标签归档：bdnf

第五回 BDNF研究的未来展望

发表于由

第五回 BDNF研究的未来展望

阐明BDNF-从基础到临床-

第五回 BDNF研究的未来展望

藤田医科大学 研究推进总部 小清水久嗣

第五回 BDNF研究的未来展望

◆前言

通过本系列至今为止的四回连载，我们了解到脑源性神经营养因子（BDNF）在中枢神经系统的正常发育和功能表现方面发挥着重要的作用，同时还可能与精神分裂症、自闭症等精神疾病的发病机制有关。自从40年前Barde和Thonen在报告中称成功分离出了BDNF以来1），与BDNF相关的论文至今已出版了28,800份以上（2022年4月PubMed数据）。这一数据也直观地体现了BDNF的重要性。

然而，在大家所谓的顶级期刊上刊登的相关论文数却呈现出逐年下降的趋势。这是否意味着BDNF的基本功能和机制已经大致上被阐明，围绕BDNF不再有重大谜团？BDNF的研究今后将走向何方？本文作为系列连载的最后一期，将选取热点话题和研究课题中的代表性内容，对今后BDNF研究的未来展望进行阐述。

◆前体和前肽

正如第一回连载中提及的，所谓的BDNF指的是BDNF成熟体（matureBDNF）。mRNA翻译后的直接BDNF蛋白产物被称为前体BDNF的前体（pre-proBDNF），其N端带有信号序列。pre-proBDNF插入到粗面内质网内腔后，其信号序列被切除，从而生成前体BDNF（proBDNF）2）。然而包括proBDNF 在内的神经营养因子前体，长期以来一直都被认为是能够表现出全部生理活性的成熟蛋白的半成品，关于其功能的详细了解直到进入本世纪才有了进展。美国康奈尔大学的Hempstead等首次在神经生长因子NGF中发现，前体具有不同于成熟体的独特特性和生物活性3）。

神经营养因子正如其名，它能够促进神经细胞的生存以及轴突的生长。但NGF前体能够以NGF成熟体约5倍的亲和力与神经营养因子的受体p75NTR结合，除了诱导依赖p75NTR的细胞程序性死亡（细胞凋亡）之外，对颈上神经节神经元的神经突生长也起到了抑制作用3）。另外，已知BNDF成熟体对于海马区的某种突触传递的长时程增强（LTP）的形成也是必不可少的4），但美国国立卫生研究所（NIH）的Lu等（当时）发现，BDNF前体却能够依赖p75NTR在海马区中诱导突触传递的长时程抑制（LTD）5）。

不仅如此， BDNF成熟体能够提高海马区神经元的棘密度，但作者的研究表明BDNF前体会降低该密度6）。神经营养因子的前体和成熟体是同一基因的产物，但却有着完全相反的生物活性，这样的特性被比喻为双重人格的代名词“杰基尔和海德”7），又或是东方文化中的“阴阳（Ying-Yang）”8）。不难想象，如果BDNF成熟体与其前体的生成之间失去平衡，会对大脑的功能会造成巨大影响。Hempstead等的团队和Kojima等的团队分别独立构建了表达BDNF前体且带有蛋白酶抗性的基因敲入小鼠9，10），这种小鼠表达BDNF前体但不生成BDNF成熟体。

在第二回中我们也介绍过，许多 BDNF 敲除小鼠的纯合子个体在出生后几天内因心脏发生缺陷和心肌内出血而死亡11），而BDNF前体敲入小鼠中却没有发现有心脏问题的个体，甚至纯合子个体也能够存活下来并成长为成体10）。但在该小鼠的杂合子个体中发现了海马区神经元中树突的形状异常、棘密度的降低以及电生理特性的异常（LTP的抑制和LTD的提高）9）。除此之外，在行为表型方面观察到与精神疾病相关的异常，如筑巢行为异常，接受社会性隔离的个体抑郁样行为亢进等10）。

根据这些发现表明，BDNF成熟体与其前体生产平衡的异常可能参与了精神疾病的发病机制。现在，研究认为前体在细胞内（分泌小泡或反面高尔基网）被蛋白酶furin或prohormone convertase（PC）切断2，12），又或是在细胞外被matrix metalloproteinase（MMP）或依赖于神经活动的tPA/plasmin切断13-15），从而生成成熟体。此时，被切出来的N端的一半就是BDNF前肽（pro-peptide）。前肽比起前体受到的关注要更少。正如第一回连载中所介绍的，成熟体是有着β折叠构造（β发夹体）的稳定二级结构，而与之相对的，前肽区域大半部分都被随机线圈结构占据，因此推测它不具有稳定的结构6）。Kojima等发现BDNF前肽的单体在海马区有p75NTR依赖性LTD诱导活性16）。

BDNF成熟体在海马区的低频刺激下表现出了抑制LTD诱导的效果，但在BDNF前肽存在的状态下，BDNF成熟体引发的效果就会被取消，LTD的诱导被增强16）。这可能是由于BDNF前肽与BDNF成熟体有着高亲和力的特异性结合17）所导致的结果。换句话说，可能前肽不仅仅在单体状态下拥有活性，还能够通过与BDNF成熟体的相互作用来调整其的功能表达。此外，尽管前肽和前体在功能上可能相互竞争，但其调节机制的存在及其生物学意义现阶段是完全未知的。

第五回 BDNF研究的未来展望

◆BDNF与心理遗传学 -大规模 GWAS所揭示的内容-

在第三回连载中提到的rs6265 （Val66Met）作为人BDNF基因的单核苷酸多态性（SNP）之一，因其频率之高和在高级脑功能中的表型（例如情景记忆性能下降）引起了研究者们极大的兴趣18）。众所周知，精神分裂症和双相情感障碍具有高达80%的遗传率，这些精神疾病与BDNF及其相关分子的遗传变异之间的关联（发病率和药物适应性等）也在被积极地研究中。

