王思琪，蘇 靜，馬世平，2**，傅 強**

1 中國藥科大學中藥學院南京 211198；2 安康學院秦巴中醫(yī)藥資源研究與開發(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、反應遲鈍、食欲不振等認知和軀體癥狀，具有高易感性、高復發(fā)率及高自殺率等特點。隨著社會的快速發(fā)展，人們生活壓力日益增大，抑郁癥患病率也逐年提高。據世界衛(wèi)生組織（WHO）2017 年發(fā)布的報告顯示，抑郁癥即可能成為全球首位的疾病負擔，嚴重威脅社會穩(wěn)定和經濟發(fā)展[1]。

腦源性神經營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是中樞神經系統(tǒng)重要的神經營養(yǎng)蛋白，對腦回路中涉及情緒和認知功能神經元的生長、存活，以及調控信息傳遞的突觸發(fā)育至關重要。近年來大量臨床研究和動物實驗均證實了BDNF 在維持神經網絡結構和功能穩(wěn)定中發(fā)揮了重要作用[2-4]。神經營養(yǎng)因子假說指出，BDNF 及其他神經營養(yǎng)因子缺乏導致的神經可塑性受損是抑郁發(fā)病的病理基礎[5]，增加BDNF 的含量可以有效地改善大腦受損區(qū)域相關營養(yǎng)蛋白表達和信號傳導，促進神經發(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換器，介導抗抑郁應答產生腦部神經可塑性變化。近期研究逐漸發(fā)現(xiàn)，腦源性神經營養(yǎng)因子前體（brain-derived neurotrophic factor precursor，proBDNF）和前肽（pro-domain of BDNF，BDNF pro-peptide）在抑郁癥的病理過程中也具有獨特作用[6-8]。抑郁癥的產生和治療伴隨著腦源性神經營養(yǎng)因子3 種亞型（mBDNF、proBDNF 和BDNF 前肽）間的動態(tài)平衡改變。抑郁的產生和加劇導致proBDNF 和BDNF 前肽的高表達，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)病及治療中的相關機制，有助于豐富神經營養(yǎng)因子假說，為抑郁癥診斷和治療提供新的理論參考。

1 BDNF 的基本生物學特性和信號轉導通路

BDNF 主要在神經元和神經膠質細胞中合成[9]。BDNF 基因首先轉錄為mRNA。轉錄過程受神經元活動調節(jié)，依賴鈣離子相關途徑，通過N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體和電壓門控鈣離子通道以促進Ca2+內流，激活轉錄因子啟動轉錄，并翻譯產生前體蛋白proBDNF[10]。proBDNF 包含N 端前結構域和C 端成熟結構域，經細胞內外蛋白酶切割N 端前結構域，產生成熟體mBDNF，此時水解剩下的前結構域部分即為BDNF 前肽。前蛋白轉化酶PC7 和弗林蛋白酶是proBDNF 主要的胞內切割酶[11，12]。組織纖溶酶原激活物（tissue plasminogen activator，tPA）激活組織纖溶酶原產生的纖溶酶，以及部分基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteases，MMPs）均可細胞外裂解proBDNF，產生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）及低親和性的神經營養(yǎng)因子p75 受體（neurotrophin receptor p75，p75NRT）。mBDNF 高親和性結合TrkB 受體，誘導受體二聚化和細胞內酪氨酸殘基自磷酸化，TrkB 磷酸化后主要通過調節(jié)下述3 種細胞內信號轉導途徑，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]，激活下游信號瀑布，加強神經發(fā)生和突觸可塑性，促進神經元生長存活，發(fā)揮神經營養(yǎng)作用。BDNF 可以持續(xù)激活TrkB 受體，促進神經元樹突分枝和樹突棘生成，影響突觸生長和結構形成[16]；并通過增加突觸前神經遞質的釋放，或增強突觸后受體活性，促進長時程增強，影響學習和認知功能。同時BDNF 參與調控神經發(fā)生，促進神經干細胞增殖、分化、存活等過程，發(fā)揮神經營養(yǎng)和神經保護作用[17]。BDNF 還可以誘導抗凋亡蛋白表達，預防神經元凋亡。proBDNF 中前結構域部分結合分揀受體sortilin，不僅可以幫助mBDNF 折疊和分泌；還可以充當活性信號分子與p75NRT 結合，介導同mBDNF 相反的生物學功能，破壞神經可塑性，誘導神經元程序性死亡。proBDNF 與sortilin 結合形成復合物激活p75NRT，觸發(fā)c-Jun 氨基末端激酶（JNK）相關通路，誘發(fā)神經元凋亡[18]。同時proBDNF/p75NRT/sortilin 復合物還可以激活RhoA 依賴性信號通路，導致突觸末端生長錐收縮，使神經元突觸生長減少[19，20]；并增加NMDA 受體NR2B 亞基表達，增強NR2B 依賴性的長時程抑制[21]。BDNF 前肽表現(xiàn)出同proBDNF 相似的調節(jié)功能，研究顯示，胞外大量的BDNF 前肽會降低成熟海馬神經元中樹突棘的數目，并且這一作用可能是經由線粒體機制、細胞色素c 和caspase-3 途徑介導的[22]。同時給予BDNF 前肽治療可以促進NMDA 誘導的AMPA 受體胞吞作用，增強長時程抑制[23]。

