脑源性神经营养因子与脊髓损伤修复作用的研究

胡秋芳盛天昕

【中图分类号】R745.4【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）15-0161-03

【摘要】脑源性神经营养因子（brainderivedneurotrophicfactor,BDNF）是神经营养因子家族中的一员，其生物学效应十分广泛，可促进中枢及周围神经元的生长、存活及分化。至今，对BDNF的研究已较为深入，尤其是其对脊髓损伤修复的作用。因此，本文就BDNF的生物学特性及其在脊髓损伤修复作用的研究作一介绍。

【关键词】神经营养因子脊髓损伤脑源性神经营养因子

1脑源性神经营养因子的生物学特性

1.1BDNF的分子结构及生化特性

脑源性神经营养因子是1982年德国神经生物学家Barde等从猪脑中提取的含量较低的小分子碱性蛋白质，其氨基酸编码序列与神经生长因子（nervegrowthfactorfamily,NGF）序列惊人的相似，故BDNF被归属为神经生长因子家族成员。其主要以两个成熟的亚基通过非共价连接的同源活性二聚体形式存在，每个亚基初合成时含252个氨基酸残基，经修饰后形成含119个氨基酸残基的成熟BDNF，分子量为13kD，等电点为9.99。

BDNF最初是以长、短前体形式存在的，现研究证实至少存在三种proBDNF。后来研究发现BDNF以proBDNF形式在内质网合成后转运至高尔基体，胞内的proBDNF或经福林蛋白酶、前体转换酶的剪切修饰成BDNF，然后分泌到胞外；胞内的proBDNF也可直接分泌到胞外，经胞外水解酶剪切成BDNF1]。但目前关于BDNF究竟是以成熟形式直接分泌还是以前体proBDNF分泌一直尚未阐明。

1.2BDNF及其mRNA在组织的分布

研究发现，BDNF分布于不同的组织中，但主要分布在CNS，其广泛存在于脑内各区域，包括大脑皮层、海马、纹状体、下丘脑、脑干和小脑，其中在海马和皮层中含量最高。在脊髓BDNF则广泛分布于脊髓灰质，尤其是腹角运动神经元，在白质的一些轴索和胶质细胞也有分布。但BDNF与mRNA的分布也存在不一致的现象。此外，BDNF还分布于其它细胞中，比如心、肺、骨骼肌及内耳等组织细胞及部分卫星细胞及血旺氏细胞。

1.3BDNF的受体及作用途径

BDNF主要是通过与相关受体结合而发挥其促进神经元存活等相关生理作用的。BDNF的受体有两类：高亲和力酪氨酸激酶受体trk和低亲和力的p75NTFs（p75neurotrophinreceptor,p75NTR）,其中前者包括trkA、trkB、trkC，其中trkB是BDNF特异结合的受体[2]。trkB是一种跨膜蛋白，具有胞外区、跨膜区和胞内区，其胞内区为受体酪氨酸激酶区。当配体与受体结合后可激活酪氨酸激酶。trkB有全长型和截短型，二者的配体结合区和跨膜区结构相同[3]。在CNS中，BDNF主要在神经元合成，通过轴浆运输与特异性受体结合后在靶组织发挥其作用。在细胞表面，BDNF则与trkB结合后，促进trkB同源二聚体的形成，然后激活酪氨酸激酶，使受体蛋白质磷酸化。活化的trkB再依次激活多种蛋白和酶，并将信号由胞质转导入细胞核内，最终导致基因表达的改变，从而产生多种生理学和形态学的改变。而低亲和力的p75的作用在于能增强BDNF与trkB的结合率，有利于神经末梢摄取和逆转运BDNF。研究表明，神经损伤后在髓鞘的形成过程中BDNF通过与trkB和p75受体结合可促进髓鞘的形成。

2脑源性神经营养因子与脊髓损伤修复的作用

脊髓损伤（spinalcordinjury，SCI）是指由于外界直接或间接因素导致脊髓损伤，在损害的相应节段出现各种运动、感觉和括约肌功能障碍，肌张力异常及病理反射等的相应改变。早期许多学者认为CNS是固定不变的，当受到损伤后将难以再生。直到1958年Liu和Chambers研究发现成年哺乳动物CNS损伤后仍具有可塑性后，大量研究证实神经营养因子在脊髓损伤修复中发挥着及其重要的作用。SCI损伤后神经功能的障碍主要由原发性脊髓损伤和继发性脊髓损伤引起，由于原发性损伤造成的脊髓神经元的死亡是不可逆的，所以采取的有效治疗措施是减少继发性损伤。Tator和Fehlings[4]发现继发性神经元的死亡有16%～50%是神经元的凋亡，而神经营养因子的缺乏所造成的局部微环境障碍是脊髓损伤后神经元凋亡的关键因素。而BDNF是一种重要的感觉和运动神经元营养因子，其在CNS发育过程中对神经元的生长、存活、分化和维持神经元的正常生理功能起重要作用。它不但能抵抗损伤性刺激、促进神经元再生、保护缺血、缺氧的神经元，还能刺激诱导轴突再生，促进神经通路及抑制神经元的凋亡。

