腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在抑郁癥中的研究進(jìn)展*

王思琪，蘇 靜，馬世平，2**，傅 強(qiáng)**

1 中國(guó)藥科大學(xué)中藥學(xué)院南京 211198；2 安康學(xué)院秦巴中醫(yī)藥資源研究與開(kāi)發(fā)中心安康725000

抑郁癥是一種普遍存在的慢性精神疾病，臨床核心癥狀表現(xiàn)為持續(xù)顯著的心境低落，并伴隨快感缺失、悲觀厭世、反應(yīng)遲鈍、食欲不振等認(rèn)知和軀體癥狀，具有高易感性、高復(fù)發(fā)率及高自殺率等特點(diǎn)。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們生活壓力日益增大，抑郁癥患病率也逐年提高。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）2017 年發(fā)布的報(bào)告顯示，抑郁癥即可能成為全球首位的疾病負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重威脅社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。

腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白，對(duì)腦回路中涉及情緒和認(rèn)知功能神經(jīng)元的生長(zhǎng)、存活，以及調(diào)控信息傳遞的突觸發(fā)育至關(guān)重要。近年來(lái)大量臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了BDNF 在維持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定中發(fā)揮了重要作用[2-4]。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子假說(shuō)指出，BDNF 及其他神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺乏導(dǎo)致的神經(jīng)可塑性受損是抑郁發(fā)病的病理基礎(chǔ)[5]，增加BDNF 的含量可以有效地改善大腦受損區(qū)域相關(guān)營(yíng)養(yǎng)蛋白表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)，促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生和突觸可塑性，發(fā)揮抗抑郁作用。在抗抑郁治療中，BDNF 類似于抗抑郁藥物的功能轉(zhuǎn)換器，介導(dǎo)抗抑郁應(yīng)答產(chǎn)生腦部神經(jīng)可塑性變化。近期研究逐漸發(fā)現(xiàn)，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子前體（brain-derived neurotrophic factor precursor，proBDNF）和前肽（pro-domain of BDNF，BDNF pro-peptide）在抑郁癥的病理過(guò)程中也具有獨(dú)特作用[6-8]。抑郁癥的產(chǎn)生和治療伴隨著腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3 種亞型（mBDNF、proBDNF 和BDNF 前肽）間的動(dòng)態(tài)平衡改變。抑郁的產(chǎn)生和加劇導(dǎo)致proBDNF 和BDNF 前肽的高表達(dá)，而抑郁癥的治療往往伴隨著mBDNF 占比的增多。因此深入探究BDNF 及其前體、前肽在抑郁癥發(fā)病及治療中的相關(guān)機(jī)制，有助于豐富神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子假說(shuō)，為抑郁癥診斷和治療提供新的理論參考。

1 BDNF 的基本生物學(xué)特性和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

BDNF 主要在神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中合成[9]。BDNF 基因首先轉(zhuǎn)錄為mRNA。轉(zhuǎn)錄過(guò)程受神經(jīng)元活動(dòng)調(diào)節(jié)，依賴鈣離子相關(guān)途徑，通過(guò)N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體和電壓門控鈣離子通道以促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，激活轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，并翻譯產(chǎn)生前體蛋白proBDNF[10]。proBDNF 包含N 端前結(jié)構(gòu)域和C 端成熟結(jié)構(gòu)域，經(jīng)細(xì)胞內(nèi)外蛋白酶切割N 端前結(jié)構(gòu)域，產(chǎn)生成熟體mBDNF，此時(shí)水解剩下的前結(jié)構(gòu)域部分即為BDNF 前肽。前蛋白轉(zhuǎn)化酶PC7 和弗林蛋白酶是proBDNF 主要的胞內(nèi)切割酶[11，12]。組織纖溶酶原激活物（tissue plasminogen activator，tPA）激活組織纖溶酶原產(chǎn)生的纖溶酶，以及部分基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteases，MMPs）均可細(xì)胞外裂解proBDNF，產(chǎn)生mBDNF[7，13，14]。

