及前扣帶回的表面積減少明顯，從而認(rèn)為前扣帶回和額中部區(qū)域皮質(zhì)變薄與神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白假說(shuō)提出的關(guān)鍵區(qū)域一致。這些研究提示Met 攜帶者相應(yīng)的腦區(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及功能連接存在異常與抑郁障礙患者的認(rèn)知功能有關(guān)。

有些研究得出了不一致的結(jié)果，Kailainathan等[26]發(fā)現(xiàn)proBDNF Met66 對(duì)糖原合成酶激酶3-pTau 蛋白（GSK3-pTau）信號(hào)通路沒(méi)有影響，并且不會(huì)影響LTP 或LTD。此外，Lisiecka 等[32]比較了健康對(duì)照者和MDD 患者的兩種基因型在情緒評(píng)估神經(jīng)方面的差異，在MDD 發(fā)作期間，Met 攜帶者較Val 純合子的皮質(zhì)區(qū)室、皮層下區(qū)域的激活增加，皮質(zhì)區(qū)室與情緒信息的認(rèn)知評(píng)估相關(guān)，而皮層下區(qū)域負(fù)責(zé)內(nèi)臟對(duì)情緒的刺激。相關(guān)研究顯示[26]，Met66變體不會(huì)導(dǎo)致突觸信號(hào)傳導(dǎo)減弱，但會(huì)增強(qiáng)腦損傷后認(rèn)知的恢復(fù)以及延遲衰老期間認(rèn)知功能障礙。同樣，Verhagen 等[33]進(jìn)行的薈萃分析卻不支持BDNF Val66Met 多態(tài)性與MDD 之間存在遺傳關(guān)聯(lián)，但發(fā)現(xiàn)BDNF Val66Met 多態(tài)性在男性MDD 的神經(jīng)生物學(xué)發(fā)展中可能發(fā)揮更為重要的作用。

我們推測(cè)這些結(jié)果產(chǎn)生不一致的原因：首先，各種族所攜帶Met 等位基因的頻率不一致[33]；其次，在實(shí)際工作中對(duì)于抑郁障礙的診斷以及對(duì)認(rèn)知功能的評(píng)估方式具有差異性，抑郁患者還可能合并其他相關(guān)精神疾??；再者，由于傳統(tǒng)文化的特殊性，許多亞洲MDD 患者即使發(fā)現(xiàn)身體不適，也不愿意到醫(yī)院就診，這可能會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及真實(shí)性；最后，各研究的樣本量較少以及研究的年齡范圍較大也可能是產(chǎn)生結(jié)果不一致的原因，樣本量過(guò)小將可能導(dǎo)致腦區(qū)結(jié)構(gòu)細(xì)微的變化不能被觀察到，而隨著年齡增加也會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知功能的減退。目前，BDNF 基因多態(tài)性Val66Met 與抑郁障礙患者認(rèn)知功能的研究甚少，存在著諸多爭(zhēng)議，未來(lái)需做更多的研究進(jìn)一步探討其相互關(guān)系。

綜上所述，proBDNF 水平的升高及其多態(tài)性Val66Met 在抑郁障礙認(rèn)知功能損害的機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，而抗抑郁藥可降低proBDNF 水平，改善患者認(rèn)知功能。雖然有大量關(guān)于BDNF 與抑郁障礙的研究，但proBDNF 的積累會(huì)導(dǎo)致抑郁障礙認(rèn)知損害的研究較少，未來(lái)需要進(jìn)一步研究proBDNF以及基因多態(tài)性Val66Met 能否作為抑郁障礙認(rèn)知損害治療的新分子靶點(diǎn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，血清中的proBDNF 水平以及基因多態(tài)性Val66Met 可能能夠預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生，有助于早期預(yù)防及診斷，并對(duì)不同程度的抑郁障礙患者選擇更合適的治療方法發(fā)揮著潛在的作用，從而提供更為有效的治療。