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揭秘与抑郁相关的神经营养因子BDNF

抑郁症是一种复杂的异质性疾病,社会压力是抑郁症最关键的因素之一。脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是神经营养因子家族的一员,于1982年首次从猪的大脑中分离出来。BDNF表达的改变通常被用作社会压力对大脑和系统生理影响的指标,在抑郁症的病理生理中起着关键作用。一些涉及应激处理的大脑区域已被广泛研究,包括腹侧被盖区、伏隔核、海马体、前额叶皮层和杏仁核,并且在抑郁症患者和啮齿动物抑郁症模型中已经报道了这些大脑区域的功能。虽然BDNF在中枢神经系统情绪加工中的作用已被广泛研究,但关于BDNF信号的区域特异性仍缺乏全面的总结,这对于更好地理解抑郁症和社会压力有重要作用。

近期,武汉科技大学曾燕团队在《Neural Regeneration Research》上发表了题为“Brain region-specific roles of brain-derived neurotrophic factor in social stress-induced depressive-like behaviors” 的文章,综述了近年来关于不同脑区BDNF作为慢性应激背景下抑郁行为的关键介质的作用。

社会压力存在于所有社会物种中,包括人类,它影响心理健康和未来与同伴的互动。既往研究报道BDNF在中脑边缘通路中发挥社会压力检测器的作用,尤其是位于腹侧被盖区-伏隔核通路的BDNF信号在慢性社会压力后的行为变化中至关重要。对抑郁症患者的尸检分析以及啮齿动物抑郁症模型的研究表明,腹侧被盖区和伏隔核中的BDNF蛋白水平较高。

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图1 探索BDNF在社会压力诱发抑郁中的作用的时间轴

BDNF在中脑边缘多巴胺能通路中的作用

既往研究报道BDNF在中脑边缘通路中发挥社会压力检测器的作用。中脑边缘多巴胺能通路中的BDNF信号,尤其是腹侧被盖区-伏隔核通路,对维持慢性社会应激后的行为改变至关重要。慢性社会应激源增加应激易感小鼠腹侧被盖区和伏隔核中的BDNF水平以及多巴胺神经元活性,诱发抑郁行为。对人类伏隔核组织的尸检分析表明,抑郁症患者伏隔核中BDNF水平也较高。在应激小鼠中脑边缘多巴胺能通路中敲除BDNF或阻断BDNF信号通路,可以获得抗抑郁效果,增强社会行为。

BDNF在海马体中的作用

海马体特别容易受到各种压力源的影响,导致其结构和功能发生变化,引起各种情绪障碍。BDNF在调节社会压力和抑郁中的作用在海马体中得到了广泛的研究。各种压力源已被证明下调海马体的BDNF水平,应激易感小鼠海马体中BDNF表达下降与抑郁行为有关。对人类死后组织的研究也揭示了抑郁症患者海马体中BDNF及其受体水平的降低。BDNF参与下丘脑-垂体-肾上腺轴的调节,下丘脑-垂体-肾上腺轴的BDNF失调与抑郁症的发生有关。海马体和下丘脑之间的连接通过抑制下丘脑-垂体-肾上腺轴进而抑制应激激素释放。下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活和应激激素分泌的增加可以抑制BDNF的产生,导致BDNF表达减少,可以通过长期抗抑郁治疗恢复。

BDNF在前额叶皮质中的作用

前额叶皮质调节应激反应,以促进压力应对。前额叶皮质与腹侧被盖区等边缘区域形成相互兴奋的联系,控制情绪行为。社会压力会降低腹侧被盖区多巴胺神经元投射到前额叶皮质的放电活动。前额叶皮质中BDNF蛋白的表达在多种啮齿动物抑郁症模型中下调,抗抑郁药的慢性治疗会增加BDNF的表达。一些抗抑郁药物的作用,如锂,已经使前额叶皮质成为调节BDNF表达的热点。锂离子治疗的抗抑郁作用与BDNF信号的激活和BDNF在前额叶皮质中的表达增加有关。抑郁症患者在服用锂抗抑郁药期间,血清BDNF浓度也增加。这些发现表明BDNF在促进锂的治疗特性中起着重要作用。