2 BDNF 與抑郁

2.1 抑郁癥患者中BDNF 及其相關因子表達異常

隨著抑郁癥神經發(fā)生及神經營養(yǎng)因子假說的提出和完善，越來越多的證據將BDNF 與抗抑郁治療聯(lián)系起來。基于BDNF 及其他神經營養(yǎng)因子水平的降低，從而抑制新生神經元的發(fā)育，可能會導致腦部邊緣結構萎縮。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，腦內海馬體萎縮，神經元凋亡，神經突觸丟失[24]。分析抑郁癥患者血液中BDNF 蛋白水平，發(fā)現(xiàn)其血清內BDNF 水平也較低[25]；抗抑郁藥物治療或顱內刺激BDNF 表達增多，可緩解患者的抑郁癥狀[26，27]，說明提高BDNF 水平對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]，說明BDNF 水平可能還與患者抑郁程度呈負相關。然而也有臨床研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者與健康者對照比較，血清BDNF水平并無顯著差異[28，29]。因此，BDNF 水平單獨用作臨床抑郁癥狀診斷和抗抑郁藥效評判標準時，不具唯一性，應結合臨床表征作出具體分析。

proBDNF 信號轉導與抑郁癥的疾病過程密切相關。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照組，mBDNF 表達較低[30]；長期抗抑郁藥物治療可以逆轉患者血清中proBDNF 的升高，促進mBDNF 的表達[31]。mBDNF經由proBDNF 切割而來，為了進一步量化mBDNF、proBDNF與抑郁癥之間的關聯(lián)性，研究者采用兩者比值進行統(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 具有相似的生物學功能，尸檢結果顯示，抑郁癥患者頂葉皮質中proBDNF 及BDNF 前肽表達均較高，mBDNF表達較低[32]。對比單獨采用BDNF 水平，BDNF 三種亞型的組合更好地分析了BDNF 水平的動態(tài)改變，可以成為臨床診斷抑郁癥的綜合性指標，同時深入探究三者間的相互作用也為進一步研究抑郁的發(fā)病和治療提供新方向。

2.2 動物模型中BDNF 及其相關因子表達情況

慢性應激（Chronic unpredictable mild stress，CUMS）抑郁模型是常見的抑郁動物模型，被廣泛用于探討抗抑郁機制以及篩選抗抑郁藥物[33]。CUMS 會造成小鼠海馬及皮層內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物海馬中BDNF 水平，激活TrkB 下游信號傳導，增加海馬CA3 區(qū)BDNF mRNA 表達，發(fā)揮抗抑郁的作用[35]。動物研究顯示，正常大鼠腦中過表達proBDNF 會誘導動物產生行為絕望；慢性應激抑郁模型大鼠腦內proBDNF 和下游受體p75NRT 會隨著突觸丟失、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]。慢性應激還能夠降低動物海馬中mBDNF/proBDNF 比值，導致錐體神經元樹突棘密度減少；外源性注入mBDNF 可以防止突觸相關蛋白丟失，重塑病理狀態(tài)下的神經回路發(fā)育[36，37]。

