脑源性神经营养因子在抑郁症中的研究进展*

王思琪，苏 静，马世平，2**，傅 强**

1 中国药科大学中药学院南京 211198；2 安康学院秦巴中医药资源研究与开发中心安康725000

抑郁症是一种普遍存在的慢性精神疾病，临床核心症状表现为持续显著的心境低落，并伴随快感缺失、悲观厌世、反应迟钝、食欲不振等认知和躯体症状，具有高易感性、高复发率及高自杀率等特点。随着社会的快速发展，人们生活压力日益增大，抑郁症患病率也逐年提高。据世界卫生组织（WHO）2017 年发布的报告显示，抑郁症即可能成为全球首位的疾病负担，严重威胁社会稳定和经济发展[1]。

脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是中枢神经系统重要的神经营养蛋白，对脑回路中涉及情绪和认知功能神经元的生长、存活，以及调控信息传递的突触发育至关重要。近年来大量临床研究和动物实验均证实了BDNF 在维持神经网络结构和功能稳定中发挥了重要作用[2-4]。神经营养因子假说指出，BDNF 及其他神经营养因子缺乏导致的神经可塑性受损是抑郁发病的病理基础[5]，增加BDNF 的含量可以有效地改善大脑受损区域相关营养蛋白表达和信号传导，促进神经发生和突触可塑性，发挥抗抑郁作用。在抗抑郁治疗中，BDNF 类似于抗抑郁药物的功能转换器，介导抗抑郁应答产生脑部神经可塑性变化。近期研究逐渐发现，脑源性神经营养因子前体（brain-derived neurotrophic factor precursor，proBDNF）和前肽（pro-domain of BDNF，BDNF pro-peptide）在抑郁症的病理过程中也具有独特作用[6-8]。抑郁症的产生和治疗伴随着脑源性神经营养因子3 种亚型（mBDNF、proBDNF 和BDNF 前肽）间的动态平衡改变。抑郁的产生和加剧导致proBDNF 和BDNF 前肽的高表达，而抑郁症的治疗往往伴随着mBDNF 占比的增多。因此深入探究BDNF 及其前体、前肽在抑郁症发病及治疗中的相关机制，有助于丰富神经营养因子假说，为抑郁症诊断和治疗提供新的理论参考。

1 BDNF 的基本生物学特性和信号转导通路

BDNF 主要在神经元和神经胶质细胞中合成[9]。BDNF 基因首先转录为mRNA。转录过程受神经元活动调节，依赖钙离子相关途径，通过N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体和电压门控钙离子通道以促进Ca2+内流，激活转录因子启动转录，并翻译产生前体蛋白proBDNF[10]。proBDNF 包含N 端前结构域和C 端成熟结构域，经细胞内外蛋白酶切割N 端前结构域，产生成熟体mBDNF，此时水解剩下的前结构域部分即为BDNF 前肽。前蛋白转化酶PC7 和弗林蛋白酶是proBDNF 主要的胞内切割酶[11，12]。组织纤溶酶原激活物（tissue plasminogen activator，tPA）激活组织纤溶酶原产生的纤溶酶，以及部分基质金属蛋白酶（matrix metalloproteases，MMPs）均可细胞外裂解proBDNF，产生mBDNF[7，13，14]。

BDNF 是具有两种不同亲和性的受体：高亲和性的酪氨酸激酶受体B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）及低亲和性的神经营养因子p75 受体（neurotrophin receptor p75，p75NRT）。mBDNF 高亲和性结合TrkB 受体，诱导受体二聚化和细胞内酪氨酸残基自磷酸化，TrkB 磷酸化后主要通过调节下述3 种细胞内信号转导途径，分别是磷脂酶C（PLAγ）/蛋白激酶C（PKC）途径、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径、磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）途径[15]，激活下游信号瀑布，加强神经发生和突触可塑性，促进神经元生长存活，发挥神经营养作用。BDNF 可以持续激活TrkB 受体，促进神经元树突分枝和树突棘生成，影响突触生长和结构形成[16]；并通过增加突触前神经递质的释放，或增强突触后受体活性，促进长时程增强，影响学习和认知功能。同时BDNF 参与调控神经发生，促进神经干细胞增殖、分化、存活等过程，发挥神经营养和神经保护作用[17]。BDNF 还可以诱导抗凋亡蛋白表达，预防神经元凋亡。proBDNF 中前结构域部分结合分拣受体sortilin，不仅可以帮助mBDNF 折叠和分泌；还可以充当活性信号分子与p75NRT 结合，介导同mBDNF 相反的生物学功能，破坏神经可塑性，诱导神经元程序性死亡。proBDNF 与sortilin 结合形成复合物激活p75NRT，触发c-Jun 氨基末端激酶（JNK）相关通路，诱发神经元凋亡[18]。同时proBDNF/p75NRT/sortilin 复合物还可以激活RhoA 依赖性信号通路，导致突触末端生长锥收缩，使神经元突触生长减少[19，20]；并增加NMDA 受体NR2B 亚基表达，增强NR2B 依赖性的长时程抑制[21]。BDNF 前肽表现出同proBDNF 相似的调节功能，研究显示，胞外大量的BDNF 前肽会降低成熟海马神经元中树突棘的数目，并且这一作用可能是经由线粒体机制、细胞色素c 和caspase-3 途径介导的[22]。同时给予BDNF 前肽治疗可以促进NMDA 诱导的AMPA 受体胞吞作用，增强长时程抑制[23]。

