腦源性神經營養因子與2型糖尿病及高血壓的相關研究進展

王昕鈺，任建功

(蘭州大學第二醫院內分泌代謝科，蘭州 730030)

腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)是中樞神經系統重要的神經營養因子。與神經生長因子類似，BDNF是神經營養素家族的一員，在神經系統的發育中起重要作用，可調節中樞及周圍神經系統突觸的活躍性、神經傳導、神經元修復和神經可塑性等[1]。有研究發現，BDNF在2型糖尿病和高血壓的發病機制中起重要作用，可改善胰島素敏感性，并具有抗糖尿病作用，還可通過多種途徑增加高血壓等心血管疾病的應激反應[2-3]。

2型糖尿病的危害性主要表現在慢性并發癥導致的高病死率和高致殘率，而糖尿病(主要是2型糖尿病)人群的高血壓、急性冠狀動脈綜合征和冠心病等疾病的患病率均明顯升高[4]。高血壓是常見的慢性心血管疾病，其中胰島素抵抗是高血壓的主要發病原因，可直接導致高血壓的發生發展，兩者互為惡性影響，嚴重影響患者的生存質量[5]。2型糖尿病合并心血管疾病的發病率已躍居我國住院糖尿病患者慢性并發癥之首[6]。但目前對BDNF與高血壓及其并發2型糖尿病的研究仍處于探索階段，試驗結果尚存有爭議。現對BDNF與高血壓和2型糖尿病的相關性及BDNF介導血壓波動機制的相關研究進展予以綜述。

1 BDNF與其受體

BDNF是小分子二聚體蛋白質結構，最初以N端糖基化蛋白質的BDNF前體形式存在。BDNF 前體經胞內和(或)胞外蛋白酶水解轉化為成熟 BDNF，并釋放至細胞外[7]。BDNF的細胞表面受體主要有：①p75神經生長因子受體，它是腫瘤壞死因子受體家族的一員；②絡氨酸激酶受體B(tyrosine kinase receptor B，TrkB)，其屬于原肌球蛋白相關激酶。BDNF前體對p75神經生長因子受體有高度親和性，并可激活神經元的細胞凋亡進程。而成熟 BDNF 是生物活性體，對TrkB具有高親和性，對神經元的生長分化以及突觸可塑性有促進作用。TrkB在腦組織中以全長型和截短型(缺乏細胞內絡氨酸蛋白的激活區域)兩種受體形式存在，BDNF通過全長型受體激活細胞內信號級聯反應，進而誘導神經元的生長和增殖；通過截短型受體調節細胞外 BDNF 的聚集，并激活細胞內的信號轉導通路[8-9]。

BDNF與TrkB結合可引發一系列瀑布信號轉導，如磷脂酶C-γ通路、血管內皮生長因子傳導通路等作用于相應靶點，并通過其效應產物的直接磷酸化使蛋白合成增加。BDNF借由高親和力的TrkB，通過調節基因表達、突觸功能和離子通道等對神經元的結構和功能產生多種影響，還通過BDNF受體對中樞神經系統的作用參與調節能量穩態和葡萄糖穩態，在心血管疾病的發病機制中發揮重要作用[10-11]。

2 BDNF與高血壓

2.1BDNF與高血壓的相關性 近年來，有關高血壓與BDNF關系的研究逐漸增多。高血壓的發病與糖脂代謝、血管修復和生成等相關，而血管內皮生長因子等神經生長因子與血管生成和維持血管完整性密切相關。Schaich等[12]通過股動脈壓力感受器監測注射人工腦脊液(5 μL)和微量BDNF(12.5 μg)實驗小鼠的下丘腦室旁核(paraven-tricular nucleus of the hypothalamus，PVN)的平均動脈壓的研究發現，在應激和高滲狀態下，PVN中BDNF的表達增加，且血壓和心率升高；與注射人工腦脊液組相比，BDNF組的平均動脈血壓可升高(27±1) mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，心率峰值可升高(106±17)次/min，并可在約15 min后回落至基線水平。Clark等[13]將微量BDNF注入小鼠孤束核的研究發現，注射10 min后小鼠平均血壓和心率明顯上升。另有實驗發現，先將血管緊張素Ⅱ注入小鼠右側腦室，使小鼠血壓升高，再輸注TrkB拮抗劑ANA-12，血壓下降20.6 mmHg[14]。類似的臨床研究發現，與健康對照組相比，高血壓患者的血清BDNF顯著升高[15]。另有小樣本量研究發現，高血壓患者的血清BDNF水平升高[16]。由此可見，BDNF對血壓波動的影響明確，可能通過某種方式介入應激等刺激導致急性加壓反應，并發揮重要作用。