上述實驗說明高水平的proBDNF 在抑郁癥中起著有害作用，抑制proBDNF 或補充mBDNF 可以抵制proBDNF 帶來的神經發(fā)育抑制，起到抗抑郁的效果?；趐roBDNF 剪切過程，誘導腦內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單地上調mBDNF、或抑制proBDNF 表達之外，有目的地調節(jié)proBDNF 剪切，恢復proBDNF 和mBDNF 間的平衡也極其重要。

3 BDNF 在抗抑郁應答中的作用

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，主要通過調節(jié)細胞外單胺水平來發(fā)揮抗抑郁作用，但往往需要數周或數月的持續(xù)治療才能發(fā)揮藥效。臨床研究顯示，長期使用這類抗抑郁藥物可以增加BDNF mRNA或BDNF 的表達[39]。當氟西汀慢性治療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)域錐體細胞層BDNF 蛋白顯著增加[40]。SSRIs 和SNRIs 可以通過調節(jié)神經遞質的水平，刺激突觸后膜單胺受體，并通過一系列信號傳導激活cAMP 應答元件結合蛋白（cAMP responsive element binding protein，CREB），促進BDNF 轉錄翻譯，提升抑郁癥患者BDNF 水平[41]。本實驗室的研究也證實了CREB-BDNF 通路在中藥單體柴胡皂苷D 和黃芩苷抗抑郁應答中的重要作用[42，43]。激活的BDNF-TrkB 信號途徑還會反過來增強5-羥色胺、能使神經元的生長和存活，協(xié)同調控成年大腦神經的可塑性[44]。為了探究BDNF 在抗抑郁藥物發(fā)揮藥效過程中的作用，研究者采用腺病毒技術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 的喪失會減弱抗抑郁藥物的治療效果[45]。慢性抗抑郁藥物對TrkB 自磷酸化的促進也進一步支持了BDNF 信號傳導參與抗抑郁應答[46]，證實了BDNF 是常規(guī)抗抑郁藥物發(fā)揮藥效的關鍵組成部分。

proBDNF-p75NRT 與mBDNF-TrkB 信號通路具有拮抗作用，研究發(fā)現(xiàn)，慢性氟西汀給藥可以反轉CUMS 誘導的proBDNF-p75NRT 通路過度激活，促進mBDNF 和p-TrkB 表達升高，發(fā)揮抗抑郁作用[47]。同時針對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 過表達載體，小鼠抑郁行為得到改善[38]，這說明了促進proBDNF 水解、抑制proBDNF-p75NRT 通路過度激活也在抗抑郁中發(fā)揮作用。因此分析proBDNF、mBDNF 及下游雙信號通路平衡在抗抑郁應答中的必要性，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

氯胺酮是一種非競爭性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，抑制真核細胞延伸因子2（eEF2）磷酸化，從而快速增加BDNF 蛋白表達。也有研究指出，氯胺酮可以導致谷氨酸釋放增加，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的快速上調激活了TrkB 信號通路，觸發(fā)氯胺酮抗抑郁所需要的突觸調節(jié)效應。而在額葉皮層外源性注入BDNF 中和抗體，會阻止氯胺酮產生快速抗抑郁的效果[50]，說明氯胺酮的快速抗抑郁作用需要高水平BDNF 的參與。同時，氯胺酮可以在24 小時內加速未成熟神經元分化為成熟神經元，產生促神經發(fā)生的抗抑郁作用，這一過程也依賴于BDNF-TrkB 信號通路的激活[51]。東莨菪堿是目前動物實驗中證明可以快速抗抑郁的藥物，其快速抗抑郁機制也依賴于活性BDNF 的快速釋放[52]，再一次證實快速抗抑郁藥物的抗抑郁作用需要大量BDNF 的產生和釋放。

4 小結與展望

BDNF 是抑郁癥研究涉及最多的神經營養(yǎng)因子。抑郁往往伴隨著較高水平的proBDNF 和低水平的mBDNF，反轉低比率的mBDNF/proBDNF 可以發(fā)揮抗抑郁作用。針對抗抑郁藥物作用機制的研究，證實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。BDNF 及其相關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。但在分析mBDNF 及其前體、前肽之間的信號作用方面仍然需要進行大量的研究，這對更好地了解BDNF 相關的抗抑郁反應神經回路至關重要。