运动诱导的脑源性神经生长因子在能量平衡调节中的作用

李静静 叶长林

(上海体育学院 上海 200438)

脑源性神经生长因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)主要通过TrkB受体酪氨酸激酶发挥其对神经元的作用。BDNF与其受体TrkB在脑内广泛表达[1],最近研究表明BDNF也可在非神经组织表达,如骨骼肌等[2]。BDNF可调节神经发育和突触可塑性,其在下丘脑调节体重和能量代谢通路中也起重要作用。另外,最近研究显示BDNF不仅在中枢代谢通路中起重要作用,而且在骨骼肌代谢中作为重要的调节者[2]。

1 BDNF与神经退行性疾病

BDNF在神经元的存活、生长、维持中起重要作用[3],在学习和记忆保持中也起重要作用[4]。阿尔茨海默病患者海马和血清中BDNF表达下降。亨廷顿氏综合症患者和帕金森症患者BDNF水平均有所下降。另外,抑郁症患者血清BDNF水平与正常人相比有所下降。血清BDNF水平是老龄妇女学习和一般认知功能受损的生物标记物。

2 BDNF与代谢障碍

肥胖和2型糖尿病患者循环系统中BDNF水平较低[5],在2型糖尿病非肥胖患者中血浆BDNF水平下降,提示BDNF可通过不同的途径调节肥胖和胰岛素抵抗。另外,BDNF在摄食失调和调节体重中起一定作用。

低BDNF水平不仅存在于神经退行性疾病,而且也存在于代谢疾病。神经营养因子如BDNF可能不仅在痴呆和抑郁中起重要作用,也可能在2型糖尿病等代谢疾病中起一定作用。

3 动物学代谢研究

动物学研究显示,BDNF在能量平衡和胰岛素信号通路中起重要作用。BDNF可降低肥胖大鼠的摄食量和血糖水平[6]。中枢或外周注射BDNF可导致食物摄入下降和能量输出增加,改善肥胖合并糖尿病大鼠的高胰岛素血症和高葡萄糖血症。BDNF基因导入可引起体重显著下降,缓解肥胖相关的胰岛素抵抗。尽管BDNF对食欲调节信号通路有一定的影响,但其降血糖作用并不完全归结于其降食欲作用。BDNF注射对血糖平衡起至关重要的作用,可改善肥胖大鼠的胰岛素抵抗。

BDNF与其受体TrkB有高亲和性,而TrkB与通过胰岛素受体底物1/磷脂酰肌醇激酶3/蛋白激酶B介导的胰岛素信号转导通路是耦合的。这条特殊的途径不仅可调节神经元存活和突触可塑性,而且对胰岛素受体信号转导和胰岛素抵抗也起着重要的调节作用[7],提示BDNF在胰岛素敏感性方面可能发挥了一定的作用。

4 BDNF和运动

2型糖尿病、心血管疾病、痴呆和抑郁等患者循环中BDNF水平下降,运动可增加循环中BDNF水平,因此,运动可在一定程度上降低2型糖尿病、心血管疾病、痴呆及抑郁等疾病的风险。体力活动不足和适度的体力活动,均可改变啮齿类动物脑内BDNF的表达,当剥夺大鼠习惯性的运动时,其脑内BDNF和TrkB信号下调。也有研究显示高脂膳食可降低海马内BDNF水平,而运动可逆转BDNF下降和海马突触可塑性受损[8]。转轮运动结合能量限制,或者是这两种方式结合可提高肥胖小鼠海马的BDNF水平,海马BDNF水平的上升伴随着海马颗粒神经元第二、三级树突树突棘密度的增加,这提示糖尿病可对海马结构产生不利的影响,但通过增加能量输出和降低能量摄入可缓解糖尿病及其引起的认知功能受损。

BDNF可能与外周代谢有关。啮齿类动物研究显示骨骼肌收缩时骨骼肌细胞中BDNF mRNA表达增加,这些BDNF来源于骨骼肌层的神经元。也有研究显示,骨骼肌细胞可表达BDNF mRNA,运动可通过抑制组蛋白去乙酰化酶来增加BDNF mRNA的表达[9]。最初的研究显示运动后骨骼肌BDNF mRNA和蛋白质表达增加,然而骨骼肌来源的BDNF似乎并没有释放进入血液循环。细胞培养结果显示:电刺激时骨骼肌细胞表达BDNF mRNA和蛋白质增加,但并未释放入细胞培养基中,这就排除了BDNF来源于其他细胞的可能性。另外,BDNF增加了AMPK和ACCβ的磷酸化,增加了体内和体外的脂肪氧化。

5 结语

肌肉收缩时骨骼肌产生BDNF增多,其促使脂肪氧化能力增强。BDNF被确定为肌肉收缩诱导的一种新蛋白质,可能对与运动有关的多种健康益处有促进作用,这种作用的发挥可能是通过增强骨骼肌内脂肪氧化实现的。BDNF表达于肌肉中及其对脂肪氧化的影响研究为我们提供了一个新的方向:BDNF在神经生物学及中枢和外周代谢中扮演一个多效性角色。

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