BDNF 是具有兩種不同親和性的受體：高親和性的酪氨酸激酶受體B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）及低親和性的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子p75 受體（neurotrophin receptor p75，p75NRT）。mBDNF 高親和性結(jié)合TrkB 受體，誘導(dǎo)受體二聚化和細(xì)胞內(nèi)酪氨酸殘基自磷酸化，TrkB 磷酸化后主要通過(guò)調(diào)節(jié)下述3 種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，分別是磷脂酶C（PLAγ）/蛋白激酶C（PKC）途徑、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑、磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）途徑[15]，激活下游信號(hào)瀑布，加強(qiáng)神經(jīng)發(fā)生和突觸可塑性，促進(jìn)神經(jīng)元生長(zhǎng)存活，發(fā)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用。BDNF 可以持續(xù)激活TrkB 受體，促進(jìn)神經(jīng)元樹(shù)突分枝和樹(shù)突棘生成，影響突觸生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)形成[16]；并通過(guò)增加突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，或增強(qiáng)突觸后受體活性，促進(jìn)長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)，影響學(xué)習(xí)和認(rèn)知功能。同時(shí)BDNF 參與調(diào)控神經(jīng)發(fā)生，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、分化、存活等過(guò)程，發(fā)揮神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)作用[17]。BDNF 還可以誘導(dǎo)抗凋亡蛋白表達(dá)，預(yù)防神經(jīng)元凋亡。proBDNF 中前結(jié)構(gòu)域部分結(jié)合分揀受體sortilin，不僅可以幫助mBDNF 折疊和分泌；還可以充當(dāng)活性信號(hào)分子與p75NRT 結(jié)合，介導(dǎo)同mBDNF 相反的生物學(xué)功能，破壞神經(jīng)可塑性，誘導(dǎo)神經(jīng)元程序性死亡。proBDNF 與sortilin 結(jié)合形成復(fù)合物激活p75NRT，觸發(fā)c-Jun 氨基末端激酶（JNK）相關(guān)通路，誘發(fā)神經(jīng)元凋亡[18]。同時(shí)proBDNF/p75NRT/sortilin 復(fù)合物還可以激活RhoA 依賴性信號(hào)通路，導(dǎo)致突觸末端生長(zhǎng)錐收縮，使神經(jīng)元突觸生長(zhǎng)減少[19，20]；并增加NMDA 受體NR2B 亞基表達(dá)，增強(qiáng)NR2B 依賴性的長(zhǎng)時(shí)程抑制[21]。BDNF 前肽表現(xiàn)出同proBDNF 相似的調(diào)節(jié)功能，研究顯示，胞外大量的BDNF 前肽會(huì)降低成熟海馬神經(jīng)元中樹(shù)突棘的數(shù)目，并且這一作用可能是經(jīng)由線粒體機(jī)制、細(xì)胞色素c 和caspase-3 途徑介導(dǎo)的[22]。同時(shí)給予BDNF 前肽治療可以促進(jìn)NMDA 誘導(dǎo)的AMPA 受體胞吞作用，增強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)程抑制[23]。

2 BDNF 與抑郁

2.1 抑郁癥患者中BDNF 及其相關(guān)因子表達(dá)異常

隨著抑郁癥神經(jīng)發(fā)生及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子假說(shuō)的提出和完善，越來(lái)越多的證據(jù)將BDNF 與抗抑郁治療聯(lián)系起來(lái)。基于BDNF 及其他神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子水平的降低，從而抑制新生神經(jīng)元的發(fā)育，可能會(huì)導(dǎo)致腦部邊緣結(jié)構(gòu)萎縮。臨床研究顯示，在重度抑郁癥患者的海馬及前額葉皮層中，往往可以觀察到低水平的BDNF，腦內(nèi)海馬體萎縮，神經(jīng)元凋亡，神經(jīng)突觸丟失[24]。分析抑郁癥患者血液中BDNF 蛋白水平，發(fā)現(xiàn)其血清內(nèi)BDNF 水平也較低[25]；抗抑郁藥物治療或顱內(nèi)刺激BDNF 表達(dá)增多，可緩解患者的抑郁癥狀[26，27]，說(shuō)明提高BDNF 水平對(duì)抑郁治療具有積極影響。意欲自殺的重度抑郁癥患者血漿中BDNF 水平相較于輕度抑郁癥患者，出現(xiàn)更為明顯的降低[28]，說(shuō)明BDNF 水平可能還與患者抑郁程度呈負(fù)相關(guān)。然而也有臨床研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者與健康者對(duì)照比較，血清BDNF水平并無(wú)顯著差異[28，29]。因此，BDNF 水平單獨(dú)用作臨床抑郁癥狀診斷和抗抑郁藥效評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不具唯一性，應(yīng)結(jié)合臨床表征作出具體分析。

proBDNF 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與抑郁癥的疾病過(guò)程密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁癥患者血清proBDNF 水平明顯高于健康對(duì)照組，mBDNF 表達(dá)較低[30]；長(zhǎng)期抗抑郁藥物治療可以逆轉(zhuǎn)患者血清中proBDNF 的升高，促進(jìn)mBDNF 的表達(dá)[31]。mBDNF經(jīng)由proBDNF 切割而來(lái)，為了進(jìn)一步量化mBDNF、proBDNF與抑郁癥之間的關(guān)聯(lián)性，研究者采用兩者比值進(jìn)行統(tǒng)一化分析，發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者mBDNF/proBDNF 比值明顯低于健康者，接受抗抑郁治療后比值明顯升高[30，31]。BDNF 前肽與proBDNF 具有相似的生物學(xué)功能，尸檢結(jié)果顯示，抑郁癥患者頂葉皮質(zhì)中proBDNF 及BDNF 前肽表達(dá)均較高，mBDNF表達(dá)較低[32]。對(duì)比單獨(dú)采用BDNF 水平，BDNF 三種亞型的組合更好地分析了BDNF 水平的動(dòng)態(tài)改變，可以成為臨床診斷抑郁癥的綜合性指標(biāo)，同時(shí)深入探究三者間的相互作用也為進(jìn)一步研究抑郁的發(fā)病和治療提供新方向。

