脑源性神经营养因子_神经营养因子在周围神经损伤后的作用

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  文章编号:1009-5519(2008)12-1838-02 中图分类号:R76 文献标识码:A      周围神经损伤后的修复和再生是个复杂的临床问题,如何提高周围神经损伤后重建的治疗效果一直是临床的研究热点。周围神经损伤后,发生瓦勒氏变性,雪旺细胞随即分裂、增殖,在原来的神经膜管内形成Burgner带,引导轴突以出芽方式再生并长入远侧残端,同时分泌神经营养因子等促进神经的再生[1]。脑源的神经营养因子(BDNF)是1982年Barde由猪脑提取液中获得的一种神经营养因子,其基本功能是促进神经元存活和突起生长,参与调节神经元的分化、增殖和存活。近年来研究发现BDNF在外周神经损伤后的修复中也发挥了重要作用。本文对这方面的研究进展综述如下:
  
  1 BDNF的理化性质
  
  BDNF是一种碱性蛋白,由120个氨基酸组成,分子量为l2.3KD,等电点为10, 在生理状态下以二聚体的形式存在,氨基酸序列55%~60%与NGF、NT-3具有同源性,1989年,Leibroch等[3]实验证明BDNF与NGF、NT-3为同一个基因家族,被统称为神经营养素家族BDNF有两种不同的前体形式,分别是长链和短链前体,目前已知短链前体由248个氨基酸组成。人BDNF基因全长共744 bp,起始密码子为ATG,终止密码子为TAG。BDNF所诱导的突触增强作用由cAMP介导的门控系统来调控。
  
  2 BDNF的分布及来源
  
  BDNF广泛分布于大脑和外周组织中,大脑皮质、海马及纹状体为BDNF的主要分布区域,在中枢神经系统的背索与上丘含量亦较高。部分初级感觉神经元也可合成BDNF,并在周围靶组织和脊髓背角释放,其靶组织位于中枢和周围神经系统中。Wetmore等[4]在实验中发现,海马有能与BDNF特异结合的编码crKB基因高度表达,海马锥体细胞中有BDNF的存在;BDNF mRNA在海马锥体细胞、齿状回的颗粒细胞和皮质表现为阳性分布。目前公认的 BDNF来源有神经元、雪旺细胞、血小板等。雪旺细胞是应激状态下周围神经组织BDNF增多的主要来源,损伤后神经断端远侧部有较多的BDNF。人类血小板中也含有BDNF,对于神经损伤部位的周围感觉神经元再生提供了一个重要来源。BDNFmRNA组成性表达于肺呼吸上皮组织,呼吸道变应性炎症时BDNF含量增加,并且T淋巴细胞可能是BDNF的细胞来源之一。
  
  3 BDNF生物活性及其作用的受体机制
  
  BDNF属于主要的靶源性神经营养因子,由靶组织产生,通过轴突末端受体介导,经神经细胞轴突逆向运输到胞体,对神经细胞的存活、分化和功能表达起着重要的作用。神经细胞表面存在两类BDNF受体,主要在神经元中表达。一类为分子量约75KD的跨膜蛋白P75,它可与所有的神经营养素家族的因子结合,但亲和力均较低。第二类属于蛋白酪氨酸激酶(Trk),包括TrkA、TrkB、TrkC,其中TrkB与BDNF亲和力最大。BDNF作用的发挥是通过结合P75和trkB引起一系列生物反应。BDNF与细胞膜上受体TrkB结合,促进TrkB同源二聚体的形成,激活受体酪氨酸激酶活性,导致受体自身酪氨酸残基的磷酸化,活化的TrkB顺序激活多种蛋白激酶,将BDNF信号传至细胞核,启动相关基因的转录而参与多种生理反应[7]。TrkB在中枢神经系统广泛表达和分布,在大脑皮质、海马等部位含量尤为丰富。TrkB表达于部分背根节神经元,并遍及整个脊髓,特别是在脊髓浅层分布密集。TrkB有几种拼接变异体:全长型受体trkBFL,具有酪氨酸激酶活性;去顶型受体trkB-T1和 trkB-T2,缺乏酪氨酸激酶活性。TrkBFL对BDNF发挥效应起至关重要的作用。
  Dobrowsky[6]发现P75与BDNF结合后,加速了神经鞘磷脂水解产生神经酰胺,神经酰胺能调节成熟细胞的死亡,阻止细胞生长,诱导细胞分化,实现神经营养因子的逆向运输,维持轴突正常结构和功能。值得注意的是神经营养因子与p75NTR结合诱导细胞凋亡的现象只在不表达与该配体相应的Trk受体的细胞中观察到,即E4鸡视网膜胶质细胞、寡树突状细胞、多角神经元和交感神经元。
  
