脑源性神经营养因子及其特异性受体酪氨酸激酶B在中枢疾病的研究

脑源性神经营养因子及其特异性受体酪氨酸激酶B 在中枢疾病的研究朱丽敏(综述),何 平(审校)(昆明医学院第二附属医院儿科,昆明650101)中图分类号:R741 文献标识码:A 文章编号:1006-2084(2007)13-0970-03摘要:众多研究发现脑源性神经营养因子(BDN F)及其特异性受体酪氨酸激酶B (TrkB)在许多中枢神经系统疾病中都有表达,升高或降低,且对中枢神经系统疾病的作用及机制不一。

对BD NF 、TrkB 在中枢疾病中的深入研究对深刻理解中枢神经系统疾病的发病机制及探索新的治疗方法有重要的临床意义和应用前景。

关键词:脑源性神经营养因子;酪氨酸激酶B;脑缺血;癫痫;帕金森Stu dy Progress of BDNF and its S pecific Receptor TrkB in the Central Nervous System Dis -eas es Z H ULi -min ,HE Ping .(De partment o f Pe diat rics ,the Se cond Affiliated Hospital o f K un-ming Me dical Colle ge ,Kunming 650101,China )Abstract :Many studies have s howed that BDNF and its s peci fic receptor TrkB has i ncreased and decreased expres sion in many central nervous system diseases,which have different effects and mechanis ms in thes e diseases.Futher study of BD NF and TrkB in central nervous e system deseases w i ll have important clinical s ignificance and applicati on pros pect to unders tand the pathogenesis of central nervous diseases as well as to search for its new therapeutic methods.Key words :Brain -derived neurotrophic factor;Tyros ine kinase B;Cerebral ische mia;Ep-i lepsy;Parki nson c s di seas e脑源性神经营养因子(brain -derived neurotrophic factor,BDNF)是神经营养因子中的一种,中枢神经系统发育过程中对神经元的生存、分化、生长起重要作用,同时又维持着神经系统的生存和功能,并促进损伤后神经元的再生。

而且亦为成熟的中枢及周围神经系统的神经元维持生存及正常功能所必需。

研究发现,BDNF 有对缺血性脑病、阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化症、脊髓损伤及卒中和其他神经系统疾患所致的神经损伤具有治疗作用。

并且与记忆学习、癫痫和抑郁的发生等有密切的关系。

酪氨酸激酶B(tyrosine kinase B,TrkB)是BDNF 的特异的功能受体,BDNF 的作用必须通过TrkB 来实现。

TrkB 、BDNF 是所有神经营养因子中惟一一对在时间和空间上协同表达的受体配体复合体[1]。

当BDNF 与TrkB 结合时,受体分子二聚化,其多个酪氨酸残基快速自动磷酸化。

磷酸化的转录因子移入细胞核并与特定基因的启动子区结合启动转录过程。

二者相互结合相互作用在神经系统损伤和修复及疾病的发生中发挥着重要的作用。

目前许多综述仅涉及一个或两个因子在一种疾病的相关研究进展,没有一个系统方面的总结。

现仅就近年来BDNF 与TrkB 在中枢神经系统疾病的相关问题及研究现状综述如下。

1 BDNF 及其特异性受体TrkB 概述B DNF 为神经营养因子中的一种,是1982年德国神经生物学家Barde 等[2]由猪脑提取液中获得的相对分子质量为12.3@103的碱性蛋白质,由119个氨基酸组成,含有3对二硫键,等电点为10左右,BDNF 在脑中分布广泛(皮质、海马、基底节、顶叶、颞叶等),是脑中含量最多的神经营养因子。

最早发现它能促进培养的鸡胚背根神经节的神经元存活,近年来神经细胞培养和动物实验研究表明,BDNF 对中枢神经系统的大脑基底节前部的乙酰胆碱能神经元、中脑黑质的多巴胺能神经元、C 氨基丁酸能神经元、小脑颗粒神经元、脊髓前角运动神经元、神经嵴衍生的感觉神经元和神经基板衍生的感觉神经元等多种神经亚群具有重要的生物学功能[3]。

BDNF 还能促进突触的可塑性,包括增加突触终末的密度,促进树突和轴突的长出[4]。

并有证明直接参与调节学习和记忆过程。

其生物学效应主要由高亲和力受体TrkB 介导,TrkB 是信号转导所必需的[5]。

TrkB 是由酪氨酸激酶原癌基因编码的一种神经营养素家族高亲和力受体。

TrK 蛋白由821个氨基酸残基组成的高度糖基化分子,由3个部分组成,即1个细胞外结合部位的识别区域,1个信号跨膜传递的区域和1个含有酪氨酸激酶的胞浆尾部区域,以触发信号传递的级联反应。

TrkB 主要作为神经营养素家族中BDNF 和神经营养因子4P 5(neurotrophin -4P 5,NT -4P 5)的特异性高亲和力受体,但也可与神经营养因子3(neurotrophin -3,NT -3)结合,与TrkB 高亲和力受体相对的是p75低亲和力受体,它能与NGF 、BDNF 、NT -3、NT -4、NT -5结合,增高TrkB 与BDNF 的结合率,调节酪氨酸激酶的活性。