2.2 動(dòng)物模型中BDNF 及其相關(guān)因子表達(dá)情況

慢性應(yīng)激（Chronic unpredictable mild stress，CUMS）抑郁模型是常見(jiàn)的抑郁動(dòng)物模型，被廣泛用于探討抗抑郁機(jī)制以及篩選抗抑郁藥物[33]。CUMS 會(huì)造成小鼠海馬及皮層內(nèi)BDNF 水平降低，于腦室注射BDNF 可改善小鼠抑郁癥狀[34]。連續(xù)14 天BDNF 外周注射也可以提高動(dòng)物海馬中BDNF 水平，激活TrkB 下游信號(hào)傳導(dǎo)，增加海馬CA3 區(qū)BDNF mRNA 表達(dá)，發(fā)揮抗抑郁的作用[35]。動(dòng)物研究顯示，正常大鼠腦中過(guò)表達(dá)proBDNF 會(huì)誘導(dǎo)動(dòng)物產(chǎn)生行為絕望；慢性應(yīng)激抑郁模型大鼠腦內(nèi)proBDNF 和下游受體p75NRT 會(huì)隨著突觸丟失、突觸功能受損而增加[36]。腹腔或腦室注射抗proBDNF抗體有中和proBDNF 作用，可緩解大鼠抑郁樣行為[36]。慢性應(yīng)激還能夠降低動(dòng)物海馬中mBDNF/proBDNF 比值，導(dǎo)致錐體神經(jīng)元樹(shù)突棘密度減少；外源性注入mBDNF 可以防止突觸相關(guān)蛋白丟失，重塑病理狀態(tài)下的神經(jīng)回路發(fā)育[36，37]。

上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明高水平的proBDNF 在抑郁癥中起著有害作用，抑制proBDNF 或補(bǔ)充mBDNF 可以抵制proBDNF 帶來(lái)的神經(jīng)發(fā)育抑制，起到抗抑郁的效果。基于proBDNF 剪切過(guò)程，誘導(dǎo)腦內(nèi)proBDNF 剪切，提高mBDNF 占比，也可以發(fā)揮抗抑郁作用[38]。提示在抑郁治療中除了簡(jiǎn)單地上調(diào)mBDNF、或抑制proBDNF 表達(dá)之外，有目的地調(diào)節(jié)proBDNF 剪切，恢復(fù)proBDNF 和mBDNF 間的平衡也極其重要。

3 BDNF 在抗抑郁應(yīng)答中的作用

3.1 常規(guī)抗抑郁藥物

選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑（selective serotonin reuptake inhibitor，SSRI）和5-羥色胺去甲腎上腺素雙重再攝取抑制劑（serotonin-norepinephrine reuptake inhibitor，SNRI），是臨床常用的抗抑郁藥物，主要通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞外單胺水平來(lái)發(fā)揮抗抑郁作用，但往往需要數(shù)周或數(shù)月的持續(xù)治療才能發(fā)揮藥效。臨床研究顯示，長(zhǎng)期使用這類抗抑郁藥物可以增加BDNF mRNA或BDNF 的表達(dá)[39]。當(dāng)氟西汀慢性治療14 天后，大鼠海馬中BDNF mRNA 水平明顯升高，給藥21 天后，海馬CA2 和CA3區(qū)域錐體細(xì)胞層BDNF 蛋白顯著增加[40]。SSRIs 和SNRIs 可以通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的水平，刺激突觸后膜單胺受體，并通過(guò)一系列信號(hào)傳導(dǎo)激活cAMP 應(yīng)答元件結(jié)合蛋白（cAMP responsive element binding protein，CREB），促進(jìn)BDNF 轉(zhuǎn)錄翻譯，提升抑郁癥患者BDNF 水平[41]。本實(shí)驗(yàn)室的研究也證實(shí)了CREB-BDNF 通路在中藥單體柴胡皂苷D 和黃芩苷抗抑郁應(yīng)答中的重要作用[42，43]。激活的BDNF-TrkB 信號(hào)途徑還會(huì)反過(guò)來(lái)增強(qiáng)5-羥色胺、能使神經(jīng)元的生長(zhǎng)和存活，協(xié)同調(diào)控成年大腦神經(jīng)的可塑性[44]。為了探究BDNF 在抗抑郁藥物發(fā)揮藥效過(guò)程中的作用，研究者采用腺病毒技術(shù)特定敲除成年小鼠海馬齒狀回區(qū)域BDNF 基因，發(fā)現(xiàn)齒狀回中BDNF 的喪失會(huì)減弱抗抑郁藥物的治療效果[45]。慢性抗抑郁藥物對(duì)TrkB 自磷酸化的促進(jìn)也進(jìn)一步支持了BDNF 信號(hào)傳導(dǎo)參與抗抑郁應(yīng)答[46]，證實(shí)了BDNF 是常規(guī)抗抑郁藥物發(fā)揮藥效的關(guān)鍵組成部分。