2 BDNF 与抑郁

2.1 抑郁症患者中BDNF 及其相关因子表达异常

随着抑郁症神经发生及神经营养因子假说的提出和完善，越来越多的证据将BDNF 与抗抑郁治疗联系起来。基于BDNF 及其他神经营养因子水平的降低，从而抑制新生神经元的发育，可能会导致脑部边缘结构萎缩。临床研究显示，在重度抑郁症患者的海马及前额叶皮层中，往往可以观察到低水平的BDNF，脑内海马体萎缩，神经元凋亡，神经突触丢失[24]。分析抑郁症患者血液中BDNF 蛋白水平，发现其血清内BDNF 水平也较低[25]；抗抑郁药物治疗或颅内刺激BDNF 表达增多，可缓解患者的抑郁症状[26，27]，说明提高BDNF 水平对抑郁治疗具有积极影响。意欲自杀的重度抑郁症患者血浆中BDNF 水平相较于轻度抑郁症患者，出现更为明显的降低[28]，说明BDNF 水平可能还与患者抑郁程度呈负相关。然而也有临床研究发现，抑郁症患者与健康者对照比较，血清BDNF水平并无显著差异[28，29]。因此，BDNF 水平单独用作临床抑郁症状诊断和抗抑郁药效评判标准时，不具唯一性，应结合临床表征作出具体分析。

proBDNF 信号转导与抑郁症的疾病过程密切相关。研究发现，重度抑郁症患者血清proBDNF 水平明显高于健康对照组，mBDNF 表达较低[30]；长期抗抑郁药物治疗可以逆转患者血清中proBDNF 的升高，促进mBDNF 的表达[31]。mBDNF经由proBDNF 切割而来，为了进一步量化mBDNF、proBDNF与抑郁症之间的关联性，研究者采用两者比值进行统一化分析，发现抑郁症患者mBDNF/proBDNF 比值明显低于健康者，接受抗抑郁治疗后比值明显升高[30，31]。BDNF 前肽与proBDNF 具有相似的生物学功能，尸检结果显示，抑郁症患者顶叶皮质中proBDNF 及BDNF 前肽表达均较高，mBDNF表达较低[32]。对比单独采用BDNF 水平，BDNF 三种亚型的组合更好地分析了BDNF 水平的动态改变，可以成为临床诊断抑郁症的综合性指标，同时深入探究三者间的相互作用也为进一步研究抑郁的发病和治疗提供新方向。

2.2 动物模型中BDNF 及其相关因子表达情况

慢性应激（Chronic unpredictable mild stress，CUMS）抑郁模型是常见的抑郁动物模型，被广泛用于探讨抗抑郁机制以及筛选抗抑郁药物[33]。CUMS 会造成小鼠海马及皮层内BDNF 水平降低，于脑室注射BDNF 可改善小鼠抑郁症状[34]。连续14 天BDNF 外周注射也可以提高动物海马中BDNF 水平，激活TrkB 下游信号传导，增加海马CA3 区BDNF mRNA 表达，发挥抗抑郁的作用[35]。动物研究显示，正常大鼠脑中过表达proBDNF 会诱导动物产生行为绝望；慢性应激抑郁模型大鼠脑内proBDNF 和下游受体p75NRT 会随着突触丢失、突触功能受损而增加[36]。腹腔或脑室注射抗proBDNF抗体有中和proBDNF 作用，可缓解大鼠抑郁样行为[36]。慢性应激还能够降低动物海马中mBDNF/proBDNF 比值，导致锥体神经元树突棘密度减少；外源性注入mBDNF 可以防止突触相关蛋白丢失，重塑病理状态下的神经回路发育[36，37]。

上述实验说明高水平的proBDNF 在抑郁症中起着有害作用，抑制proBDNF 或补充mBDNF 可以抵制proBDNF 带来的神经发育抑制，起到抗抑郁的效果。基于proBDNF 剪切过程，诱导脑内proBDNF 剪切，提高mBDNF 占比，也可以发挥抗抑郁作用[38]。提示在抑郁治疗中除了简单地上调mBDNF、或抑制proBDNF 表达之外，有目的地调节proBDNF 剪切，恢复proBDNF 和mBDNF 间的平衡也极其重要。