  4 BDNF在中枢及外周神经修复与再生中的作用
  
  BDNF参与大脑皮质发育时神经分层的过程。是一类可促进运动神经元、感觉神经元、基底节前脑胆碱能神经元、皮层神经元、海马神经元、多巴胺能神经元等的存活和生长生育并能防止它们受损死亡,改善神经元病理状态、促进受损伤神经元再生及分化成熟等生物效应的多肽或蛋白质。在中枢神经系统中BDNF主要在神经元内合成,由轴突运输到突触,再通过特异性受体作用靶组织发挥其功能。在感觉神经元,BDNF还有自分泌和旁分泌方式营养周围神经元的作用。BDNF能直接维持中脑多巴胺能神经元的存活,对治疗帕金森氏病有作用。
  BDNF在周围神经系统损伤后同中枢神经系统一样具有营养及促进神经再生的作用。周围神经损伤后,神经元胞体溃变、轴索和髓鞘断裂成碎片,髓鞘的雪旺细胞能产生大量BDNF,同时相应的外周神经元也能表达BDNFmRNA增多。Dougherty等[7]发现,脊髓损伤后损伤局部BDNF免疫反应阳性的星形胶质细胞和小胶质细胞或巨噬细胞显著增多,提示这些胶质细胞可能是通过产生BDNF等来参与修复。除内源性BDNF对损伤的脊髓神经元、轴突具有保护和修复作用外,外源性BDNF也可发挥相似的功效。Ikeda等[8]发现,鞘内注射BDNF可提高SCI急性期内Cu或Zn超氧化物歧化酶和髓鞘碱性蛋白在脊髓神经元和胶质细胞中的活性,从而对脊髓神经功能的恢复起积极作用。被切断轴突的神经元不能运输和利用神经营养物质,所以神经断端局部神经营养物质的总量对支持神经轴突的有效存活及再生是不足的。外源加入神经营养物质、保持微环境高浓度神经营养因子,不仅能支持神经元存活,而且能诱导再生的轴突沿着神经营养物质的浓度梯度生长[9]。
  此外,在神经生长方向的新机制研究中发现BDNF激发钙离子内流信号转导,可引导神经纤维再生方向。应用生长锥转向分析方法,观察到神经细胞外的导向因子BDNF能打开非选择性阳离子通道TRPC,导致神经纤维最前端生长锥内的钙离子浓度增加,进而引导神经纤维向BDNF浓度高的一侧生长。BDNF经过与受体蛋白结合、激活信号分子的连锁反应,在细胞内释放出微量钙离子。这些钙离子可进一步打通细胞膜上的阳离子通道TRPC,引入神经转向所需的大量钙离子。
  
  5 BDNF在周围神经损伤后可能的作用机制
  
  BDNF效应的发挥要依赖于与其受体的结合,即BDNF受体的存在是各种神经元对BDNF产生应答的前提,这在许多实验中已经得到证实。不同来源的BDNF在神经损伤的不同阶段发挥的作用:神经损伤的早期,血小板能合成和分泌BDNF,BDNF从损伤部位的血块中释放,立即作用于受损的运动和感觉神经元,有效促进再生[10]。大直径的感觉神经元在损伤早期合成BDNF,顺行运输到周围神经。此种来源的BDNF能稳定地通过自分泌或旁分泌的机制促进再生[11]。周围神经损伤后3d,神经远端BDNF含量增高,说明雪旺细胞可能是应激时BDNF增多的来源,同时肌源性BDNF在运动和感觉神经元的再支配中发挥作用。
  zhang等[12]实验结果表明,用抗BDNF血清中和内源性BDNF,神经纤维的再生和髓化受到抑制,提示内源性BDNF对周围神经的再生和髓化起重要作用。BDNF对周围神经再生的影响可能依赖受损神经元的高亲和力受体TrkB,但Cosgaya[13]认为P75nR是促进髓鞘形成的功能性受体,而非Trk介导BDNF促髓鞘形成。
  BDNF作为另外一种重要的神经营养因子,主要通过p75和trkB 两种受体发挥生物学功能。BDNF 刺激p75NTR 和TrkB,抑制神经酰胺信号。在缺乏TrkB 的PC12 细胞中,BDNF 选择性地作用于p75NTR,生成神经酰胺,增加Trk 酪氨酸磷酸化,减轻TrkA 活性。Boyd等[14]研究发现,p75基因敲除的大鼠轴突再生数量明显提高,而trkB基因敲除大鼠与对照组相比,轴突再生数量明显下降,提示神经损伤后p75的表达抑制运动神经元的轴突再生。同时,Boyd等[15]还发现,小剂量(0.5~2.0 mg/d)BDNF对早期行外科吻合的神经无明显营养作用,但对延迟2个月行神经吻合的神经元有促进修复作用;大剂量(12~20 mg/d)BDNF则对以上两者均有抑制修复作用,而此作用可通过阻断p75受体而消除。有关BDNF的确切作用机制尚须进一步研究。
  
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  收稿日期:2007-12-26

本文来源:http://www.zhangdahai.com/2019/anquanshengchangongwen_0302/1099.html

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