作者：青海大學研究生院（張利超）；青海省人民醫院神經外科（張強）
顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是一個全球性的公共衛生問題，是全球死亡、致殘的主要原因。TBI是由外力所致的腦功能的損失或改變。原發性損傷指外部損害導致細胞立即死亡，繼發性損傷是原發性損傷周圍區域的一系列生物化學變化的結果，進一步導致記憶、認知等功能缺陷。目前的治療主要集中在減輕繼發性損傷的程度，同時增強神經再生。在損傷的早期階段挽救損傷的腦組織並在恢復期促進再生是可取的。腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及其高親和力受體原肌球蛋白受體激酶B（tropomyosin receptor kinase B，TrkB）在促進神經元存活、可塑性和記憶功能方面起關鍵作用。
與BDNF相比，7,8-二羥基黃酮（dihydroxy flavonoids，DHF）具有更長的半衰期和更小的分子量，能夠穿透血腦屏障。本文就BDNF/TrkB信號通路的功能及BDNF和DHF作為TBI治療的潛力進行綜述。
1. 神經營養因子（neurotrophic factor，NTF）及其受體
NTF是神經元和神經膠質細胞分泌的內源肽，與整個大腦的個體細胞和神經元網絡的功能調節、存活和發育有關。NTF調節突觸可塑性、保護神經元免受氧化應激及細胞凋亡，並可刺激神經發生。NTF 家族成員包括神經生長因子（nerve growth factor，NGF）、BDNF、神經營養因子-3（neurotrophin-3，NT-3）和NT-4/5，且NT-4/5與NGF結構相似而歸為一類。NTF能夠通過結合跨膜受體和引發信號級聯發揮神經保護作用。NTF跨膜受體有兩種主要類型，包括酪氨酸激酶受體Trk 家族（即TrkA、TrkB 和TrkC）和p75神經營養因子受體（p75NTR，腫瘤壞死因子家族之一）。NGF優先與TrkA，BDNF和NT-4/5結合TrkB，NT-3結合TrkC，均具有高親和力，而這些NTF均以低親和力結合p75NTR受體。此外，在一定程度上，p75NTR 促進Trk 功能，並促進NTF與正確的Trk結合。
一旦與Trk結合，NTF可通過Ras、磷脂醯肌醇3- 激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）、磷脂酶-Cγ（Phospholipase Cγ，PLCγ）和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）等信號通路激活一系列事件。
2. BDNF 及其下遊信號通道
在所有NTF 中，BDNF 因在突觸中的有效作用以及在腦中的廣泛表達引起廣泛研究。p75NTR和TrkB 負責介導BDNF 信號傳導。BDNF 與TrkB 及p75NTR表現出結合選擇性和親和力，對TrkB的高親和力發揮有效作用，而p75NTR 與細胞凋亡有關。BDNF 前體與p75NTR 結合，而成熟形式的BDNF對TrkB具有高親和力。然而，當存在高濃度的BDNF 時，成熟形式的BDNF 可以結合p75NTR。BDNF受體在相同的細胞中具有協調和調節神經元反應的作用。此外，由每個受體產生的信號可以彼此增強或彼此抑制，在增強和抑制關係之間波動。
當結合TrkB時，BDNF誘導受體的二聚化和自磷酸化，導致TrkB受體內源化並引發細胞內信號級聯，包括PI3K途徑、PLCγ通路和MAPK通路。PI3K途徑激活蛋白激酶B（Akt），抑制Bad 促進細胞存活。Akt在正常位點的磷酸化也導致促凋亡蛋白的抑制，上調的BcL2水平與積極預後相關，如減少細胞死亡等。PLCγ通路通過激活三磷酸肌醇受體，導致細胞內儲存鈣的釋放，調節轉錄因子cAMP反應元件結合蛋白，增加鈣調蛋白激酶活性，調節突觸可塑性。MAPK通路也被稱為細胞外相關信號激酶通路，調節細胞生長、分化。PLCγ介導的反應可能是快速、短期行為的主要因素，而MAPK和PI3K通路涉及長期轉錄效應。
3. BDNF/TrkB 信號通路在中樞神經系統中的功能
BDNF/TrkB信號通路在調節細胞存活及其他生物學過程中具有深遠的影響。BDNF對於神經突和軸突生長尤為重要，並且是多巴胺能、γ-氨基丁酸能、血清素能和膽鹼能神經元的存活和發育所必需。研究顯示TrkB途徑的激活可改善認知功能，並且也與突觸密度的增加相關。
