運動誘導的腦源性神經生長因子在能量平衡調節中的作用

李靜靜 葉長林

(上海體育學院 上海 200438)

腦源性神經生長因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)主要通過TrkB受體酪氨酸激酶發揮其對神經元的作用。BDNF與其受體TrkB在腦內廣泛表達[1],最近研究表明BDNF也可在非神經組織表達,如骨骼肌等[2]。BDNF可調節神經發育和突觸可塑性,其在下丘腦調節體重和能量代謝通路中也起重要作用。另外,最近研究顯示BDNF不僅在中樞代謝通路中起重要作用,而且在骨骼肌代謝中作為重要的調節者[2]。

1 BDNF與神經退行性疾病

BDNF在神經元的存活、生長、維持中起重要作用[3],在學習和記憶保持中也起重要作用[4]。阿爾茨海默病患者海馬和血清中BDNF表達下降。亨廷頓氏綜合癥患者和帕金森癥患者BDNF水平均有所下降。另外,抑郁癥患者血清BDNF水平與正常人相比有所下降。血清BDNF水平是老齡婦女學習和一般認知功能受損的生物標記物。

2 BDNF與代謝障礙

肥胖和2型糖尿病患者循環系統中BDNF水平較低[5],在2型糖尿病非肥胖患者中血漿BDNF水平下降,提示BDNF可通過不同的途徑調節肥胖和胰島素抵抗。另外,BDNF在攝食失調和調節體重中起一定作用。

低BDNF水平不僅存在于神經退行性疾病,而且也存在于代謝疾病。神經營養因子如BDNF可能不僅在癡呆和抑郁中起重要作用,也可能在2型糖尿病等代謝疾病中起一定作用。

3 動物學代謝研究

動物學研究顯示,BDNF在能量平衡和胰島素信號通路中起重要作用。BDNF可降低肥胖大鼠的攝食量和血糖水平[6]。中樞或外周注射BDNF可導致食物攝入下降和能量輸出增加,改善肥胖合并糖尿病大鼠的高胰島素血癥和高葡萄糖血癥。BDNF基因導入可引起體重顯著下降,緩解肥胖相關的胰島素抵抗。盡管BDNF對食欲調節信號通路有一定的影響,但其降血糖作用并不完全歸結于其降食欲作用。BDNF注射對血糖平衡起至關重要的作用,可改善肥胖大鼠的胰島素抵抗。

BDNF與其受體TrkB有高親和性,而TrkB與通過胰島素受體底物1/磷脂酰肌醇激酶3/蛋白激酶B介導的胰島素信號轉導通路是耦合的。這條特殊的途徑不僅可調節神經元存活和突觸可塑性,而且對胰島素受體信號轉導和胰島素抵抗也起著重要的調節作用[7],提示BDNF在胰島素敏感性方面可能發揮了一定的作用。

4 BDNF和運動

2型糖尿病、心血管疾病、癡呆和抑郁等患者循環中BDNF水平下降,運動可增加循環中BDNF水平,因此,運動可在一定程度上降低2型糖尿病、心血管疾病、癡呆及抑郁等疾病的風險。體力活動不足和適度的體力活動,均可改變嚙齒類動物腦內BDNF的表達,當剝奪大鼠習慣性的運動時,其腦內BDNF和TrkB信號下調。也有研究顯示高脂膳食可降低海馬內BDNF水平,而運動可逆轉BDNF下降和海馬突觸可塑性受損[8]。轉輪運動結合能量限制,或者是這兩種方式結合可提高肥胖小鼠海馬的BDNF水平,海馬BDNF水平的上升伴隨著海馬顆粒神經元第二、三級樹突樹突棘密度的增加,這提示糖尿病可對海馬結構產生不利的影響,但通過增加能量輸出和降低能量攝入可緩解糖尿病及其引起的認知功能受損。

BDNF可能與外周代謝有關。嚙齒類動物研究顯示骨骼肌收縮時骨骼肌細胞中BDNF mRNA表達增加,這些BDNF來源于骨骼肌層的神經元。也有研究顯示,骨骼肌細胞可表達BDNF mRNA,運動可通過抑制組蛋白去乙酰化酶來增加BDNF mRNA的表達[9]。最初的研究顯示運動后骨骼肌BDNF mRNA和蛋白質表達增加,然而骨骼肌來源的BDNF似乎并沒有釋放進入血液循環。細胞培養結果顯示:電刺激時骨骼肌細胞表達BDNF mRNA和蛋白質增加,但并未釋放入細胞培養基中,這就排除了BDNF來源于其他細胞的可能性。另外,BDNF增加了AMPK和ACCβ的磷酸化,增加了體內和體外的脂肪氧化。

5 結語

肌肉收縮時骨骼肌產生BDNF增多,其促使脂肪氧化能力增強。BDNF被確定為肌肉收縮誘導的一種新蛋白質,可能對與運動有關的多種健康益處有促進作用,這種作用的發揮可能是通過增強骨骼肌內脂肪氧化實現的。BDNF表達于肌肉中及其對脂肪氧化的影響研究為我們提供了一個新的方向:BDNF在神經生物學及中樞和外周代謝中扮演一個多效性角色。

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