腦源性神經營養因子在缺氧缺血性腦病中腦保護作用的研究進展

[摘要] 缺氧缺血性腦病是圍生期新生兒常見的危急重癥，且在存活者中神經系統后遺癥的發生率也比較高，其一直以來都受到研究學者的廣泛關注。近年來研究表明，腦源性神經營養因子在缺氧缺血性腦病中有積極的對抗腦損傷的作用。本文現就腦源性神經營養因子的結構、功能、可能的作用機制做如下綜述。

[關鍵詞] 缺氧缺血性腦病；腦源性神經營養因子

[中圖分類號] R722.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2011）23-30-02

The Protective Function of Brain-derived Neurotrophic Factor in Hypoxic-ischemic Encephalopathy

WANG Xue HE Ping

Department of Pediatrics，Second Affiliated Hospital of Kunming Medical College， Kunming 650000，China

[Abstract] The hypoxic-ischemic encephalopatuy （HIE） is newborn's common critical disease， and the rate of nervous system’s sequela is quite high，so it has always been widely concerned by scholars .In recent years， studies show that brain-derived neurotrophic factor has the protective function that can resist the brain damage in HIE. This article is a summary on BDNF’s structure， function， possible mechanism.

[Key words] Hypoxic-ischemic encephalopatuy; Brain derived neuotrophic factor

新生兒缺血缺氧性腦?。╤ypoxic-ischemic encephalopatuy，HIE）是指各種圍產期窒息引起的部分或完全缺氧、腦血流減少或暫停而導致胎兒或新生兒腦損傷。HIE是引起新生兒急性死亡和慢性神經系統損傷的主要原因之一。在活產足月兒中發病率為1/1000～2/1000，其中新生兒期死亡率為15%～20%，存活者中25%～30%留有永久性神經系統缺陷，如腦癱、智力低下[1]。近年來研究表明，腦源性神經營養因子（brain derived neuotrophic factor，BDNF）在腦損傷的恢復過程中有一定的積極作用。BDNF高度集中分布于中樞神經系統內，具有很強的刺激、促進神經細胞生長分化，維持神經細胞正常功能，促進損傷神經細胞修復的功能[2]。現就缺氧缺血性腦損傷中BDNF的研究進展作如下綜述。

1 BDNF的概念

BDNF是神經系統最主要的神經營養因子之一，是1982年由德國神經生物學家Barde等從豬腦中分離和純化出的一種堿性蛋白質，并發現其可以促進脊髓感覺神經細胞的生長[3]。

1.1 分子結構和體內分布

BDNF蛋白分子量為12.3×103，等電點為9.99 。BDNF前體含252個氨基酸殘基，加工修飾后成為含119個氨基酸殘基的成熟亞基。含有三對二硫鍵，位于Cys13～Cys80、Cys58～Cys109、Cys68～Cys111之間，主要由β-折疊和無規則二級結構組成，對BDNF的穩定和功能起重要作用。

BDNF大部分由腦組織合成。BDNF主要在中樞神經系統表達，是腦內不同部位分布最廣泛的神經營養因子。主要分布于中樞神經系統的海馬和皮質[4]，也存在于杏仁核、紋狀體、基底前腦、丘腦、腦干和小腦。免疫組織化學法發現，BDNF陽性顆粒不僅分布于神經元胞體中，還延續到纖維中。

1.2 受體

根據神經營養因子與受體親和力的大小，可分為高親和力受體和低親和力受體。

（1）高親和力受體是酪氨酸激酶B（tyrosine kinaseB，TrkB）。TrkB由酪氨酸激酶原癌基因編碼的蛋白質，由821個氨基酸殘基組成，包含3個結構區：細胞外配體識別結合區、細胞內酪氨酸蛋白激酶活性區、連接兩個區域的跨膜傳遞結構[5]。BDNF與胞外配體結合區中一個免疫球蛋白樣結構域結合，從而活化細胞內各種信號傳導反應。TrkB作為受體，不僅能與BDNF結合，還能與神經營養因子-3（neurotrophin-3，NT-3）、神經營養因子-4/5（neurotrophin-4/5，NT-4/5）結合。有研究表明，腦缺血時，BDNF及其受體TrkB表達均增加，BDNF與TrkB結合產生相應的效應分子，而對缺血神經元起保護作用[6]。

（2）低親和力受體為p75，它也能使神經生長因子、BDNF、NT-3、NT-4/5結合，增高TrkB與BDNF的結合率，調節酪氨酸激酶的活性[7]，但在BDNF作用中不是必需的。