BDNF和TrkB在發生神經元可塑性的區域表達上調，因此，BDNF被認為是突觸可塑性的功能和結構的分子介導體，在記憶形成及整合中起關鍵作用。產生和運輸BDNF的途徑受損，可導致記憶和認知功能障礙惡化。學習和記憶的細胞基礎被認為是在海馬的突觸。長時程增強（long-term potentiation，LTP）是在海馬發生的特定形式的可塑性，是學習和記憶的細胞基礎。BDNF是海馬和其他大腦區域LTP誘導和維持的主要調節因子。BDNF/TrkB 信號通路介導新產生的神經元分化和存活來影響成年神經發生。
4. BDNF 和TBI
TBI後數小時內，BDNF mRNA表達水平在損傷的皮層和海馬中明顯上調，傷後24 h下降，傷後36 h以後不再顯著。BDNF及其受體在TBI後瞬時激增，表明BDNF作為一種內源性神經保護反應，試圖減輕TBI後繼發性細胞損傷。BDNF的治療潛力由於其分子量大（27kDa）、半衰期短（<10 min）和不能穿過血腦屏障而受到限制。到目前為止，在實驗性TBI研究中，BDNF對TBI的直接應用尚未有效。然而，有限的研究表明，間接輸送時，BDNF可以顯著促進受傷動物的功能恢復。
5. DHF 和TBI
與BDNF相比，諸如TrkB激動劑的小化合物，其模擬BDNF的神經營養信號而沒有其藥代動力學障礙，可能具有更大的治療潛力。Jang等為尋找模擬BDNF 功能的小分子，進行一系列基於細胞的TrkB依賴的生存測定篩選化學文庫，並發現DHF。DHF是一種在水果和蔬菜中發現的多酚類化合物，具有與TrkB結合的能力，模擬BDNF功能。DHF以高親和力特異性結合TrkB的受體細胞外結構域，並誘導受體二聚化和自磷酸化，激活BDNF/TrkB途徑的下遊信號通路。與BDNF相比，DHF誘導的TrkB磷酸化持續時間更長。
另外，由DHF激活的TrkB沒有降解，而是在內源化之後被再循環到細胞表面，與BDNF活化的TrkB相反（被標記為泛素化並在內源化後降解）。內源化是啟動NTF-Trk複合物信號轉導的重要組成部分。DHF可以成功模擬神經元BDNF-TrkB內源化，在10 min 內產生具有TrkB 的內含子，如BDNF一樣，並在60 min產生比BDNF更強的內吞反應。DHF與BDNF相比具有更長的半衰期（50 mg/kg 口服給藥後血漿中為134 min，而BDNF 不足10min）。
與27 kDa BDNF相比，DHF小得多，為254，對血腦屏障的滲透性更高，口服生物活性為生物利用度的5%。DHF是一種選擇性TrkB激動劑，能夠激活TrkB而不與p75NTR結合，引發神經保護、可塑性和神經發生而不激活凋亡過程的信號傳導途徑。DHF 與TrkB 細胞外結構域的結合激活誘導TrkB自磷酸化的信號級聯，導致在與BDNF相當的時間範圍內以劑量依賴性激活MAPK、PI3/Akt 和ERK1/2信號通路。
6. DHF 治療TBI 的潛力
自從發現以來，DHF相繼被發現對帕金森病、亨廷頓病、阿爾茨海默病、抑鬱症、Rett症候群和TBI動物模型提供神經保護作用，促進神經可塑性。在體外拉伸損傷模型中，DHF可以減輕培養的原代神經元的拉伸損傷誘導的細胞毒性和細胞凋亡。在小鼠中度局灶性控制皮質衝擊損傷模型中，以20 mg/kg劑量腹腔注射DHF，持續3 d，顯著減輕腦水腫、減少皮質挫傷體積、神經元細胞死亡和凋亡，以及改善受傷動物的運動功能。在流體衝擊傷大鼠模型中，連續7 d以5 mg/kg的單次日劑量給予DHF幹預，增強動物學習和記憶功能。
研究中均觀察到TrkB磷酸化增加和下遊信號蛋白如Akt和CREB的激活。在小鼠局灶性控制皮質衝擊損傷模型中，在傷後1、24、48、72 h給予5 mg/kg DHF幹預，還可以預防皮質神經元的樹突變性並改善運動功能缺陷；減少海馬齒狀回中未成熟神經元的損傷誘導的神經細胞死亡，增強神經保護作用。除了直接的神經元保護作用，DHF在調節炎症中也發揮作用。在培養的小鼠小膠質細胞中，DHF可抑制核因子-κB和MAPK信號轉導活性，從而在脂多糖刺激後降低誘導型一氧化氮合酶、環氧合酶-2、腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-1β。提示DHF具有一定的抗炎作用，可能有助於TBI後恢復。
綜上所述，在動物模型中，DHF已被證明是TBI和多發性退行性神經障礙的可行治療方案。因其在中樞神經系統中跨越血腦屏障和廣泛治療潛力的能力，DHF有望成為臨床上應用於TBI和其他神經系統疾病的有價值的複合物。
來源：張利超,張強.顱腦損傷後BDNF及其小分子模擬物的治療潛力[J].中國臨床神經外科雜誌,2018(11):757-759.
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