正如第三回连载中所介绍的，有相当多的报告表明存在显着相关性，但其中的大多数都只是以单一或者少数的民族/人种为对象取得的结果，因此也有着样本规模通常较小的局限性（limitation）。那么，调查更大规模的样本的结果又如何呢？国际财团Psychiatric Genomics Consortium（PGC）以精神分裂症和躁郁症等精神疾病为目标，进行了世界级规模的全基因组关联研究（Genome Wide Association Study；GWAS）的荟萃分析19）。其样品规模巨大，SNP荟萃分析的数据量甚至达到了数十万人份。

在SNP的GWAS中，p 值小于5.0×10-8被视为全基因组显著性水平，但BDNF与其受体的基因结构上不包含满足该显著性水平的基因座。举例来说，有报告称BDNF rs6265（Val66Met）与精神分裂症相关的p 值为7.95×10–5，并没有达到全基因组显著性水平，优势比为1.052，即只有5%的差距20，21）。

然而，即使是达到全基因组显著水平的上百个风险基因座，其总的效果量也仍然很小。越来越多的数据表明，能用于诊断的SNP并不存在的可能性非常高22）。除了一部分例外，可以认为是多因素效果的共同作用才导致了这类精神疾病的发生。当然，我们也不能否认BDNF信号在这之中参与生化、生理学功能的可能性。另外，不可否认的是，在转染了BDNF或相关分子遗传变异体的小鼠中观察到的表型可能与人类的某些病理状况相同。

◆BDNF及相关分子与药物发现

正如至今为止所说明的，BDNF是一种在各种细胞以及组织中具有广泛关键功能的分子，有许多资料表明它参与了精神疾病及其他各种疾病的发病机制。因此，BDNF与其相关分子作为治疗的目标分子和诊断的候补生物标志物引起了广泛的关注。

在第四回连载的说明中，BDNF/TrkB信号有时也会成为细胞癌变、促进癌细胞的侵袭和转移的原因。在各种癌症中发现了神经营养因子受体Trk基因（NTRK）通过染色体转座与完全不同的基因（ETV6、LMNA、TPM3等）融合产生的异常基因“NTRK融合基因”23），由同一基因生物合成的NTRK融合蛋白被认为能够促进癌细胞的增殖，目前正在积极开发抑制该分子酪氨酸激酶活性的药物，靶向治疗表达此融合蛋白的癌症23）。它们通过抑制NTRK融合蛋白质的磷酸化和下游信号传导来抑制肿瘤的增生。目前罗氏公司生产的恩曲替尼（产品名：Rozlytrek）和拜耳医药生产的拉罗替尼（产品名：Vitrakvi）已经上市并用于癌症治疗24，25）。

在精神和神经系统疾病方面，欧美和中国等世界各国也在进行以BDNF为重点的临床研究。就像第四回连载中所介绍的以AMPA型谷氨酸受体为直接靶点的AMPAkine一样，通过刺激其他分子间接地增加BDNF的生成量，根据BDNF的生理活性，尝试开发以治疗疾病为目标的药剂（由于AMPAkine中的Org 24448引起了不良反应，现已停止临床试验（NCT00113022））。另外，有研究将血清BDNF浓度作为评估药剂（如抗抑郁药等）和刺激（如运动和营养等）的效果的指示数据，尝试使用Val66Met（rs6265）SNP等BDNF的基因变体对各种治疗效果的敏感性进行评估的研究也有很多。

也有研究者开始尝试直接对BDNF本身进行操作。美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究团队正在开展针对早期阿尔茨海默病（eAD）和轻度认知障碍（MCI）基因治疗的P1临床试验（NCT05040217）。这是一次雄心勃勃的尝试，在术中核磁共振成像辅助下，用腺相关病毒（AAV）载体将BDNF基因导入患者大脑的内嗅皮质和海马区，利用表达的BDNF蛋白质抑制神经性细胞凋亡、促进突触的再生，从而阻止eAD和MCI的进展。目前该项目仍正在推进中，其成功与否备受瞩目。

◆结语

正如本文开头所指出的，在所谓的顶级期刊上刊登的有关BDNF的论文数量在呈现逐年下降的趋势。然而，每年发表的与BDNF相关的论文总数仍在持续增加（2001年：391份→2011年：1,365份→2021年：2,512份）。这表明关于BDNF的功能及其机制已经在一定程度上得到了很好的理解，正在评估和应用于各种系统。

关于BDNF的基本性质，除了上文提到的前肽的功能之外，在本文没有提及的根源性问题上仍然还有许多尚未解开的谜团，如BDNF在外周组织中的功能、参与BDNF的调控性/结构性分泌的分子机器的实体研究等等。

在精神以及神经疾病的临床研究中，间接地使BDNF表达上升的方法是目前研究的主流，直接控制BDNF本身的尝试才刚刚开始。其中一个主要原因可能是BDNF在不同细胞和不同时间具有不同的活动，因此难以控制其在特定的部位和时间点上产生特定的效果。通过应用强大的新技术，如光遗传学、基因组编辑和各种输送介质，使时间和空间的精确控制成为可能，以BDNF及其相关分子为直接靶标，开发精神、神经疾病的治疗和预防方法有望取得进展。

BDNF是一个拥有历史但人们又知之甚少的分子，尽管BDNF的基础研究至今还留有许多谜团，但长久以来的研究成果也已经被切实地联系到了临床研究当中。今后无论是在基础还是在临床研究中，相信会有更多令人惊叹的成果出现，并成为大众的福音。

◆致谢

在此向日本神经营养因子研究的先驱——原大阪大学蛋白质研究所 畠中宽26，27）教授表示由衷的敬意以及感谢。

◆参考文献

  1．Barde, Y. A. et al . : EMBO J ., 1, 5（1982）.

  2．Lessmann, V. et al . : Prog. Neurobiol ., 69, 5（2003）.

  3．Lee, R. et al . : Science , 294, 5548（2001）.

  4．Patterson, S. L. et al . : Neuron , 32, 1（2001）.

  5．Woo, N. H. et al . : Nat. Neurosci ., 8, 8（2005）.

  6．Koshimizu, H. et al . : Mol. Brain ., 2, 1（2009）.

  7．Ibáñez, C. F. : Trends Neurosci ., 25, 6（2002）.

  8．Lu, B. et al . : Nat. Rev. Neurosci ., 6, 8（2005）.