3 BDNF 在抗抑郁应答中的作用

3.1 常规抗抑郁药物

选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（selective serotonin reuptake inhibitor，SSRI）和5-羟色胺去甲肾上腺素双重再摄取抑制剂（serotonin-norepinephrine reuptake inhibitor，SNRI），是临床常用的抗抑郁药物，主要通过调节细胞外单胺水平来发挥抗抑郁作用，但往往需要数周或数月的持续治疗才能发挥药效。临床研究显示，长期使用这类抗抑郁药物可以增加BDNF mRNA或BDNF 的表达[39]。当氟西汀慢性治疗14 天后，大鼠海马中BDNF mRNA 水平明显升高，给药21 天后，海马CA2 和CA3区域锥体细胞层BDNF 蛋白显著增加[40]。SSRIs 和SNRIs 可以通过调节神经递质的水平，刺激突触后膜单胺受体，并通过一系列信号传导激活cAMP 应答元件结合蛋白（cAMP responsive element binding protein，CREB），促进BDNF 转录翻译，提升抑郁症患者BDNF 水平[41]。本实验室的研究也证实了CREB-BDNF 通路在中药单体柴胡皂苷D 和黄芩苷抗抑郁应答中的重要作用[42，43]。激活的BDNF-TrkB 信号途径还会反过来增强5-羟色胺、能使神经元的生长和存活，协同调控成年大脑神经的可塑性[44]。为了探究BDNF 在抗抑郁药物发挥药效过程中的作用，研究者采用腺病毒技术特定敲除成年小鼠海马齿状回区域BDNF 基因，发现齿状回中BDNF 的丧失会减弱抗抑郁药物的治疗效果[45]。慢性抗抑郁药物对TrkB 自磷酸化的促进也进一步支持了BDNF 信号传导参与抗抑郁应答[46]，证实了BDNF 是常规抗抑郁药物发挥药效的关键组成部分。

proBDNF-p75NRT 与mBDNF-TrkB 信号通路具有拮抗作用，研究发现，慢性氟西汀给药可以反转CUMS 诱导的proBDNF-p75NRT 通路过度激活，促进mBDNF 和p-TrkB 表达升高，发挥抗抑郁作用[47]。同时针对tPA 的研究也发现，小鼠海马敲除tPA 后，proBDNF 的剪切受到抑制，mBDNF 水平降低，小鼠表现出抑郁样症状；再次注射tPA 过表达载体，小鼠抑郁行为得到改善[38]，这说明了促进proBDNF 水解、抑制proBDNF-p75NRT 通路过度激活也在抗抑郁中发挥作用。因此分析proBDNF、mBDNF 及下游双信号通路平衡在抗抑郁应答中的必要性，可以为抗抑郁药物研发提供新途径。

3.2 新型抗抑郁药物

氯胺酮是一种非竞争性NMDA 受体拮抗剂，其快速抗抑郁作用依赖于突触可塑性的调控。研究表明，小剂量的氯胺酮可以阻断NMDA 受体激活，抑制真核细胞延伸因子2（eEF2）磷酸化，从而快速增加BDNF 蛋白表达。也有研究指出，氯胺酮可以导致谷氨酸释放增加，爆发增加的谷氨酸盐又刺激突触后AMPA 受体，快速提高BDNF 水平[48，49]。BDNF的快速上调激活了TrkB 信号通路，触发氯胺酮抗抑郁所需要的突触调节效应。而在额叶皮层外源性注入BDNF 中和抗体，会阻止氯胺酮产生快速抗抑郁的效果[50]，说明氯胺酮的快速抗抑郁作用需要高水平BDNF 的参与。同时，氯胺酮可以在24 小时内加速未成熟神经元分化为成熟神经元，产生促神经发生的抗抑郁作用，这一过程也依赖于BDNF-TrkB 信号通路的激活[51]。东莨菪碱是目前动物实验中证明可以快速抗抑郁的药物，其快速抗抑郁机制也依赖于活性BDNF 的快速释放[52]，再一次证实快速抗抑郁药物的抗抑郁作用需要大量BDNF 的产生和释放。

4 小结与展望

BDNF 是抑郁症研究涉及最多的神经营养因子。抑郁往往伴随着较高水平的proBDNF 和低水平的mBDNF，反转低比率的mBDNF/proBDNF 可以发挥抗抑郁作用。针对抗抑郁药物作用机制的研究，证实proBDNF、mBDNF 及下游通路、尤其是mBDNF-TrkB 通路，在抑郁发病和治疗中具有重要的调节作用。mBDNF、proBDNF 和BDNF 前肽的组合为抑郁症临床诊断提供新指标。BDNF 及其相关亚型的的研究也为抑郁症发病和抗抑郁药物临床治疗提供了新视点。但在分析mBDNF 及其前体、前肽之间的信号作用方面仍然需要进行大量的研究，这对更好地了解BDNF 相关的抗抑郁反应神经回路至关重要。