腦源性神經營養因子在糖尿病中的研究進展

邱世超(綜述)，任建功(審校)

(蘭州大學第二醫院糖尿病二科，蘭州 730000)

腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)，神經生長因子以及神經營養因子3同屬于神經營養素家族，約有50%的氨基酸同源序列[1]。BDNF在神經系統發育中，可促進神經元的生長、分化并維持神經元的存活[2]。在成年人神經系統中主要影響神經元的可塑性及神經元功能的維持[3]，BDNF在海馬、基底核及前腦活躍表達與其介導學習及記憶相關[2]。糖尿病患者可出現認知功能減退，并伴血漿BDNF水平降低[4]。近年來一系列研究顯示BDNF可改善糖尿病血糖代謝?，F對BDNF在糖尿病及其并發癥中的研究進展予以綜述。

1 BDNF與糖尿病

糖尿病是一種多病因的代謝疾病，特點是慢性高血糖，伴隨胰島素分泌和(或)作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白質代謝紊亂。近年來一系列研究表明，BDNF對2型糖尿病的血糖代謝紊亂有良好的調節作用。

1.12型糖尿病內源性BDNF的表達變化 BDNF是1982年由德國神經生物學家及其同事從豬腦中分離并純化的一種蛋白質，且發現其具有防止神經元死亡的功能，基因定位于11p13，前體為247個氨基酸殘基，經加工后形成具有119個氨基酸殘基的成熟蛋白，相對分子質量為13 500，鏈內有3對二硫鍵，體內以二聚體形式存在。2型糖尿病患者血清BDNF水平顯著下降，下降水平與胰島素抵抗指數呈顯著正相關。在糖尿病患者中，女性患者血清BDNF水平顯著高于男性患者，而這種相關性在健康對照組中沒有發現，并且血清BDNF水平與糖尿病病程長短呈微弱的負相關，這一發現表明，長期糖尿病患者的血清BDNF水平較低[5]。Krabbe等[6]的研究發現，2型糖尿病患者血漿BDNF水平下降，血漿中高濃度的葡萄糖，可抑制大腦BDNF的輸出，而高胰島素與大腦BNDF的輸出無關。相反，Suwa等[7]研究發現新診斷的2型糖尿病女性患者血清BDNF水平顯著高于健康受試者，血清BDNF水平與體質量指數、體內脂肪含量、年齡、三酰甘油、胰島素抵抗呈顯著負相關，BDNF與受試者的空腹血糖密切相關，同時發現血清中高水平的BNDF與2型糖尿病患病率相關，表明血清高濃度的BDNF可能為新發糖尿病的一個危險因素。

1.2外源性BDNF對小鼠血糖的影響 Nakagawa等[8]的研究證實，肥胖糖尿病模型小鼠經BDNF治療后，可顯著抑制食欲，降低血糖水平，減輕體質量。與注射磷酸鹽緩沖液精確配對飲食的糖尿病模型小鼠相比，經皮下注射BDNF 20 mg/kg，8 d后小鼠血糖出現了顯著性下降，兩組小鼠間體質量下降無顯著性差異，實驗表明這種降低血糖的機制不單是由于抑制食欲引起。Tonra等[9]發現，皮下注射BDNF可以顯著改善小鼠的肥胖及高血糖狀態，停止治療數周后仍顯示出其降糖作用[8]。

2 BDNF主要通過以下幾種途徑發揮其改善血糖代謝的作用

2.1神經系統介導的BDNF降糖作用 研究表明，向SD大鼠下丘腦腹內側核注射BDNF后，可明顯降低大鼠體質量及食物攝入量[10]，增加總能量消耗、自發產熱的體力活動和靜息代謝率[11]。下丘腦病變可引起大鼠白色脂肪組織所分泌的兒茶酚胺水平及活性降低，下丘腦BDNF的高表達可上調脂肪組織中兒茶酚胺水平，促進脂肪分解，進一步反饋下丘腦調節食物攝入和能量代謝[12]。