  9．Yang, J. et al . : Cell Rep ., 7, 3（2014）.

10．Kojima, M. et al . : Int. J. Mol. Sci ., 21, 11（2020）.

11．Donovan, M. J. et al . : Dev. Camb. Engl ., 127,21（2000）.

12．Mowla, S. J. et al . : J. Biol. Chem ., 276, 16（2001）.

13．Bruno, M. A. and Cuello, A. C. : Proc. Natl.Acad. Sci., U. S. A., 103, 17（2006）.

14．Mizoguchi, H. et al . : J. Neurosci. Off . J. Soc.Neurosci ., 31, 36（2011）.

15．Pang, P. T. et al . : Science , 306, 5695（2004）.

16．Mizui, T. et al . : Proc. Natl. Acad. Sci ., 112,23（2015）.

17．Uegaki, K. et al . : Int. J. Mol. Sci ., 18, 5（2017）.

18．Egan, M. F. et al . : Cell , 112, 2（2003）.

19．Sullivan, P. F. et al . : Am. J. Psychiatry , 175,1（2018）.

20．Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium : Nature ,511（7510）, 421（2014）.

21．Di Carlo, P. et al . : Psychiatr. Genet ., 29, 5（2019）.

22．池田匡志著：精神経誌, 120, 2（2018）.

23．Jiang, T. et al . : Acta Pharm. Sin. B , 11, 2（2021）.

24．Drilon, A. et al . : Lancet Oncol ., 21, 2（2020）.

25．Hong, D. S. et al . : Lancet Oncol ., 21, 4（2020）.

26．畠中寛著：「神経成長因子ものがたり」（羊土社）（1992）.

27．畠中寛著：「モノとしての「脳」」（講談社）（1994）.

◆相关产品

点击此处查看相关产品：Mature BDNF ELISA试剂盒 Wako


第四回 BDNF/TrkB信号的另一面

发表于由

第四回 BDNF/TrkB信号的另一面

阐明BDNF-从基础到临床-

第四回 BDNF/TrkB信号的另一面

昭和大学 医学部 安达直树

第四回 BDNF/TrkB信号的另一面

◆前言

回顾本系列第三回，BDNF/TrkB信号在神经回路的正常发育以及神经传导的调节中可发挥有益的作用。因此BDNF/TrkB信号受损会导致脑部疾病，以激活BDNF/TrkB信号为目的的药物研发也不在少数。本文将对具体的事例进行分析，探讨BDNF/TrkB信号的功能是否会成为威胁我们健康的“敌人”。

首先再次确认一下主要的BDNF/TrkB信号通路，并介绍其如何参与个别疾病。

◆BDNF/TrkB信号通路

MAPK/ERK通路

在激活TrkB受体的Tyr490和Tyr515残基，Shc衔接蛋白便会停靠在这些酪氨酸位点上，并招募Grb2（Growth factor receptor-bound protein 2）与GTPase Ras形成复合体，然后激活MAPK（mitogen activated protein kinase）/ERK（extracellular signal regulated kinase）通路。MAPK/ERK激酶通过磷酸化激活转录因子CREB（cAMP response element binding protein）。磷酸化的CREB移动到细胞核内，通过与各种基因的启动子结合来调节转录，促进细胞的存活、分化和增殖。

PI3K/Akt通路

PI3（Phosphoinositide 3）激酶通路的激活，通过摄入Tyr515残基的Ras复合体，使PI3K/Akt通路和MEK/MAPK通路等多个级联反应激活。激活PI3K/Akt级联反应能够控制神经细胞存活、生长和分化所必须的蛋白。

PLCγ通路

TrkB受体的Tyr816残基磷酸化后，会激活PLCγ（phospholipase Cγ）通路，生成IP3和DAG（diacyl glycerol）。PLCγ/IP3通路会导致内质网的钙释放并激活CaMKⅡ（Ca²＋/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ），由此激活CREB磷酸化。另一方面，DAG的生成也会激活PKC（Protein kinase C）。CaMKII・PKC的激活作用于细胞的存活、神经突伸长和突触可塑性。

第四回 BDNF/TrkB信号的另一面

图．BDNF/TrkB信号通路改编自参考文献37）

◆药物成瘾中的BDNF/TrkB信号

BDNF/TrkB信号能够促进大脑“奖励机制“这一神经回路的可塑性变化，因此被认为与可卡因成瘾等药物成瘾有关1）。在负责奖励机制的大脑区域的基态下，BDNF于腹侧被盖区（VTA）、小脑扁桃体、海马体、前额皮层中呈高表达状态，但在背侧纹状体和伏隔核（NAc）中呈低表达状态2）。

与此相对的，TrkB在整个大脑中广泛表达3）。对啮齿动物的研究表明，可卡因能够提高奖励机制相关区域的BDNF水平4，5）。另外在可卡因成瘾的动物模型中，通过向VTA和NAc注射BDNF以及强制表达BDNF/TrkB，能够增强条件性位置偏好、可卡因探索行为和戒断反应。注射抗BDNF的抗体或进行BDNF/TrkB敲断可抑制这些行为6）。

模型中显示，可卡因导致的NAc等的BDNF/TrkB信号增强，会通过转录和翻译水平调节AMPA型谷氨酸受体亚基的组成，从而引起突触的可塑性变化，参与成瘾症状1）。另一方面，在啮齿动物的研究中发现，内侧前额叶皮层（mPFC）的BDNF/TrkB信号增强能够抑制可卡因成瘾症状7），因此如果以抑制BDNF/TrkB信号为靶点的可卡因成瘾治疗限定在NAc和VTA区域的话，或许可以充分发挥其功效。

◆慢性疼痛中的BDNF/TrkB信号

疼痛的感官刺激由背根神经节神经元成为初级传入神经，并向存在于脊髓背角的次级神经元发送兴奋性输入进行传递。然而，脊髓背角神经元的兴奋性增加也是引起神经性疼痛的主要因素。研究认为，脊髓背角的BDNF/TrkB信号增强会通过以下3个机制参与神经性疼痛的发病和进展。

