運動行為對BDNF表達的影響——現狀與未來

【摘 要】 本文采用文獻資料法總結并論述運動對腦源性神經營養因子(BDNF)表達變化的影響，闡述運動方式與BDNF變化的關系，為BDNF用于運動疾病研究和治療提供理論依據。

【關鍵詞】 BDNF 運動 表達

腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是一個有效促進大腦健康的有益分子。越來越多的研究已從不同角度證實了BDNF在體內的積極作用。這些作用包括增強認知能力和記憶力、抗抑郁、刺激神經發生和提高腦血管的血流量等。而適量運動刺激又會導致體內BDNF發生變化，從而發揮著對機體的保護作用。然而，通過分析文獻發現，不同運動量、強度及方式會影響BDNF的表達，從而產生不同的結果。本文就不同運動量、強度及方式對BDNF的變化進行綜述，并探討BDNF與運動疾病和康復的關系。

BDNF概述

BDNF是1982年德國神經生物學家Barde等從豬中分離出來的一種小分子堿性蛋白，具有維持和保護神經元，促進神經細胞分化和損傷神經元修復的作用。故根據來源和生物學作用命名為BDNF。至今，對于BDNF的研究已經很深入，但其在運動對疾病預防和修復中的作用仍需關注。

運動效果對BDNF的影響及其作用

1.對學習記憶能力的改善及老年癡呆癥的預防

1973年，自Bliss等發現海馬突觸長時程增強效應(Long-term potentiation，LTP)以來，海馬便和腦的高級功能學習記憶緊密地聯系在了一起，成為神經科學領域研究的熱點問題之一。研究發現海馬組織中BDNF與年齡規律性的變化緊密相關。將BDNF抑制后海馬的功能會發生紊亂，提示BDNF是海馬組織發揮功能的一個關鍵分子。8周有氧跑臺運動訓練可以易化大鼠空間學習能力，并提高大鼠的空間記憶能力，同時BDNFmRNA的表達水平也得到上調。提示運動后BDNF表達上調，從而可能影響突觸可塑性，進而促使海馬能夠充分發揮認知和記憶能力。因此，BDNF能有效預防由于年齡老化而引起的老年癡呆癥和帕金森癥。因此，從BDNF能預防老年癡呆的作用推測，規則有效的運動能促進BDNF的增加，如慢跑等應該有利于與海馬相關的老年性疾病的預防和治療。

2.抗抑郁、促進心理健康

曹慧等認為運動促進青少年心理健康的機制中也與運動促進BDNF的釋放有關。研究發現運動誘導成年海馬BDNF表達的增加可能是運動抗抑郁作用的主要機制，且類似于藥物抗抑郁治療。魏宏文的研究證實，神經元損傷、神經營養不足是抑郁癥的發病機制之一，而給予BDNF恰恰又能夠促進神經元的存活與修復。Mata J等發現通過體力活動緩解了處于青春期女孩的抑郁癥，并使BDNF val66met多態性這種危險因子減少，從而有助于精神和心理疾病的恢復。綜上所述，運動與抗抑郁藥的作用都與促進腦內BDNF的表達增加有關，BDNF很有可能在運動抗抑郁并促進心理健康過程中發揮重要作用。

3.腦缺血的恢復

Kim MW等對大腦半球缺血模型動物進行12天的跑臺訓練，結果發現運動后大鼠運動能力明顯提高，且BDNF和TrkB蛋白表達比對照組都有增加。李紅玲還用腦出血的大鼠模型做跑籠訓練，發現與對照組和假實驗組相比，BDNF表達均顯著增加。提示BDNF參與了腦出血后神經可塑性的發生，而運動訓練又可促進BDNF基因及其蛋白表達，從而改善神經功能。高謙的研究發現，在大腦中動脈栓塞性腦缺血小鼠模型進行連續或間斷的90天跑籠訓練后，均能提高腦組織BDNFmRNA的表達水平。以上說明，運動對腦缺血恢復的促進作用是運動促使了海馬BDNF的表達，進而發揮對腦神經元的保護和修復作用。因此，腦缺血后的主動運動有助于通過BDNF促進功能修復。

4.肥胖的預防

高立芝對高脂飲食大鼠肥胖模型進行10周的60min/d和90min/d的無負重游泳訓練，結果發現，60min組和90min組的體重控制及瘦素調節均好于對照組。并且發現下丘腦BDNF的表達也顯著高于高脂未游泳的對照組。進一步分析認為，BDNF是作用于與饑餓和運動有關的神經元，從而減少攝食，刺激運動，增加能耗。Matthews VB認為BDNF作為一種在骨骼肌內的誘導收縮蛋白（contraction-inducible protein），可通過激活腺苷酸活化蛋白激酶來優化骨骼肌內的脂質氧化。以上研究均提示，運動訓練可通過BDNF來發揮預防肥胖的作用。