BDNF對血壓和心率波動的具體影響尚有爭議。Monnier等[17]的實驗研究發現，自發性高血壓小鼠的大腦海馬切片中BDNF和成熟BDNF水平均下降，且TrkB的表達也受損。分別向小鼠注射BDNF 和人工腦脊液的實驗研究發現，與人工腦脊液對照組相比，BDNF組小鼠心率升高，但血壓基線水平不變[18]。隨后的相關研究卻發現將BDNF注入小鼠腦室可使血壓的基線水平升高，而心率不變[19]。以上研究表明，BDNF的變化可介入心血管應激反應，并影響血壓及心率，但具體的影響趨勢及范圍需要更多的實驗驗證。對BDNF進行深入研究可能開拓對高血壓發病機制的新認識，從而為高血壓的診療提供新思路和新方向。

2.2BDNF調節血壓的機制 BDNF可作用于心血管系統，并引起高血壓。目前研究認為，BDNF通過腎素-血管緊張素信號轉導通路影響血壓波動[20]。交感神經活性的增強和中樞腎素-血管緊張素系統的激活通常與高血壓、心力衰竭等心血管疾病的發生相關。BDNF可以促進神經可塑性和神經興奮性。有證據表明，腎素-血管緊張素系統與BDNF和TrkB相關，可相互作用促進心血管疾病的交感神經興奮[21]。Erdos等[3]的研究證明，PVN中BDNF的長期升高可顯著增加血壓、心率和交感神經活動指數，并降低體重；將myc表位標記的BDNF融合蛋白注入大鼠雙側PVN，4周后分離實驗大鼠大腦和腎上腺的PVN區域進行分析顯示，PVN中表達增高的BDNF可使血管緊張素Ⅰ受體信使RNA明顯升高；隨后，分別注射BDNF和BDNF聯合血管緊張素Ⅰ受體抑制劑氯沙坦于兩組實驗大鼠腦室，4周后測量血壓發現，BDNF組血壓明顯上升，而聯合抑制劑組血壓升高幅度減低；若再向腦室內注射血管緊張素Ⅱ發現，BDNF組血壓較聯合抑制劑組明顯升高。Schaich等[12]注射微量BDNF于麻醉小鼠單側PVN的研究發現，小鼠血壓上升(31±4) mmHg；隨后，再向PVN中分別注射微量氯沙坦和賴諾普利，血壓出現回落，可見，氯沙坦和賴諾普利可阻止BDNF誘導的TrkB磷酸化。以上實驗表明，BDNF可通過調節血管緊張素Ⅱ/血管緊張素Ⅰ受體介導的血管緊張素信號的轉導平衡來進一步調控血壓的變化。Cao等[22]的研究證實，與血管緊張素Ⅱ通路相似，BDNF信號通路可調節離子通道電流，且血管緊張素Ⅱ可以增加BDNF在神經元和其他組織中的表達。與血管緊張素Ⅱ相似，BDNF可調控K+通道的電壓門控，并抑制電流。Becker等[23]對血管緊張素Ⅱ中培養的兒茶酚胺細胞系進行實驗研究發現，前體BDNF和BDNF的表達增加；若繼續將兒茶酚胺細胞系置于BDNF中培養，則可觀察到K+通道平均電流(IA)顯著降低；若將兒茶酚胺細胞系予以血管緊張素Ⅰ受體抑制劑氯沙坦預處理，則BDNF培養對IA無影響。由此可見，BDNF參與血管緊張素Ⅱ信號通路誘導IA減少，導致神經敏感性和興奮性的增加，進一步明確了BDNF與腎素-血管緊張素系統的相關性。