 ① KCC2

脊髓中存在着两种不同的抑制机制，分别是初级传入神经的突触前抑制和背角投射神经元的突触后抑制，这两种不同的抑制机制控制着疼痛信号。BDNF参与这种抑制性 GABA 能突触的调节，引起痛觉过敏8）。这里的关键是potassium chloride co-transporter 2 （KCC2）的功能。KCC2是一种跨膜蛋白，能够通过泵出氯离子（Cl–）来提高细胞外的Cl–浓度，并使接受了GABA的突触后细胞在GABA受体开口时超级化，是一种可以确保GABA抑制性的泵9）。

在神经性疼痛的动物模型中，脊髓背角中的BDNF表达上升，KCC2蛋白的表达下降10）。而且，通过鞘内给药TrkB/Fc嵌合体或TrkB抑制剂K252a，可以阻断由神经损伤导致的脊髓背角KCC2表达下调，从而缓和神经性疼痛11）。虽然细节尚未明确，但在BDNF/TrkB信号中，Shc通路和PLCγ通路串联激活时，也会引起KCC2的转录抑制12）。

② 兴奋性增强

在神经损伤的动物模型中，BDNF引发的TrkB受体激活，可通过增加突触前位点谷氨酸突触小泡的蓄积来增强突触的传递，或通过强化NMDA型受体的功能来诱导神经性疼痛的发作13）。研究认为，如果脊髓背角神经元的TrkB受体与BDNF结合，通过Fyn激酶对GluN2B（NR2B）亚基的磷酸化来诱导背根神经节神经元-脊髓背角神经元间的突触长期增强，就能引起中枢敏化和神经性疼痛14，15）。

③ 激活胶质细胞

上述内容介绍了通过BDNF提高脊髓背角神经元的兴奋性从而引起神经性疼痛的机制。那么，在受到神经损伤时首先供应BDNF的是哪个细胞呢？至今为止的研究表明，BDNF的来源是胶质细胞。

由周围神经损伤等激活的小胶质细胞会生成并释放大量的细胞因子（IL-2、TNF-α、BDNF等），通过诱导神经炎症反应和神经免疫应答，在痛觉过敏的发病机制中起重要作用16）。在活化后的小胶质细胞中的BDNF表达会增加，细胞迁移也会变活跃、还会增加TNF-α的释放量17）。此外，由于外源性BDNF可活化小胶质细胞，促进细胞游走与TNF-a的释放，所以神经损伤时小胶质细胞由来的BDNF会对自身产生作用，使自己进一步被活化的这一正反馈机制也可能会存在18）。

另外，激活脊髓背角中的星形胶质细胞也能使BDNF和炎症细胞因子水平上升19），因此星型胶质细胞也被认为是持续性中枢敏化的主要组成成分20）。BDNF的生成和释放原本是为了保护神经细胞并促进细胞生存，那么作为对急性危险因素（神经损伤等）的应答，BDNF生成和释放的增加应具有生物的适应性。但由于缺少负反馈机制，所以伴随着神经性疼痛的病情发展，中枢神经系统可能会变为非适应性状态。

◆癫痫中的BDNF/TrkB信号

如今，世界人口的约0.5~1%为癫痫患者，癫痫是由大脑细胞群突发性过度活跃而引起的一种慢性进行性中枢神经系统疾病21）。癫痫的特征是自发性的反复发作，并导致暂时性的脑功能障碍以及神经系统损伤、认知能力降低等一系列严重的症状22）。

临床研究表明，大部分癫痫患者血清中的BDNF值要高于正常人（Iughetti团队，2018年）（Demir团队，2020年）。另外，在癫痫动物模型中，BDNF和TrkB在颞叶和海马区明显增加23）。在此类癫痫小鼠模型中，通过让TrkB缺失24）或短暂地阻碍TrkB受体25），能够让癫痫小鼠的发病率显著下降。此外，向大鼠的海马区给药BDNF可诱导癫痫发作26）。

那么BDNF/TrkB信号如何参与癫痫发病？目前提出的机制主要有3种。① BDNF诱导兰尼碱受体介导的Ca2+释放和活性氧（ROS）产生27），促进神经细胞的损伤和细胞凋亡28）。② 通过提高TrkB的激活使KCC2的表达降低，从而降低GABA神经元产生的抑制效果25）。③ BDNF/TrkB信号增强会引起海马齿状回颗粒细胞的轴突——苔藓纤维的异常发芽，从而导致大脑异常兴奋回路的形成29）。

关于BDNF/TrkB在癫痫发病中的确切作用，从各个方面来看都还有待讨论，比如BDNF的表达量、在脑中表达的部位以及上游和下游分子等的关系等等。但BDNF/TrkB信号传导通路中所包含的大量蛋白和分子，被期待作为临床癫痫检测和治疗的靶点，希望今后能将其有效运用于癫痫的临床治疗、风险评估以及预后预测等方面。

◆癌症中的BDNF/TrkB信号

研究显示，BDNF/TrkB信号可以促进细胞的癌变、浸润和转移，同时也是导致产生化疗抗性的原因。

如果将TrkB过量表达的神经嵴来源细胞株移植到小鼠体内，10天后就会形成一个快速生长的肿瘤，小鼠在肿瘤形成后的7天内全部死亡30）。另外，脑肿瘤细胞会过量表达TrkB，只要它还在产生BDNF，即使缺少EGF等原有的生长因子也可以存活。所以，研究人员认为其在自分泌中获得了维持自身生存的能力31）。

肿瘤治疗的难点主要在于其会向其他内脏发生转移。从肿瘤细胞来看，转移就是为了生存而进行的活动。它们需突破由离开细胞外基质引起的细胞死亡（细胞凋亡）障碍32），并改变基因表达，从上皮细胞转化为间充质表型细胞（上皮间充质转化），再承受通过血液转移到其他内脏的过程才能生存下来32，33）。

有趣的是，肿瘤细胞似乎还能通过激活TrkB来使PI3激酶长期处于激活状态，由此提高对失巢凋亡的抗性和转移的成功率32，33）。虽然本文没有详细介绍相关机制，但从BDNF/TrkB信号可对内源性或外源性的细胞凋亡起抑制作用可以了解到，其对抗癌药剂化疗具有抵抗性34）。