proBDNF-p75NRT 與mBDNF-TrkB 信號(hào)通路具有拮抗作用，研究發(fā)現(xiàn)，慢性氟西汀給藥可以反轉(zhuǎn)CUMS 誘導(dǎo)的proBDNF-p75NRT 通路過(guò)度激活，促進(jìn)mBDNF 和p-TrkB 表達(dá)升高，發(fā)揮抗抑郁作用[47]。同時(shí)針對(duì)tPA 的研究也發(fā)現(xiàn)，小鼠海馬敲除tPA 后，proBDNF 的剪切受到抑制，mBDNF 水平降低，小鼠表現(xiàn)出抑郁樣癥狀；再次注射tPA 過(guò)表達(dá)載體，小鼠抑郁行為得到改善[38]，這說(shuō)明了促進(jìn)proBDNF 水解、抑制proBDNF-p75NRT 通路過(guò)度激活也在抗抑郁中發(fā)揮作用。因此分析proBDNF、mBDNF 及下游雙信號(hào)通路平衡在抗抑郁應(yīng)答中的必要性，可以為抗抑郁藥物研發(fā)提供新途徑。

3.2 新型抗抑郁藥物

氯胺酮是一種非競(jìng)爭(zhēng)性NMDA 受體拮抗劑，其快速抗抑郁作用依賴于突觸可塑性的調(diào)控。研究表明，小劑量的氯胺酮可以阻斷NMDA 受體激活，抑制真核細(xì)胞延伸因子2（eEF2）磷酸化，從而快速增加BDNF 蛋白表達(dá)。也有研究指出，氯胺酮可以導(dǎo)致谷氨酸釋放增加，爆發(fā)增加的谷氨酸鹽又刺激突觸后AMPA 受體，快速提高BDNF 水平[48，49]。BDNF的快速上調(diào)激活了TrkB 信號(hào)通路，觸發(fā)氯胺酮抗抑郁所需要的突觸調(diào)節(jié)效應(yīng)。而在額葉皮層外源性注入BDNF 中和抗體，會(huì)阻止氯胺酮產(chǎn)生快速抗抑郁的效果[50]，說(shuō)明氯胺酮的快速抗抑郁作用需要高水平BDNF 的參與。同時(shí)，氯胺酮可以在24 小時(shí)內(nèi)加速未成熟神經(jīng)元分化為成熟神經(jīng)元，產(chǎn)生促神經(jīng)發(fā)生的抗抑郁作用，這一過(guò)程也依賴于BDNF-TrkB 信號(hào)通路的激活[51]。東莨菪堿是目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證明可以快速抗抑郁的藥物，其快速抗抑郁機(jī)制也依賴于活性BDNF 的快速釋放[52]，再一次證實(shí)快速抗抑郁藥物的抗抑郁作用需要大量BDNF 的產(chǎn)生和釋放。

4 小結(jié)與展望

BDNF 是抑郁癥研究涉及最多的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。抑郁往往伴隨著較高水平的proBDNF 和低水平的mBDNF，反轉(zhuǎn)低比率的mBDNF/proBDNF 可以發(fā)揮抗抑郁作用。針對(duì)抗抑郁藥物作用機(jī)制的研究，證實(shí)proBDNF、mBDNF 及下游通路、尤其是mBDNF-TrkB 通路，在抑郁發(fā)病和治療中具有重要的調(diào)節(jié)作用。mBDNF、proBDNF 和BDNF 前肽的組合為抑郁癥臨床診斷提供新指標(biāo)。BDNF 及其相關(guān)亞型的的研究也為抑郁癥發(fā)病和抗抑郁藥物臨床治療提供了新視點(diǎn)。但在分析mBDNF 及其前體、前肽之間的信號(hào)作用方面仍然需要進(jìn)行大量的研究，這對(duì)更好地了解BDNF 相關(guān)的抗抑郁反應(yīng)神經(jīng)回路至關(guān)重要。