脑源性神经营养因子对运动技能突触传递长时程增强的调节

张帅军，牛英鹏

（1.赣南师范学院 科技学院，江西 赣州 341000；2.河南大学 体育学院，河南 开封 475001）

脑源性神经营养因子对运动技能突触传递长时程增强的调节

张帅军1，牛英鹏2

（1.赣南师范学院 科技学院，江西 赣州 341000；2.河南大学 体育学院，河南 开封 475001）

从脑源性神经营养因子和突触传递长时程增强谈起，介绍了BDNF和LTP的性质以及在运动技能学习中BDNF对LTP的影响和增强机制。

脑源性神经营养因子；突触传递长时程增强

脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophicfactor，BDNF）是神经营养因子家族的主要成员之一，具有很强的刺激和促进神经细胞生长分化，维持神经细胞存活和正常功能的作用。BDNF作为一种神经调节因子，在活性依赖的突触修饰、联系和效能中发挥着重要的调控作用，与空间记忆的形成、维持以及与记忆相关的智力发展密切相关。运动技能的学习是一个复杂的神经过程，突触是信息传递和处理的重要环节，突触的可塑性是运动学习和记忆的神经基础，在学习和记忆的过程中，突触会产生形态和功能的变化，把传递速度持续变化的突触称为可塑性突触。可塑性突触传递的长时程增强[1]（LTP）表现在电刺激传入海马纤维后，海马的突触传递在数秒内增强（即 EPSP增大，潜伏期缩短），增强的效果能持续数小时至数周，这一现象称为突触传递长时程增强（LTP）。随着科技的发展，微透析和高压液相色谱以及核磁共振技术在神经生理学中的应用，BDNF对神经元突触传递和可塑性影响的研究已成为运动神经生理学中的一个热点，推动了运动神经生理学的发展。已有研究表明，BDNF在维持神经元存活和促进神经突起生长方面具有重要作用。文章对脑源性神经营养因子对运动技能学习突触传递长时程曾强的调节作以综述，以便从神经学方面为运动技能的学习提供理论依据。

1 脑源性神经营养因子

1.1 脑源性神经营养因子的性质

脑源性神经营养因子[2]（BDNF）是神经营养因子家族中的重要一员，维持脑神经元的正常生理机能的重要因子，是一种主要由脑组织合成，维持中枢神经系统多种神经元存活，并促进神经纤维生长的碱性蛋白，分子单体是由119个氨基酸残基组成的分泌型成熟多肽，蛋白等电点为9.99，相对分子质量为 13 500，主要由β折叠和无规则二级结构组成，含有3个二硫键[3]。BDNF作用广泛，对感觉神经元、运动神经元、胆碱能神经元、多巴胺能神经元、GABA能神经元、小脑颗粒神经元等均有作用[4]。它不仅对多种神经元的发育分化和生长再生具有维持和促进作用，还能通过为受损的神经元提供营养而使中枢神经系统损伤的运动神经元和感觉神经元得到恢复。

脑源性神经营养因子的主要作用有：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生长发育和存活；提高神经元的生物活性，减少损伤后的神经元的自然死亡，对神经元有保护和修复作用；是突触活动、神经元连接与突触可塑性的重要调节因子[5]。

1.2 脑源性神经营养因子的分布

脑源性神经营养因子（BDNF）主要由脑组织合成，广泛分布在大脑皮质、海马、基底前脑、纹状体、隔区、下丘脑、小脑、脑干及周围神经系统中，其中以海马、大脑皮层和纹状体等部位含量较丰富，在外周的肌肉组织、心脏和肺脏也有较低水平的表达，BDNF可通过靶源性、自分泌、旁分泌方式与神经细胞上高亲和力的酪氨酸蛋白激酶B(TrkB)受体或低亲和力受体p75结合，激发各种信号传导通路而发挥生物作用。BDNF的mRNA的最高水平的表达也是在海马和大脑皮质，在海马结构中，BDNF的mRNA最集中的是齿状回颗粒细胞和CA2、CA3中的锥形细胞中[6]。

2 突触传递长时程增强

2.1 突触可塑性

运动技能的学习是以神经活动为基础的生理、心理过程。突触是神经活动过程信息传递和处理的重要环节，突触的可塑性更是运动学习和记忆的神经基础，在运动技能的学习和记忆过程中，突触会产生形态和功能的变化，把传递速度持续变化的突触称为可塑性突触。可塑性突触主要有三种类型：突触传递长时程增强、突触传递长时程抑制和突触前纤维长芽。

2.2 突触传递长时程增强

突触传递长时程增强（LTP）[1]是指在条件刺激（多为较高频率的强直刺激）后，相同的测试刺激诱发突触反应长时间明显增强的现象。这种突触反应在不同实验条件下有不同的表现形式，可以是场电位、群体兴奋性突触后电位、群体峰电位和兴奋性突触后电位（excitatory posts-ynaptic potentia，EPSP）等。LTP既能长期保持，又能迅速改变，已成为在突触水平上研究运动技能学习和记忆的分子模型。根据 LTP发生的时间和机制不同，将其分为早发性 LTP（E-LTP）和晚发性LTP（L-LTP）[7]。