2.2BDNF對胰島素敏感性影響 Karczewska-Kupczewska等[13]的一項研究發現，血清BDNF水平與胰島素敏感性呈正相關，這與之前的報道一致[6]。外源性BDNF可以通過以下途徑改善胰島素抵抗。①通過增強外源性胰島素的作用改善血糖代謝。研究表明，單獨使用BDNF治療鏈脲霉素誘導的糖尿病模型小鼠，發現其并沒有降低血糖的作用；與單用胰島素治療相比，同時使用BDNF和胰島素治療鏈脲霉素誘導的糖尿病模型小鼠，其血糖在治療后1～2 h顯著降低，明顯減少胰島素用量，增強外源性胰島素的作用[8]。②通過增強外周組織對葡萄糖的利用改善血糖代謝。db/db小鼠是一種2型糖尿病動物模型小鼠，小鼠在一個月時開始出現貪食及發胖，繼而產生高血糖、高胰島素、高膽固醇、高三酰甘油血癥[14]。經連續皮下注射BDNF 20 mg/kg，18 d后，db/db小鼠骨骼肌、肝臟、棕脂肪組織、心臟對碳14標記的2-脫氧葡萄糖的攝取率明顯增加，顯示外周組織對葡萄糖利用率增加[15]。③通過上調外周胰島素受體改善血糖代謝。食欲素可以上調下丘腦BDNF表達，增加骨骼肌胰島素受體表達，明顯改善機體對胰島素的敏感性[16]。

2.3BDNF對胰臟的作用

2.3.1BDNF對胰腺內分泌功能的影響 側腦室注射BDNF可顯著下調門靜脈胰高血糖素水平，對外周胰高血糖素無明顯影響；上調胰腺中BDNF的水平，但對血漿中BDNF無明顯影響，同時顯著降低血糖，但對血漿胰島素無明顯影響[17]。而Yamanaka等[18]的研究表明，與磷酸鹽灌胃對照組相比，使用胰島素增敏劑吡格列酮和羅格列酮灌胃治療組及BNDF皮下注射組都增加了胰腺中胰島素水平，BDNF治療組胰腺中胰島素水平增加更為顯著；相反增敏劑吡格列酮和羅格列酮治療組同時增加了胰腺中胰高血糖素的水平，而BNDF皮下注射組降低了胰腺中胰高血糖素的水平，各組間血漿胰島素與胰高血糖素水平無顯著性差異。另一項研究發現，向第三腦室注入15 μg/kg BDNF的治療組小鼠胰腺中胰島素水平顯著升高，胰高血糖素水平顯著降低[8]?？梢夿DNF可以改善胰島功能，降低胰高血糖素的釋放，對胰島素的影響還尚待進一步的研究。

2.3.2BDNF對胰腺組織學的影響 2型糖尿病模型db/db小鼠胰島β細胞數量及胰島總面積顯著降低，β細胞分泌顆粒數量顯著降低，胰島素水平下降；而非β細胞數量顯著增加，胰高血糖素水平升高。db/db小鼠給予皮下注射BDNF 10 mg/kg 4周后，胰島β細胞數量顯著增加，非β細胞數量降低，胰島素水平顯著增加，胰高血糖素水平顯著降低，胰島的數量和總面積沒有明顯差異。免疫組織化學分析顯示BDNF治療組小鼠胰島β細胞平均面積顯著高于配對組[19]，這與之前的研究結果基本一致[8]。表明BDNF對胰腺β內分泌細胞具有保護作用。

2.4BDNF對肝臟的作用 2型糖尿病患者肝臟葡萄糖輸出增加，肝糖原分解增強是血液葡糖升高的途徑之一。BDNF治療組顯著降低肝臟重量，改善脂肪肝，而曲格列酮治療組則顯著增加肝臟重量，增加肝臟脂肪變[18]。Kuroda等[20]發現，在維持穩定血糖的前提下，輸注普通胰島素+BDNF的Zucker實驗組大鼠比輸注普通胰島素+生理鹽水對照組大鼠需要更多的外源性葡萄糖供給率。同時，輸注BDNF實驗組大鼠的內源性葡萄糖生成率比對照組顯著性下降，實時定量聚合酶鏈反應檢測肝臟糖代謝關鍵酶表達，兩組間磷酸烯醇式丙酮酸激酶mRNA及葡萄糖-6-磷酸酶mRNA表達無顯著性差異，BDNF治療組葡萄糖激酶mRNA表達水平顯著性升高，肝臟葡萄糖激酶活性較對照組升高33%，但兩組間葡萄糖激酶活性無顯著性差異，Tonra的研究也證實皮下注射BDNF可以顯著降低丙氨酸轉氨酶與天冬氨酸轉氨酶的比值[9]。食欲素可以調節下丘腦BDNF表達，增加肝臟胰島素受體表達，下調肝臟磷酸烯醇式丙酮酸激酶及葡萄糖-6-磷酸酶的表達，這種效應可以被BDNF基因剔除所阻斷[16]。因此,BDNF可能是通過調節肝臟中糖代謝相關酶活性，發揮其改善血糖代謝的作用。