2.1BDNF在SCI后的表达

据报道，无论是发育中的脊髓还是成年脊髓损伤后，BDNF及mRNA的表达均增加。Uchida等[5]发现在压迫性SCI模型中，损伤脊髓头侧神经元胞体明显增大，并且有树突的延伸；同时在前角细胞中BDNF和NT-3的免疫活性增强。在更为严重的脊髓损伤模型中发现更多的BDNF免疫阳性物扩展到星形胶质细胞中。Dougherty等[6]通过双重免疫标记法发现，在SCI后星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质/巨噬细胞呈BDNF免疫反应阳性的数量显著增多。后来发现，SCI后损伤局部的BDNF表达上调，可能来源于脊髓损伤区星形胶质细胞和小胶质/巨噬细胞的分泌增加，通过胶质细胞途径增加的神经营养因子不足以克服损伤后的抑制性环境而诱导轴突再生。李芳等[7]在不同损伤模型中，用免疫荧光组织化学方法和ELISA方法发现内源性BDNF在DRG和损伤脊髓中表达上调。因此，提示坐骨神经损伤后可能激活背根节感觉神经元、上调BDNF的表达和增加BDNF顺行运输等，在促进脊髓损伤后再生过程中发挥作用。

BDNF及BDNFmRNA在SCI后的表达与损伤时间的延长呈现明显相关性，而很多实验结果的不同表明不同损伤方式和损伤程度可能引起内源性BDNF基因表达的不同。李群等[8]用免疫组织化学ABC法检测大鼠脊髓全横断后BDNF的表达变化，发现脊髓腹角BDNF阳性细胞数3d开始增多,7d达高峰,14d恢复正常。此外，很多报道表明通过骨髓细胞移植或局部注射外源性BDNF可以促进脊髓损伤区域BDNF的表达。董锋等[9]通过静脉注射移植骨髓间质干细胞对大鼠脊髓损伤后BDNF、NGFmRNA表达的影响中发现，SCI后局部的BDNF、NGF表达增加,rMSCs静脉注射移植后能促进损伤脊髓局部的BDNF、NGF更进一步的表达,这可能是促进大鼠神经结构及神经功能恢复的因素之一。

2.2BDNF与SCI修复的作用

已被证实BDNF在体内、体外以及生理、病理状态下均可支持神经系统多种类型神经元的存活和轴索的生长。因此，BDNF在SCI修复中具有重要的促进作用。而目前研究较多的是将神经组织或细胞移植联合使用BDNF、BDNF基因修饰型细胞移植以及通过靶向治疗等运用在实验动物模型中，努力探索BDNF与SCI的作用。Koda等[10]将携带人BDNF基因的腺病毒载体移植到大鼠脊髓半横断区，发现在损伤局部可以分泌BDNF，并促进损伤脊髓横断区轴突的生长。后来，Lu等[11]将骨髓基质细胞（MSCs）移植至SCI局部，利用化学诱导剂促进MSCs向神经细胞转化，从而使转导的MSCs在损伤局部表达BDNF，使轴突的生长和多样性显著增加，并促进5-羟色胺能神经元和脊髓感觉神经元的生长。最近，Mantilla等[12]研究发现通过胸膜内注射BDNF对于膈运动神经元具有特异性的靶向治疗作用，并能减少外源性神经营养因子带来的不良反应。此外，BDNF可以促进损伤神经元轴突的生长，并维持其活性。Liang等[13]将BDNF基因修饰成纤维细胞植入脊髓半切损伤的母鼠模型中，发现在鼠前庭脊髓束和红核脊髓束轴突的生长距离是未植入者的1.8倍。

3小结

BDNF作为很重要的神经营养因子之一，目前很多研究表明其对各种神经退行性疾病和神经损伤，包括阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性脊髓侧索硬化、亨廷顿病等的诊断和治疗具有临床应用价值。但在脊髓损伤作用方面的研究仅局限于动物模型实验，因BDNF难以通过血脑屏障，故不能直接通过全身给药治疗。尽管许多学者通过改变给药方式，提高BDNF利用率或者利用重组BDNF的生产和纯化在基因治疗方面已经取得了进步，但要运用到临床还存在很多问题，比如鞘内注射BDNF后会产生感觉障碍、行为反应异常及局部炎症反应等。因此，对BDNF全面而深入的研究还有很长的路要走。

参考文献

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