研究表明，滲透壓可隨鹽攝入量的增加而升高，進而促進精氨酸加壓素(arginine vasopressin，AVP)的釋放，而長期高鹽攝入可通過激活TrkB和下調K+/Cl-共同轉運體來抑制大鼠AVP神經元的壓力感受器，并增加細胞內Cl-來降低視上核中AVP神經元的γ-氨基丁酸的抑制作用，該調節機制形成前反饋循環導致AVP的持續釋放和平均動脈壓的增加[24-25]。此外，Choe等[26]的實驗發現，慢性高鹽攝入通過激活視上核TrkB受體以及下調K+/Cl-共同轉運體的表達來完成調節，且BDNF可介導Trk依賴性Cl-梯度的塌陷，從而抑制AVP信號轉導通路。Balapattabi等[27]對等量喂食2%氯化鈉注射液7 d的靶向拮抗BDNF小鼠模型組及正常對照組小鼠視上核模型進行蛋白印跡分析的研究發現，靶向拮抗BDNF小鼠模型組高鹽負荷后TrkB磷酸化明顯下降，且血漿AVP也明顯降低，可見，視上核產生的BDNF可導致高鹽負荷時AVP分泌增加，BDNF 可通過其受體在心血管疾病的病程進展中發揮作用，而TrkB信號轉導通路可能是長期血壓調控和交感神經活動的中介。

穹窿下器是一種中樞神經系統感覺室周器官，其缺乏正常的血腦屏障和豐富的肽類受體，有助于檢測來自周圍的循環信號，并調控體液平衡和心血管系統。對穹窿下器轉錄序列的分析顯示，BDNF信使RNA和TrkB信使RNA均可在穹窿下器中表達[28]。Black等[29]通過電生理學檢查對培育于1 nmol/L 的BDNF溶液中的分離后小鼠穹窿下器組織進行研究發現，BDNF可影響大多數興奮性神經元(60%，13/22)，其中大部分表現為膜去極化[(13.8±2.5) mV，n=9]，而其余細胞表現出超極化[(11.1±2.3) mV，n=4]，由此可見，BDNF可通過穹窿下器發揮作用；隨后發現，直接將微量BDNF(0.5 μL，20 nmol/L)注入麻醉大鼠穹窿下器，可立即引起平均血壓的明顯下降，但對心率無影響。此外，外周BDNF水平在長時間運動中呈上升趨勢，故認為BDNF可將穹窿下器組織作為位點，從而對血壓及心血管系統進行調節，并可作為一種調節分子，減緩持續體育活動期間的血壓升高[30]。目前，關于穹窿下器的相關研究尚處于起步階段，但已成為BDNF作用原理研究的新方向。

以上實驗從不同的角度探索了BDNF對高血壓及心血管系統作用的機制，為高血壓等心血管疾病的發生發展機制提供了新見解。目前對BDNF與高血壓之間關系的研究，特別是作用機制的研究仍處于探索階段，進一步研究BDNF及其受體信號通道將有助于了解疾病的基本生理病理，并為藥物研發及臨床治療提供新思路。

3 BDNF與2型糖尿病及高血壓

3.1BDNF與2型糖尿病的相關性 BDNF與2型糖尿病的發病及病程進展有重要聯系。相關臨床試驗發現，BDNF通過調節胰島素的產生和分泌對 2型糖尿病的病理過程產生重要影響[31]。Li等[32]對我國2型糖尿病患者血清BDNF水平的研究發現，2型糖尿病患者血清BDNF水平較健康對照組明顯降低，其中2型糖尿病合并慢性并發癥患者的血清BDNF水平幾乎是無并發癥糖尿病患者的 2倍；研究還發現，血清BDNF水平低于23.0 μg/L可作為診斷2型糖尿病的重要指標之一，其靈敏度和特異度分別為89.0%和60.9%。另有試驗證實，2型糖尿病患者的血清平均BDNF水平較健康對照組顯著降低[33]。有研究發現，BDNF與2型糖尿病獨立相關，并與2型糖尿病患病病程時長呈負相關[34]。綜上所述，2型糖尿病的病理生理過程干擾了BDNF的表達及轉導，同時BDNF也可作為 2型糖尿病的獨立危險因素，將BDNF檢測應用于臨床有望提高2型糖尿病的診斷率。