BDNF在杏仁核中的作用

杏仁核整合了感觉刺激和情绪效价,在发现潜在威胁和调节情感因素中起着关键作用。杏仁核和前额叶皮质通过谷氨酸互反投射连接,调节恐惧和压力反应。该区域的BDNF改变对于神经适应社会压力有重要作用,但BDNF表达的增加和减少在啮齿动物抑郁症模型中均有报道。如慢性社会挫败应激等各种应激源会增加小鼠杏仁核中BDNF水平。然而,其他研究表明,杏仁核的BDNF水平降低会增加小鼠社交回避表型。在经历慢性轻度应激和生命早期社会应激的大鼠杏仁核中,BDNF表达降低,并且可被抗抑郁治疗逆转。

此外,在抑郁症和抗抑郁药物反应的背景下,BDNF的表观遗传机制已被广泛研究。表观遗传调控在BDNF的表达中起重要作用,可能为理解精神障碍的发病机制提供新的方向,同时也显示出作为药物治疗的新靶点的潜力。

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图2 社会压力诱导抑郁样行为中皮质边缘系统脑区相互作用及脑区特异性BDNF变化示意图

近年来,中医药治疗抑郁症的疗效日益突出。中国传统中药人参,对神经系统疾病的防治作用已成为学者们关注的热点。以人参皂苷为主要活性成分的抗氧化剂红参,通过调节下丘脑-垂体-肾上腺轴,增加海马体中BDNF及其受体TrkB的表达,恢复抑郁症模型小鼠海马体BDNF信号级联活性。其它中药成分,如十大功劳生物碱可通过调控BDNF/CREB信号通路改善抑郁行为; 黄芩苷可通过激活BDNF/ERK/CREB信号通路发挥抗抑郁作用,改善认知功能。

综上所述,本文总结了近年来的研究,以阐明BDNF表达与社会应激的关系。许多用于治疗抑郁症的药物会改变BDNF的表达和信号转导。暴露于压力和抑郁会降低海马体和前额叶皮质中BDNF的表达,上调腹侧被盖区和伏隔核中的BDNF,但杏仁核中BDNF的表达在研究中的变化不一。因此, BDNF的变化可能对不同脑区有不同的影响。BDNF信号的变化有效控制情绪,应对社会压力。

虽然BDNF在中枢神经系统情绪处理中的作用已得到广泛研究,但了解BDNF信号的区域特异性,能够使人们对压力和动机行为背后的网络进行特定的神经环路分析,加深对脑区BDNF作用的具体机制的理解,对更好地理解社会应激和抑郁症非常重要。下一个重要的步骤是直接比较BDNF输注在特定大脑区域的影响,以进一步了解BDNF在边缘回路中的不同权重。并且鉴于抑郁行为症状的多样性,特定的大脑结构和神经回路可能介导一种或多种抑郁行为表型,在未来也需要更加深入以及清晰的研究。

该综述也存在一定性的局限性。虽然越来越多的文献报道了与抑郁状态相关的BDNF表达和释放的变化,但大多数文献仅涉及BDNF的表达,因此本文并未讨论BDNF的释放。此外,本文主要从脑区角度关注BDNF在抑郁症中的作用,没有对具体涉及的神经元信号机制提供深入的解释。


作者简介

曾燕 教授

武汉科技大学脑科学先进技术研究院院长,博士生导师。其研究专注于阿尔茨海默病和抑郁症等认知障碍相关脑疾病的发病机制与早期干预。主持建立了华中地区最大的老年记忆队列,即湖北老年记忆队列(ChiCTR1800019164),建立了标准化多维信息采集指标体系和电子信息登录系统,建立了先进的生物样本库和数字化管理系统。



参考文献

Han M, Zeng DY, Tan W, et al. Brain region-specific roles of brain-derived neurotrophic factor in social stress-induced depressive-like behavior[J].Neural Regeneration Research, 2025.  doi: 10.4103/NRR.NRR-D-23-01419.