BDNF/TrkB信号在参与癌症的形成、转移和治疗抗性的同时，也有报告指出其”有益“的功能。被移植了黑色素瘤的小鼠在环境富集（放于有许多玩具的笼里饲养）的条件下，自然杀伤细胞以及T细胞的杀伤性增强，肿瘤的生长受到明显抑制35，36）。环境富集小鼠的下丘脑中BDNF的表达增加，而敲除此BDNF就会使环境富集诱发的肿瘤抗性消失35）。此结果表明，下丘脑中的BDNF升高是环境富集引起的抗肿瘤作用的关键。

◆结语

本文介绍了BDNF/TrkB信号对我们健康有害的“另一面”。基本上通过BDNF与TrkB结合，激活各类细胞内信号级联反应，然后调节突触传递、促进细胞的生存和增殖，这些方面和发挥有益功能的情况一样。然而，BDNF/TrkB信号在异位或过度激活的情况下就会对我们的健康构成威胁。

BDNF在针对脑部疾病和功能障碍的治疗效果，以及通过下丘脑介导的抗癌作用等方面备受期待。因此，以提高大脑中BDNF的表达为目的，研究人员开始研发提高AMPA型谷氨酸受体反应的变构调节剂（统称为ampakine）。某种ampakine在急性给药几天内就能使几个大脑区域中的BDNF产生量增加20倍，但意外发作原性作用使这类药剂难以应用于临床。然而近来有报告显示，能够改善随着年龄增长而导致的记忆障碍且无阵发性副作用的第一支ampakine已经问世36），为研究界带来了一丝曙光。

本次通过聚焦BDNF/TrkB信号消极的一面，相信已经让各位再次了解到BDNF/TrkB信号在合适的区域内进行适度激活的必要性以及积累基础研究对临床应用的重要性。

◆参考文献

1. Li, X. and Wolf, M. E. : Behav. Brain Res., 279, 240 (2015).

2. Conner, J. M. et al. : J. Neurosci., 17, 2295 (1997).

3. Krause, S. et al. : J. Neurosci. Res., 86, 411 (2008).

4. Graham, D. L. et al. : Nat. Neurosci., 10, 1029 (2007).

5. Horger, B. A. et al. : J. Neurosci., 19, 4110 (1999).

6. Bahi, A. et al. : Psychopharmacology (Berl), 199, 169 (2008).

7. Berglind, W. J. et al. : Eur. J. Neurosci., 26, 757 (2007).

8. Malan, T. P. et al. : Anesthesiology, 96, 1161 (2002).

9. Janssen, S. P. et al. : Neurochem. Int., 60, 21 (2012).

10. Malcangio, M. : Neurobiol. Pain, 1, 1 (2017).

11. Yajima, Y. et al. : J. Neurochem., 93, 584 (2005).

12. Lee-Hotta, S. et al. : Neurochem. Int., 128, 32 (2019).

13. Wang, L. N. et al. : J. Neurosci. Res., 90, 1249 (2012).

14. Li, S. et al. : Neurochem. Res., 42, 2712 (2017).

15. Ding, X. et al. : Neurobiol. Dis., 73, 428 (2015).

16. Tsuda, M. et al. : Trends Neurosci., 28, 101 (2005).

17. Zhang, X. et al. : Cell. Physiol. Biochem., 34, 715 (2014).

18. Zhou, W. et al. : Neurosci. Lett., 756, 135965 (2021).

19. Chiang, C. Y. et al. : Neurochem. Res., 37, 2419 (2012).

20. Liu, T. et al. : Neurosci. Bull., 28, 131 (2012).

21. Fisher, R. S. et al. : Epilepsia, 55, 475 (2014).

22. Thijs, R. D. et al. : Lancet, 393, 689 (2019).

23. Wang, X. et al. : Front. Pharmacol., 12, 758232 (2021).

24. He, X. P. et al. : Neuron, 43, 31 (2004).

25. Liu, G. et al. : Neuron, 79, 31 (2013).

26. Scharfman, H. E. et al. : Exp. Neurol., 174, 201 (2002).

27. Yang, N. et al. : Oxid. Med. Cell. Longev., 2020, 6687185 (2020).

28. Ghadiri, T. et al. : Neurosci. Lett., 709, 134384 (2019).

29. Skupien-Jaroszek, A. et al. : PLoS One, 16, e0239111 (2021).

30. Yin, B. et al. : Oncogene, 34, 761 (2015).

31. Lawn, S. et al. : J. Biol. Chem., 290, 3814 (2015).

32. Bao, W. et al. : PLos One, 8, e70616 (2013).

33. Kupferman, M. E. et al. : Oncogene, 29, 2047 (2010).

34. Radin, D. P. and Patel, P. : Anticancer Res., 37, 3983 (2017).

35. Cao, L. et al. : Cell, 142, 52 (2010).

36. Radin, D. P. et al. : Biomed. Pharmacother., 84, 806 (2016).

37. Numakawa, T. et al. : World J. Biol. Chem., 1, 133 (2010).

点击此处查看相关产品：Mature BDNF ELISA试剂盒 Wako

第三回 BDNF与精神疾病的关系（BDNF通路介导的可塑性控制与精神疾病）

发表于由

第三回 BDNF与精神疾病的关系（BDNF通路介导的可塑性控制与精神疾病）

阐明BDNF-从基础到临床-

第三回 BDNF与精神疾病的关系（BDNF通路介导的可塑性控制与精神疾病）

赫尔辛基大学 神经科学中心 梅森十三

第三回 BDNF与精神疾病的关系（BDNF通路介导的可塑性控制与精神疾病）

◆前言

此前，我们阐述了BDNF通路与神经可塑性的控制相关。如果可塑性提高，为适应学习以及环境的变化，神经回路会进行结构以及功能上的重组。据病理生理学的（前）临床研究报告，精神分裂症和抑郁症等精神疾病患者身上发现了通过BDNF及其受体TrkB介导的信号传导异常。最近，研究人员还阐明了抗抑郁药通过BDNF/TrkB信号传导来调节神经可塑性的机制。本文将结合最新的研究结果，讲解BDNF/TrkB通路异常与精神疾病的关系，以及以该通路为靶标的精神疾病症状的改善。