2.3 突触传递长时程增强与运动技能学习

运动技能的学习和记忆是大脑的一个功能，并且是一个多阶段的动态神经过程，学习主要是指人或动物通过神经系统接受外界环境信息而影响自身行为的过程，记忆主要是指获得的信息或经验在脑内贮存和提取的神经活动过程。学习和记忆密切相关，LTP作为突触可塑性的重要内容，在学习过程中对运动技能的获得、巩固和再现起着非常重要的作用。研究发现，LTP与运动技能学习和记忆有相互促进的作用，LTP的诱导或阻断会改变学习记忆的能力，在学习记忆的过程中也会引起相应的 LTP变化。在海马突触可塑性与年龄相关记忆下降的关系研究中发现，易化 LTP的诱导可改善老年鼠的记忆能力；阻断 LTP的诱导可直接影响海马依赖性学习行为的获得。通过训练动物在 Y型迷宫内进行分辨回避反应的学习，记忆保持好的动物 LTP效应显著增大，记忆保持差的动物LTP效应增大不明显[7]，其次小脑皮质蒲肯野氏细胞的 LTP与小脑对肢体运动的适应控制能力有直接的相关。

3 BDNF对LTP的调节机制

脑源性神经营养因子（BDNF）对突触传递的长时程增强（LTP）的调节包括允许（permissive）和指导（instructive）两方面[8]。允许是指BDNF能够增强突触产生LTP的能力，但本身并不产生LTP。指导是指BDNF对HFS产生应答，参与LTP的形成和维持，BDNF对E-LTP和L-LTP均发挥指导作用。有研究显示，BDNF可选择性增强高频刺激（HPS），有助于BDNF直接对LTP发挥效应，暗示BDNF可调节神经递质的释放，增强运动技能的学习。目前对BDNF对LTP调节机制的多认为是BDNF通过抑制突触疲劳而发挥其允许作用，NMDA受体激活后的细胞内级联反应参与LTP的形成。LTP效应是由分布在大脑皮层与海马的N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体依赖的突触传递效能的持续性增强所引起的[9]。NMDA受体通道受膜电位和递质的双重控制，在静息膜电位下，不能将阻滞NMDA受体通道的Mg2+移开激活NMDA受体，只有当许多突触前纤维同时兴奋，造成突触后膜一定程度的去极化后，才能解除Mg2+的阻滞作用，使Ca2+进入突触后膜。通过NMDA受体通道进入细胞是LTP产生的关键，Ca2+作为诱发LTP的初始信号，一方面可激活由蛋白激酶C介导的启动过程，触发LTP的产生；另一方面还可以激活钙-钙调素蛋白依赖性激酶Ⅱ，进一步激活逆行性信使一氧化氮，而逆行性信使能通过突触后及反向扩散到突触前膜，激活蛋白激酶C，对LTP产生效应，被激活的蛋白激酶C不仅可以加强钙依赖性谷氨酸的释放，提高突触后膜对递质的敏感性，使突触后细胞兴奋，而且还能使Ca2+通过电压依赖性通道，进入细胞直接激活或由其激活的第二信使，释放一种逆行可塑性因子，在细胞内，蛋白激酶C可使蛋白磷酸化，促使从突触后细胞逆行弥散至突触前终末，激活第二信使，促使更多的蛋白合成，使突触后神经元产生长时程增强，形成某种运动技能的学习和记忆。

4 结语

BDNF不仅在神经系统发育过程中维持神经元的功能，而且是突触活动、神经元连接与突触可塑性的调节因子，能修复损伤后的神经元以及防止神经元细胞的退行性变化，还参与LTP的形成和维持，通过LTP影响运动机能的学习与记忆。随着生物科学技术的发展，对BDNF和LTP研究的进一步深入，BDNF的功能和生理机制将进一步得到阐释，BDNF参与调节LTP的确切机制将逐步被阐明，BDNF将会受到更多体育科研工作者的关注。

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（责任编辑、校对：孙海祥）

The Regulation of the BDNF to the LTP on Motor Skill Learning

ZHANG SHuai-jun1, NIU Ying-peng2

(1. The Institute of Technical Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China; 2. College of Physical Education, Henan University, Kaifeng 475001, China)

On the base of the BDNF and LTP, it is introduced what the BDNF and LTP are, what the influence and mechanism of BDNF and LTP are in learning exercise skills.

BDNF; LTP

2011-04-04

张帅军（1980-），男，河南漯河人，硕士，赣南师范学院科技学院讲师，研究方向为运动营养与机能评定。

G804

A

1009-9115(2011)05-0080-02