Meek等[35]使用示蹤劑稀釋技術追蹤由鏈脲佐菌素誘導的胰島素缺乏性糖尿病大鼠模型的BDNF研究發現，BDNF可有效抑制肝糖原降低血糖水平，且不影響組織葡萄糖攝取，此作用機制可能與胰高血糖素和糖原基因的肝臟表達降低有關。Toriya等[36]的研究認為，由于促腎上腺皮質激素釋放激素神經元表達TrkB，向腦室中注射BDNF可競爭抑制PVN中表達促腎上腺皮質激素釋放激素的信使RNA。Maekawa等[37]的實驗發現，將BDNF注入糖尿病模型小鼠腦室，可使下丘腦腹正中核中葡萄糖轉運蛋白-2的信使RNA的表達顯著降低；此外，葡糖糖利用障礙也可使BDNF信使RNA水平和下丘腦腹正中核中BDNF的表達細胞數量顯著下降。目前，對BDNF與糖尿病關系的研究已較為透徹，BDNF 的升高可降低血糖并延緩糖尿病的發生發展，若將其應用于糖尿病治療將為降糖藥物的研發提供新的方向。

3.2BDNF與2型糖尿病合并高血壓的相關性 臨床上，大部分2型糖尿病患者均合并高血壓。大量研究表明，糖尿病和高血壓存在大量重疊的發生發展過程[38-40]。有研究提出，胰島素抵抗是2型糖尿病和高血壓發生的共同病理生理基礎，其中約50%的原發性高血壓患者存在胰島素抵抗[41]。對我國健康人群隨訪6年的隊列分析發現，隨著血糖水平的升高，高血壓的患病風險相應升高，而空腹血糖受損是血壓正常人群發生高血壓的獨立危險因素[42]。另有研究發現，早期糖尿病患者的高血壓發病率與糖尿病病程進展相關[43]。有研究發現，約50%的糖尿病患者同時患有高血壓，約20%的高血壓患者同時患有糖尿病；高血壓或糖尿病患者同時患有兩種疾病的風險是正常人群的1.5～2倍[44]。糖尿病和高血壓相互作用和影響，形成惡性循環。

綜上所述，BDNF與2型糖尿病及高血壓關系密切，其中BDNF與2型糖尿病的關系較為清晰，而BDNF與高血壓關系的研究還處于起步階段，仍缺乏2型糖尿病合并高血壓的動物實驗研究及長時間大樣本的臨床研究。對我國885例心血管疾病患者血生化值及BDNF值的隨訪(約48個月)研究發現，BDNF與糖尿病呈正相關，且血清BDNF水平與心血管疾病的發病率及死亡率直接相關，但未發現BDNF與2型糖尿病合并高血壓相關性的明顯統計學規律[45]。其他研究也未發現高血壓合并2型糖尿病患者血漿BDNF值變化的有效數據[46]。BDNF與高血壓、2型糖尿病間存在緊密聯系，對其相關機制的深入研究，并通過共同作用通路研發治療多種疾病的藥物，將有助于控制和治療疾病，減輕患者負擔。

4 小 結

2型糖尿病和高血壓都是臨床最常見的慢性疾病，病程長且并發癥多，中老年患者多同時患有2種疾病，嚴重影響患者的生活質量。BDNF對神經系統、血糖代謝、體液平衡及心血管系統等的調節作用及機制有重要意義。BDNF及TrkB作用于大腦的多個部位，影響神經活動及血壓血糖等變化，并可增加能量消耗、改善全身血糖平衡、提高胰島素敏感性，可作為未來糖尿病篩查的重要危險因素，對預防和治療2型糖尿病有一定的作用。此外，BDNF還參與調節心血管系統。動物實驗發現，BDNF可造成血壓升高，但長期的臨床追蹤試驗發現其對心血管系統具有保護作用[47]。目前，尚不能得出明確完整的BDNF作用于心血管系統機制的結論，需要廣泛全面的實驗證實。此外，在合并多種疾病的情況下，如2型糖尿病合并高血壓或神經系統疾病時，BDNF水平的變化尚無明確研究及報道。BDNF及其受體分布廣泛，并可參與多重轉導通路的作用，在很多疾病的發病機制和治療中發揮作用，進一步明確信號轉導通路的分子生物學和藥理學機制將為治療能量代謝、心血管疾病和神經系統相關疾病等提供新方法。