◆精神分裂症中的BDNF/TrkB通路异常

BDNF通路不仅在胚胎期和临界期的大脑发育中发挥作用，在成年的海马体以及大脑皮层神经细胞的可塑性和生存调节中也发挥重要作用。因此，BDNF通路的异常可能与精神分裂症患者的大脑变化相关。实际上，在精神分裂症的动物模型中确实发现了BDNF的失调，TrkB前脑特异性敲除小鼠也出现了类似精神分裂症的行为，如异常多动、刻板行为以及认知功能障碍等。

另外，据精神分裂症患者死后的大脑分析报告称，虽然在大脑皮层区域以及海马体中BDNF的浓度下降，但在前扣带回中BDNF的浓度呈上升状态。研究人员推测，这些BDNF的表达异常可能导致了精神分裂症患者的神经发育和神经可塑性的异常1-3）。

◆情绪障碍中的BDNF/TrkB信号传导异常

研究表明，在自杀者和重度抑郁症患者死后的大脑中，BDNF的mRNA和蛋白的数量有所减少，尤其是在海马体和小脑扁桃体中更为明显4）。另外，在抑郁症患者和自杀者的外周血单个核细胞中，BDNF基因启动子的DNA甲基化也有所增加，推测为BDNF表达的不完全调节5）。

在本连载系列的第二回中，提到了人血清中可能来源于血小板的BDNF，检测出高水平。有趣的是，抑郁症患者血清或血浆BDNF的水平较低，但使用抗抑郁药物治疗成功后又会恢复到原有水平。另外，与成功治愈的抑郁症患者以及健康组相比，未经过治疗的抑郁症患者的血清BDNF水平也显著下降4,6）。

与健康组相比，BDNF和proBDNF的比率在双向情感障碍中较高，在抑郁症中较低，由此，其有望作为区分两者的标记物7,8）。但这些BDNF水平如上文所述，在精神分裂症1,3）中呈下降趋势，而在自闭症中则显示上升和下降两种情况9）。由于血清BDNF含量在个体间以及个体内存在高度差异，其可信度和疾病特异性还需进一步探讨。

在抑郁症患者死后的大脑中，除了BDNF，TrkB的蛋白以及mRNA的水平也有所下降，且有报告称TrkB的基因突变与自杀相关。此外，研究人员发现在抑郁症患者的大脑样本中，处于激活状态的磷酸化TrkB数量也有所减少4）。

◆BDNF和精神疾病的遗传相关

BNDF的第66号氨基酸残基大部分为缬氨酸，但此位置上，Caucasoid（高加索人种）的20%~50%为蛋氨酸（Val66Met多态性）10,11）。研究人员认为，此多态性并不只是抑郁症和精神分裂症等精神疾病的风险因素，也可能是多发性硬化症、阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的风险因素12,13）。

有报告称，在抑郁症中，这种多态性与儿童期虐待、贫困和成年期慢性压力导致的抑郁症易感性有关14）。在动物实验中，此多态性会影响空间记忆和焦虑性行为，以及细胞内BDNF的运输和神经活动依赖性BDNF的释放10,15），还会损伤BDNF mRNA的树突运输16），并降低长时程抑制（long-term depression : LTD）17）。也就是说，此多态性可能会影响BDNF活动依赖性的神经可塑性。

◆抗抑郁药物通过BDNF/TrkB信号提高可塑性

鉴于BDNF/TrkB信号传导在抑郁症患者的血液以及大脑中不断减少，所以抗抑郁药物能提高BDNF水平的这一发现非常重要。实际上，在动物实验中已经发现三环类的单胺氧化酶抑制剂以及选择性血清再摄取抑制剂（Serotonin selective reuptake inhibitor : SSRI）的抗抑郁药能够提高大脑中的BDNF表达水平6）。

另外，小鼠海马的齿状回细胞BDNF和齿状回颗粒神经元前体细胞TrkB的表达缺失，会降低抗抑郁药对抑郁行为和神经发生的效果6）。近年来，即使是作为速效性抗抑郁药物备受瞩目的麻醉药氯胺酮（NMDA型谷氨酸受体拮抗剂），也会由于小鼠前脑区域的BDNF或TrkB的基因缺失，而导致其减少抑郁样行为和增强海马突触等抗抑郁效果受到抑制18）。

此外，Val66Met多态性的小鼠模型，已丧失抗抑郁药物对行为以及神经可塑性的相关反应15,19）。而且在这些小鼠中，由氯胺酮和其代谢物（2R、6R）-羟基化去甲基氯胺酮（hydroxynorketamine ; HNK）所诱导的树突棘形成的增加也受到了抑制18,20）。HNK在氯胺酮的抗抑郁疗效中起主导作用，并且通过BDNF/TrkB信号传导使神经可塑性发生变化21）。

然而，临床研究表明，Met等位基因可能可以改善传统抗抑郁药物的反应22-25），另一方面也有报告显示反应减少26）。要想阐明BDNF信号传导在抑郁症患者的抗抑郁反应中的作用，目前还需要更多的基因学分析依据4）。

◆幼年期可塑性诱导（iPlasticity）对于神经性精神疾病患者的症状改善

笔者所在的赫尔辛基大学神经营养因子研究室（Eero Castren教授），以长期给药抗抑郁药诱导幼儿期关键期样可塑性（induced juvenile critical period-like plasticity : iPlasticity）为焦点进行研究。Castren教授提出，此种可塑性的提高，在配合某种“锻炼”的情况下，不仅是抑郁症，或许也能应用于其他神经性精神疾病的治疗27）。

也就是说，长期给药大鼠或小鼠典型的SSRI药物氟西汀后，结合单眼遮蔽可改善弱视、结合恐惧记忆消除训练可改善创伤后应激障碍（PTSD），而且结合社会化训练还能改善攻击性28-31）。这是由于氟西汀通过激活BDNF/TrkB提高了神经可塑性，再加上内部与外部的刺激使神经激活，并引起脑神经网络重组。