2 二者与中枢疾病的关系2.1 与脑缺血的关系 脑缺血是严重危害人类健康的一种主要疾病。

脑缺血损伤后,BDNF 及其受体TrkB 的表达水平明显上升,表达水平高且反应强的区域病理改变轻,有利于损伤神经元的修复。

Kokaia 等[6]利用阻塞大鼠一侧大脑中动脉的模型,采用原位杂交方法检测缺血后BDNF 基因表达变化,发现阻塞大脑中动脉15min(不引起神经元死亡)可诱导BDNF mRNA 阻塞侧缺血外围区的扣带回表达增加。

阻塞大脑中动脉2h(引起皮质梗死灶)BDNF mRNA 表达在缺血的周边区明显增加。

再灌注2h 表达水平最高,24h 恢复至对照水平。

阻塞大脑中动脉2h 还能诱导TrkB mRNA 在齿状回表达增加。

动物实验证实,外源性BDNF 对缺血缺氧脑损伤具有保护作用。

Schabitz 等[7]在大脑中动脉阻塞前24h 开始给大鼠脑室内注射BDNF,结果其脑缺血后梗死灶较对照组明显缩小。

Chen 等[8]将含有BDNF 的骨髓移植到脑缺血边缘区,使动物的神经功能恢复取得较好的效果。

Han 等[9]在1个新生鼠缺血缺氧性脑损伤模型研究中发现,细胞凋亡主要发生在缺血后6~24h 之间。

脑发育时期,在细胞凋亡中半胱氨酸天冬氨酸酶3水平正常。

半胱氨酸天冬氨酸酶3在神经元胞体有特殊的活性,在缺血缺氧后6h 开始活化,高峰在24h 。

缺血缺氧前给予BDNF 可完全抑制缺氧缺血诱导的半胱氨酸天冬氨酸酶3活化。

这一发现提示缺血缺氧可强烈的促使早期发育的脑细胞凋亡,而体内BDNF 能阻止这一过程,保护神经元免受损伤。

进一步研究还发现,给产后7d 龄的大鼠脑室内注射BDNF 数分钟内即出现细胞外信号相关蛋白激酶磷酸化,该酶的抑制剂能抑制B DNF 阻滞新生鼠缺血缺氧诱导半胱氨酸天冬氨酸酶3活化和组织受损的程度,提示BDNF经神经元的细胞外信号相关蛋白激酶活化抵御新生鼠缺血缺氧性脑损伤和脑性瘫痪[10]。

脑缺血损伤时,BDNF与其特异性受体TrkB相结合,产生相应的效应分子而对缺血神经元起保护作用,主要通过以下机制:¹拮抗兴奋性氨基酸毒性,稳定细胞内Ca2+浓度。

BDNF可防止细胞外钙的进入和细胞内钙的释放,并且可能通过诱导钙结合蛋白的表达而稳定细胞Ca2+的浓度。

º增强抗氧化酶活性,减轻自由基损伤。

»抗细胞凋亡。

BDNF能通过阻止半胱氨酸天冬氨酸酶3的活性而抑制细胞凋亡,并通过调节Bcl、Bax蛋白的表达而抑制细胞凋亡[9]。

¼修复受损神经元,促进神经元再生。

2.2与癫痫的关系癫痫是脑内一种慢性疾病,以脑神经元异常放电引起反复间性发作为特征,其具体机制尚不明确。

海马苔藓纤维异常发芽及突触结构和功能变化是颞叶癫痫形成的主要病理基础,是日后癫痫长期反复发作的原因。

研究表明BDNF及受体TrkB除参与神经生长和分化过程外,还可调节神经突触的形成及传递,增强其在癫痫发作机制中发挥重要作用[11]。

研究发现,在点燃和海马门区毁损导致的边缘性癫痫发作和点燃及海人藻酸癫痫模型中,动物脑内BDNF 及其受体TrkB的mRNA水平增加;BDNF mRNA的增加以大脑皮质、海马齿状回及CA1、C A3锥体细胞层最为显著[12,13]。

癫痫患者海马颗粒细胞BDNF mRNA的表达也明显增加。

在海马,BDNF、TrkB的活性对突触效能的调节至关重要。

BDNF能够诱导海马齿状回突触传递的持续增强[12]。

膜片钳研究证实,BDNF能够增加颞叶癫痫患者海马齿状回颗粒细胞自发性兴奋性突触后电流的大小和频率,增加激发性兴奋性突触后电流的幅度而减少激发性抑制性突触后电流幅度,发作诱发的神经营养因子特别是BDNF表达可能是促发苔藓纤维出芽及突触重构的重要分子机制[13]。

近来研究证实,BDNF基因剔除后,小鼠癫痫发作点燃形成的速率降低了2倍以上,其BDNF mRNA的基础浓度及癫痫发作诱导后的浓度与野生型比较均有明显降低。

相反,过表达BDNF的转基因鼠给予海人藻酸后表现为严重的癫痫发作及自发性的癫痫发作。

研究同时发现敲除BDNF受体的小鼠脑中只存在少许电紊乱,不管研究者对其施以多少次电休克,它们都不会发展为癫痫。

TrkB可能是新药物的吸引人的靶。

研究发现,慢性长期海马内注射BDNF反而抑制海马点燃的形成,缩短脑电图的癫痫发作时程,认为BDNF除了急性促兴奋作用外,还具有慢性长期抑制作用[10,14]。

研究证实, BDNF长期应用可抑制TrkB受体反应活性并降低其mRNA及蛋白水平。

同时,BDNF长期注射对一些抑制性分子有上调作用,如具有抑制癫痫发作作用的神经肽Y。

目前认为,BDNF 的长期抑制作用与TrkB表达和反应活性降低以及神经肽Y 上调有关[14]。