不同方式的運動對BDNF表達的影響

研究表明，運動對健康的促進作用都與BDNF的增加密切相關，但不同方式的運動對BDNF表達所產生的影響也不同。

1.不同運動量對BDNF的影響

Seifert T等使7名久坐的男性做3個月的耐力訓練，結果發現受試者血清中的BDNF濃度均顯著高于對照組。此外，用8只小鼠做5周的跑臺訓練，發現海馬組織中BDNF的表達有顯著增加 ，即適量運動可以使大腦內BDNF蛋白表達增加。而劉曉莉按運動持續天數將大鼠分為3天、7天和12天組進行每天持續60min的游泳訓練，結果發現12天組的BDNF陽性表達最多，且與3天組相比有顯著性差異，而3天組與對照組無統計學意義。此外，神經細胞BDNF的表達強度與BDNF陽性神經元數量，和運動的長期性呈正相關。而滿君等人發現，過度運動后會造成海馬神經元排列松散、紊亂，并且與周圍神經元聯絡減少，而這些形態發生改變的海馬神經元中的BDNF表達與對照組相比有所增加，提示BDNF增加可能有利于提高神經元的自救 。需強調的是，BDNF的表達增加雖然與長期性的運動持續時間呈正比，但不隨每一次的運動持續時間增加而增加。單次運動持續的時間過長反而會導致一些神經元的損傷和形態變化，而BDNF只會在這些形態發生改變的海馬神經元中表達增加。BDNF只對過量運動損傷的神經元發揮作用。

2.不同運動強度對BDNF的影響

不同強度對BDNF影響的研究大多以跑臺速度和游泳負重來控制強度。Lou SJ等用5周齡的大鼠做跑臺訓練，1周后得出低強度組大鼠海馬齒狀回的BDNF表達明顯增加，而大強度組則無影響。Soya H同樣以跑臺制定15m/min和25m/min的強度進行比較，發現只有低強度組的BDNFmRNA和蛋白表達增加。孫國欣的研究表明，負重體重4%建立的大強度模型在7周的游泳訓練后，學習能力和記憶階段的空間認知能力明顯減弱。綜上說明，只有低強度的運動有助于促進學習記憶能力提高，而過強運動反而會擾亂海馬功能。

3.不同運動方式（自主、被動）

Greenwood BN等研究發現，6周的自主性跑籠運動可以使齒狀回、海馬CA1區以及底外側扁桃體的BDNFmRNA表達增加，并且海馬功能也隨之得到改善。此外，腦梗死后24~48h內給予被動運動訓練，也可促進大鼠腦梗死周圍區BDNF表達增強，從而加速受損神經功能恢復。Liu YF等用小鼠分別做適量的主動性跑籠訓練和被動性跑臺訓練，結果發現兩種運動方式都能夠提高水迷宮的行為表現，并發現BDNF-trkB均在海馬中有所升高，但在扁桃體的表達水平只有跑臺運動后有所提高，而跑籠運動卻沒有。這提示，海馬BDNF表達與運動類型也有一定關系。至今，關于自主或被迫運動對BDNF影響的研究還不多。而由于跑籠便于計算跑動距離亦不會產生運動性疲勞，所以在對疾病模型大鼠的研究中大多都采用自主運動的跑籠方式。關于不同運動類型對BDNF的影響和作用還需進一步深入研究。

小結與展望

運動對機體的促進和提高作用已經被科學實驗證實，其中低強度運動對機體有益，而高強度的運動不利于健康。運動促進機體提高功能的機制是一個復雜過程，其中BDNF已被證實是一個關鍵因子。此外，采取適量、適當以及合理的運動方式能有效的增加BDNF的表達，但是在人類中，以什么標準的運動負荷和方式才能使BDNF的表達達到最佳水平，以及使BDNFmRNA的表達增加后并維持時間最長還有待進一步確定。由于BDNF是一個與運動相關的有益分子，因此BDNF作為神經營養開發用于提高運動成績是一個新的方向。然而，對于BDNF這樣的分子通過血腦屏障進入腦內發揮作用，以及如何獲取BDNF的藥源是現在需要解決的一個難題。在這一方面，神經生長因子（nerve growth factor，NGF）作為國家一類新藥已開發上市，為我們提供了思路和信心。BDNF被開發為一種新的神經營養藥物，再與運動結合發揮作用，將對于今后海馬和運動相關疾病的預防和治療帶來希望。

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作者單位：延安大學體育學院 陜西延安