但关于抗抑郁药物如何激活TrkB，又是哪一部分的神经网络受到了何种变化目前尚且不明。最近的研究显示，氟西汀、丙米嗪、氯胺酮等不同类别的抗抑郁药物能够直接与TrkB结合32）。形成二聚体的TrkB会在跨膜结构域互相交叉，形成一个能够与抗抑郁药物结合的口袋。抗抑郁药物能够与口袋内的胆固醇结合域直接结合，稳定突触膜的TrkB，并促进BDNF介导的TrkB信号传导32）。以上的发现提出了一个全新的假说，即抗抑郁药物的主要作用部位不是单胺转运体，而是直接与TrkB相结合。而这一假说同时也成为了热门话题。

而且，我们使用由光刺激引起的二聚化optoTrkB系统，进行了由于BDNF的扩散性而难以进行的靶细胞可塑性研究。小清蛋白阳性神经元通过与TrkB激活和单眼遮蔽结合，可唤起眼优势，提高突触可塑性、以及去抑制引起的LTP增加和脑电波同步33）。现在我们使用optoTrkB系统，以治疗PTSD、改善空间记忆能力和降低药物依赖性为目的进行研究。

第三回 BDNF与精神疾病的关系（BDNF通路介导的可塑性控制与精神疾病）

图：幼年期可塑性诱导（iPlasticity）引发的神经精神疾病患者的症状改善

◆结语

自发现Val66Met多态性以来，众多的基因研究表明，这种基因因素对抗抑郁药效果的影响存在差异。另一方面，也有部分研究表明其效果无法重现。这是由于不同的年龄、性别、环境因素、民族性、在分析时使用的基因模型、以及基因间的相互作用等多种因素混合，产生了复杂的影响而导致的结果34）。在使用动物模型的研究中，利用Val66Met多态性小鼠模型、抗抑郁药物作用的新模型和optoTrkB，有望阐明涉及BDNF通路的精神疾病的发病机制并发现全新的治疗方法。

◆致谢

感谢藤田医科大学 小清水老师提供的有益建言，谨在此表达由衷的谢意。

◆参考文献

  1. Angelucci, F. et al. : Mol. Psychiatry, 10(4), 345 (2005). DOI: 10.1038/sj.mp.4001637

  2. Fernandes, B. S. et al. : Mol. Psychiatry, 20, 1108 (2015). DOI: 10.1038/mp.2014.117

  3. Nieto, R. R. et al. : Front. Psychiatry, 12, 662407 (2021). DOI: 10.3389/fpsyt.2021.662407

  4. Castrén, E. and Monteggia, L. M. : Biol. Psychiatry, 90, 128 (2021). DOI: 10.1016/j.biopsych.2021.05.008

  5. Hing, B. et al. : Am. J. Med. Genet. B Neuropsychiatr. Genet., 177, 143 (2018). DOI: 10.1002/ajmg.b.32616

  6. Autry, A. E. and Monteggia, L. M. : Pharmacol. Rev., 64, 238 (2012). DOI: 10.1124/pr.111.005108

  7. Yoshida, T. et al. : PLoS One, 7, e42676 (2012). DOI: 10.1371/journal.pone.0042676

  8. Södersten, K. et al. : J. Affect. Disord., 160, 1 (2014). DOI: 10.1016/j.jad.2014.01.009

  9. Saghazadeh, A. and Rezaei, N. : J. Autism Dev. Disord., 47, 1018 (2017). DOI: 10.1007/s10803-016-3024-x

10. Egan, M. F. et al. : Cell, 112, 257 (2003). DOI: 10.1016/s0092-8674(03)00035-7

11. Shimizu, E. et al. : Am. J. Med. Genet. B Neuropsychiatr. Genet., 126B, 122 (2004). DOI: 10.1002/ajmg.b.20118

12. Bath, K. G. and Lee, F. S. : Cogn. Affect. Behav. Neurosci., 6, 79 (2006). DOI: 10.3758/CABN.6.1.79

13. Shen, T. et al. : Aging Dis., 9, 523 (2018). DOI: 10.14336/AD.2017.0717

14. Hosang, G. M. et al. : BMC Med., 12 : 7, 1 (2014). DOI: 10.1186/1741-7015-12-7

15. Chen, Z.-Y. et al. : Science, 314, 140 (2006). doi: 10.1126/science.1129663

16. Baj, G. et al. : Front. Neurosci., 7, 188 (2013). DOI: 10.3389/fnins.2013.00188

17. Mizui, T. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 112, E3067 (2015). DOI: 10.1073/pnas.1422336112

18. Björkholm, C. and Monteggia, L. M. : Neuropharmacology, 102, 72 (2016). DOI: 10.1016/j.neuropharm.2015.10.034

19. Bath, K. G. et al. : Neuropsychopharmacology, 37, 1297 (2012). DOI: 10.1038/npp.2011.318

20. Fukumoto, K. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci . U. S. A., 116, 297 (2019). DOI: 10.1073/pnas.1814709116