1.3 生物學功能

BDNF對中樞和周圍神經元有重要作用。對中樞神經系統的神經元有促生存、增值、分化、再生和移行的作用。還能減少運動神經元的正常死亡，對神經元有增進代謝、增強功能表達及營養、支持、保護的作用。并對膽堿能神經元、中腦黑質多巴胺能神經元和γ-氨基丁酸能神經元有營養作用。研究表明，在神經發育和生長過程中，BDNF不僅能促進成年神經元突觸生長，調節突觸重塑，還能增強突觸間遞質的釋放，調節突觸傳遞，同時還能保護突觸傳遞和認知功能。實驗發現，BDNF能通過調節Bcl-2和Bax蛋白表達等作用抑制細胞凋亡。還有研究發現，BDNF參與空間記憶的形成、維持并發揮重要作用[8]。

2 HIE的發病機制

HIE的發病機制十分復雜，包括缺血期的原發性損傷和再灌注期的繼發性損傷。腦組織是代謝最旺盛的器官，但是卻不能儲存能量，其85%～95%能量來源于葡萄糖的有氧代謝。當缺氧時，線粒體受損，無氧酵解取代有氧氧化，產生大量乳酸和H+，ATP產量也銳減，胞膜上Na+-K+ATP酶因缺少ATP而功能降低，使鈉、水進入細胞內，造成細胞毒性水腫。細胞內離子代謝失調，Ca2+內流增加并蓄積，破壞了腦細胞膜的完整性和通透性。持續的能量衰竭，使得興奮性氨基酸如谷氨酸等在細胞外大量聚集，N-乙酰谷氨酸（NMDA）受體持續激活，進一步引起胞內鈣超載，氧自由基生成增多，導致神經元壞死或凋亡[9]。當腦組織缺血時，ATP降解，腺苷轉變為次黃嘌呤，當腦血流再灌注期重新供氧時，次黃嘌呤在次黃嘌呤氧化酶作用下生成氧自由基。腦缺氧缺血過程中，氧自由基的生成增多，膜結構的破壞以及細胞凋亡是造成腦損傷的重要因素。

3 BDNF對HIE保護作用的可能機制

3.1 抗細胞內高鈣作用

當腦缺血缺氧時，組織內NMDA濃度增高，NMDA受體被大量激活，使大量鈣內流，胞內鈣離子超載，引起神經元壞死或凋亡。BDNF則通過減少NMDA受體表達，使NMDA受體功能下調，拮抗興奮性氨基酸的毒性 ，減少鈣內流。有實驗表明，培養的海馬神經元在BDNF作用下，鈣結合蛋白及其mRNA的含量明顯增加，減少鈣內流的增加，穩定細胞內鈣離子濃度，保護神經元存活。

3.2 抗氧化作用

BDNF有較強的抗氧自由基的作用。中樞神經系統氧耗量較高，低水平的抗氧化酶在腦缺血缺氧時易產生大量的自由基和高濃度的過氧化物質，從而損傷神經元。最近發現，BDNF可通過調節細胞內超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化酶的水平及活性，從而對抗氧自由基的氧化作用，達到抵抗缺氧缺血性腦損傷[10]。

3.3 神經元的保護作用

實驗表明，缺氧缺血性腦損傷后腦室給予BDNF ，可使損傷腦組織體積的下降減少50 %，若在損傷前給予則可使體積的下降減少達90%，提示有顯著的神經保護作用。有研究發現，BDNF對神經元的保護作用通過以下兩個方面實現，一個方面是BDNF可以提高神經細胞表面BDNF的高親和力受體TrkB，有利于BDNF發揮生物學效應[11]。另一個方面是BDNF通過活化受體TrkB，在胞內阻斷損傷因子對蛋白激酶C的失活，可利于防止神經元發生變性、死亡。同時BDNF還能促進成年神經元軸突芽生，促進再生，并調節突觸重塑，使損傷的神經元修復。

3.4 抗細胞凋亡作用

缺氧缺血性腦病后，凋亡程序被激活，易導致細胞凋亡。具體機制仍有待研究。Han等[12] 的研究結果表明，新生鼠缺氧缺血性損傷能激活easpase一3從而引發神經元凋亡，而BDNF能阻斷caspase一3的激活，從而保護缺氧缺血時神經元。

4 問題與展望

大量研究證實BDNF對抗缺氧缺血性腦損傷有極為重要的作用。但是還是存在很多問題，如BDNF來源和給藥途徑問題，天然BDNF含量很少，而且BDNF作為一種蛋白質，難以通過血腦屏障，還存在快速降解等問題，給藥途徑也有待研究。

綜上所述，缺氧缺血性腦損傷時，BDNF在腦細胞中表達增加，維持細胞內鈣離子穩定性，對抗氧自由基，對神經元具有保護作用。雖然也存在某些負面作用及不確定因素，但是隨著對其研究的不斷深入，相信 BDNF在治療HIE將有廣闊前景。神經節苷脂是神經節細胞分離的一種鞘糖脂，也是一種內源性神經營養因子，研究表明，其對缺血缺氧性腦損傷具有很好的治療作用[13]，但與BDNF之間的關系尚有待于探討。

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（收稿日期：2011-05-31）