3 BDNF與糖尿病相關并發癥

3.1BDNF與糖尿病視網膜病變 糖尿病視網膜病變是糖尿病患者致盲的主要原因。BDNF表達于視網膜神經節細胞和Müller膠質細胞，對視網膜神經節細胞的存活非常重要，同時可防止無長突細胞死亡，研究表明糖尿病大鼠BDNF mRNA水平和BDNF表達水平呈正相關，糖尿病大鼠BDNF水平減少并伴隨多巴胺能無長突細胞顯著減少、視功能受損，玻璃體腔注射BDNF可以改善大鼠視網膜神經退行性病變[21]。Ola等[22]的研究示，與健康對照組相比，糖尿病患者血清BDNF下降15%，但無顯著性差異；與健康對照組及糖尿病非視網膜病變患者組相比，糖尿病視網膜病變患者血清BDNF水平顯著下降。鏈脲霉素誘導的糖尿病模型大鼠成模3周后其血清BDNF已有所下降，但差異無統計學意義，成模10周后其血清BDNF出現顯著性下降。然而,糖尿病視網膜病變組視網膜勻漿液中的BDNF在成模3周及10周時都顯示了顯著性下降。酪氨酸蛋白激酶受體蛋白是BDNF的受體蛋白，糖尿病視網膜病變組視網膜中的酪氨酸蛋白激酶受體蛋白也在3周及10周時出現了顯著性下降。同時這項研究也發現糖尿病視網膜病變組視網膜中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)在第3周時開始出現進行性增加的顯著性下降，經相關性分析發現caspase-3與BDNF水平呈顯著負相關。Caspase-3蛋白是一種細胞內作為酶原存在的半胱氨酸蛋白酶，在細胞凋亡相關的事件中被級聯放大激活。Gong等[23]的研究表明，糖尿病模型大鼠在成模后第6及第9個月時其視網膜神經節細胞數量顯著下降，經玻璃體腔注射轉載有BDNF基因的腺病毒后，這種下降趨勢得到顯著改善，提示BDNF可能通過激活酪氨酸蛋白激酶受體蛋白，抑制caspase-3激活、為受損神經元提供營養等機制保護受損神經元，使之免于凋亡。

3.2BDNF與糖尿病神經病變 糖尿病神經病變是糖尿病的常見并發癥，糖尿病會導致廣泛的外周神經元損傷，包括神經元傳導速度減慢，軸突運輸缺陷等。神經營養因子缺乏被認為是糖尿病神經病變的重要原因之一。神經營養因子，如神經生長因子、BDNF、神經營養因子3、神經因子4/5及膠質細胞源性神經生長因子，對神經元生長及維持有重要作用[24]。糖尿病小鼠血清BDNF顯著減少，神經纖維的數量顯著減少，藥物西地那非可上調小鼠施旺細胞BDNF的表達，皮下注射BDNF可以促進神經髓鞘的形成，促進神經功能恢復[25]。外源性BDNF可以改善運動神經元的傳導速度，對神經元有明確的保護作用[24]，BDNF對糖尿病神經病變有良好的治療作用。

4 結 語

糖尿病及其并發癥中，BDNF表達水平大多數呈下降趨勢，部分說明了糖尿病的代謝紊亂與BDNF合成障礙相關。BDNF可以通過抑制飲食調節能量平衡，改善外周組織對胰島素的敏感性，改善胰島功能紊亂，改善血糖代謝及脂肪肝，改善中樞及外周神經元的功能。目前糖尿病及其并發癥的治療中并沒有特別理想的藥物，如果能將BDNF對糖尿病及其并發癥的作用機制研究清楚，將藥物的緩釋技術應用于BDNF，使血液中維持穩定的BDNF濃度，則可以有效地控制血糖，因此BDNF可能是治療糖尿病，防治糖尿病并發癥的新一代較為有效的藥物。

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