21. Zanos, P. et al. : Nature, 533, 481 (2016). DOI: 10.1038/nature17998

22. Choi, M. J. et al. : Brain Res., 1118, 176 (2006). DOI: 10.1016/j.brainres.2006.08.012

23. Niitsu, T. et al. : Prog. Neuro-psychopharmacol. Biol. Psychiatry, 45, 183 (2013). DOI: 10.1016/j.pnpbp.2013.05.011

24. Yan, T. et al. : Asia-Pac. Psychiatry, 6, 241 (2014). DOI: 10.1111/appy.12148

25. Domschke, K. et al. : Int. J. Neuropsychopharmacol., 13, 93 (2010). DOI: 10.1017/S1461145709000030

26. Laje, G. et al. : Biol. Psychiatry, 72, e27 (2012). DOI: 10.1016/j.biopsych.2012.05.031

27. Castrén, E. : Nat. Rev. Neurosci., 6, 241 (2005). DOI: 10.1038/nrn1629

28. Umemori, J. et al. : Psychiatry Clin. Neurosci., 72, 633 (2018). DOI: 10.1111/pcn.12683

29. Mikics, É. et al. : Neuropsychopharmacology, 43, 235 (2017). DOI: 10.1038/npp.2017.142

30. Karpova, N. N. et al. : Science, 334, 1731 (2011). DOI: 10.1126/science.1214592

31. Vetencourt, J. F. M. et al. : Science, 320, 385 (2008). DOI: 10.1126/science.1150516

32. Casarotto, P. C. et al. : Cell (2021). doi: 10.1016/j.cell.2021.01.034.

33. Winkel, F. et al. : Mol. Psychiatry, 1-10 (2021). doi: 10.1038/s41380-021-01211-0.

34. Tsai, S.-J. et al. : Front. Mol. Neurosci., 11, 156 (2018). doi: 10.3389/fnmol.2018.00156

点击此处查看相关产品：Mature BDNF ELISA试剂盒 Wako

【按需网络研讨会】BDNF：内源性神经保护剂的已知与未知

发表于由

【按需网络研讨会】BDNF：内源性神经保护剂的已知与未知

【按需网络研讨会】BDNF：内源性神经保护剂的已知与未知


【按需网络研讨会】BDNF：内源性神经保护剂的已知与未知



◆会议简介


主题：脑源性神经营养因子：内源性神经保护剂的已知与未知

主讲人：Dr. Yves-Alain Barde 名誉教授 卡迪夫大学

主办方：BioCompare

报名费：免费


立即观看回放

◆会议概要


脑源性神经营养因子 (BDNF) 是一种在脊椎动物大脑中发现的微量生长因子，它会激活称为 TrkB 的神经元受体。

研究发现 BDNF 在神经系统中起到关键作用，包括神经传递的调节、树突的伸长以及损伤后细胞死亡的预防。

 

本次网络研讨会将回顾目前对 BDNF 病理生理学的认识，并探讨BDNF在生物化学、细胞生物学和定量检测领域的相关议题。

 


详细信息


题目：脑源性神经营养因子：内源性神经保护剂的已知与未知

1．生长因子的神经营养素家族

2．BDNF相关的生物化学与细胞生物学

3．BDNF受体

4．BDNF在小鼠和灵长动物体内的分布

5．BDNF检测与定量

6．BDNF与神经系统疾病

7．BDNF在血小板中的神经保护作用

8．展望与总结

立即观看回放

◆产品信息


高灵敏度Mature BDNF ELISA试剂盒


BDNF，即脑源性神经营养因子，参与神经发生、神经保护和突触形成，在大脑中发挥着重要作用。BDNF具有前体proBDNF，其与BDNF的作用不同。proBDNF经加工，可成为mBDNF（mature BDNF）。

本ELISA试剂盒可特异性检测mBDNF。通过使用发光检测系统，灵敏度是旧款产品的20倍左右（产品编号: 296-83201 Mature BDNF ELISA 试剂盒）可以检测小鼠血液中难以检测的微量mBDNF。

 

特点


●　高灵敏度

●　特异性检测mBDNF

 


产品列表

产品编号

产品名称

包装

298-83901

Mature BDNF ELISA Kit Wako, High Sensitive

BDNF成熟体ELISA试剂盒Wako，高灵敏度

96 tests

更多产品详情，请点击此处查看

人BDNF ELISA试剂盒96T

发表于由

人BDNF ELISA试剂盒

简要描述：人BDNF ELISA试剂盒，产品型号：96T。
灵敏度：1.41 pg/mL
检测范围：7.81-500 pg/mL
回收率范围: 85-115%
保存方法: 2-8℃

详细介绍

产品咨询

品牌 其他品牌 供货周期 一个月
应用领域 医疗卫生,环保,化工,生物产业,综合

人BDNF ELISA试剂盒，产品型号：96T。

人BDNF ELISA试剂盒，灵敏度: 1.41 pg/mL，检测范围: 7.81-500 pg/mL，回收率范围: 85-115%，保存方法: 2-8℃。

产品名称: Human BDNF ELISA Kit

描述:

检测原理:

本试剂盒采用双抗体夹心ELISA技术。特异性anti-Human BDNF capture antibody预包被在高亲和力的酶标板上。酶标板孔中依次加入标准品、待测样本和生物素标记的检测抗体,充分振荡混匀后置于室温下进行为时2小时的孵育过程,样本中存在的BDNF与固相抗体和检测抗体结合。充分洗涤以除去游离及未结合的成分后,加入辣根过氧化物酶标记的链霉亲和素(Streptavidin-HRP,SA-HRP)。再次洗涤后,加入TMB显色底物,于室温下避光孵育以显色。颜色反应的深浅与样本中BDNF的浓度成正相关。加入终止液终止反应,使用酶标仪于450 nm检测波长(校正波长570-630 nm)条件下测定吸光度值。

检测类型:双抗夹心法

形式:预包被96孔板

检测样本类型:细胞上清液,血清,血浆

上样量:100 μl


上海金畔生物科技有限公司

  1. 国内试剂耗材经销代理。

  2. 国外试剂的订购。可提供欧美实验室品牌的采购方案。

  3. 提供加急物流处理，进口货物，最快交期1-2周。

  4. 进出口货物代理服务。

  5. 公司代理众多有名生命科学领域的研究试剂、仪器和实验室消耗品品牌：CELL DATA,Alamanda Polymers， cstti，Click Chemistry tools，Nanoprobes，Ancell，NANOCS，Ambeed, Inc，SPEED BioSystems, LLC，Tulip Biolabs, Inc，Torrey Pines Biolabs，magsphere ,FabGennix International ,paratechs，Medicago,Oraflow,CWE,Wasatch Photonics, alphananote, It4ip, proteoform, Caprico等,重点合作品牌 Lee Biosolutions,chematech,Nanopartz,denovix,Atto tec,macrocyclics等。

  6. 质量保证，所有产品都提供售后服务。付款方式灵活。公司坚持“一站式”服务模式，为客户全面解决实验、生产、开发需求。公司整合国际与国内资源，加强网络建设，提高公司内部运作效率，为客户提供方便、快捷的服务。