颅脑损伤后BDNF及其小分子模拟物的治疗潜力
颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）是一个全球性的公共卫生问题，是全球死亡、致残的主要原因。TBI是由外力所致的脑功能的损失或改变。原发性损伤指外部损害导致细胞立即死亡，继发性损伤是原发性损伤周围区域的一系列生物化学变化的结果，进一步导致记忆、认知等功能缺陷。目前的治疗主要集中在减轻继发性损伤的程度，同时增强神经再生。在损伤的早期阶段挽救损伤的脑组织并在恢复期促进再生是可取的。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及其高亲和力受体原肌球蛋白受体激酶B（tropomyosin receptor kinase B，TrkB）在促进神经元存活、可塑性和记忆功能方面起关键作用。
与BDNF相比，7,8-二羟基黄酮（dihydroxy flavonoids，DHF）具有更长的半衰期和更小的分子量，能够穿透血脑屏障。本文就BDNF/TrkB信号通路的功能及BDNF和DHF作为TBI治疗的潜力进行综述。
1. 神经营养因子（neurotrophic factor，NTF）及其受体
NTF是神经元和神经胶质细胞分泌的内源肽，与整个大脑的个体细胞和神经元网络的功能调节、存活和发育有关。NTF调节突触可塑性、保护神经元免受氧化应激及细胞凋亡，并可刺激神经发生。NTF 家族成员包括神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、BDNF、神经营养因子-3（neurotrophin-3，NT-3）和NT-4/5，且NT-4/5与NGF结构相似而归为一类。NTF能够通过结合跨膜受体和引发信号级联发挥神经保护作用。NTF跨膜受体有两种主要类型，包括酪氨酸激酶受体Trk 家族（即TrkA、TrkB 和TrkC）和p75神经营养因子受体（p75NTR，肿瘤坏死因子家族之一）。NGF优先与TrkA，BDNF和NT-4/5结合TrkB，NT-3结合TrkC，均具有高亲和力，而这些NTF均以低亲和力结合p75NTR受体。此外，在一定程度上，p75NTR 促进Trk 功能，并促进NTF与正确的Trk结合。
一旦与Trk结合，NTF可通过Ras、磷脂酰肌醇3 -激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）、磷脂酶-Cγ（Phospholipase Cγ，PLCγ）和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）等信号通路激活一系列事件。
2. BDNF 及其下游信号通道
在所有NTF 中，BDNF 因在突触中的有效作用以及在脑中的广泛表达引起广泛研究。p75NTR和TrkB 负责介导BDNF 信号传导。BDNF 与TrkB 及p75NTR表现出结合选择性和亲和力，对TrkB的高亲和力发挥有效作用，而p75NTR 与细胞凋亡有关。BDNF 前体与p75NTR 结合，而成熟形式的BDNF对TrkB具有高亲和力。然而，当存在高浓度的BDNF 时，成熟形式的BDNF 可以结合p75NTR。BDNF受体在相同的细胞中具有协调和调节神经元反应的作用。此外，由每个受体产生的信号可以彼此增强或彼此抑制，在增强和抑制关系之间波动。
当结合TrkB时，BDNF诱导受体的二聚化和自磷酸化，导致TrkB受体内源化并引发细胞内信号级联，包括PI3K途径、PLCγ通路和MAPK通路。PI3K途径激活蛋白激酶B（Akt），抑制Bad 促进细胞存活。Akt在正常位点的磷酸化也导致促凋亡蛋白的抑制，上调的BcL2水平与积极预后相关，如减少细胞死亡等。PLCγ通路通过激活三磷酸肌醇受体，导致细胞内储存钙的释放，调节转录因子cAMP反应元件结合蛋白，增加钙调蛋白激酶活性，调节突触可塑性。MAPK通路也被称为细胞外相关信号激酶通路，调节细胞生长、分化。PLCγ介导的反应可能是快速、短期行为的主要因素，而MAPK和PI3K通路涉及长期转录效应。
3. BDNF/TrkB 信号通路在中枢神经系统中的功能
BDNF/TrkB信号通路在调节细胞存活及其他生物学过程中具有深远的影响。BDNF对于神经突和轴突生长尤为重要，并且是多巴胺能、γ-氨基丁酸能、血清素能和胆碱能神经元的存活和发育所必需。研究显示TrkB途径的激活可改善认知功能，并且也与突触密度的增加相关。
BDNF和TrkB在发生神经元可塑性的区域表达上调，因此，BDNF被认为是突触可塑性的功能和结构的分子介导体，在记忆形成及整合中起关键作用。产生和运输BDNF的途径受损，可导致记忆和认知功能障碍恶化。学习和记忆的细胞基础被认为是在海马的突触。长时程增强（long-term potentiation，LTP）是在海马发生的特定形式的可塑性，是学习和记忆的细胞基础。BDNF是海马和其他大脑区域LTP诱导和维持的主要调节因子。BDNF/TrkB 信号通路介导新产生的神经元分化和存活来影响成年神经发生。
4. BDNF 和TBI
TBI后数小时内，BDNF mRNA表达水平在损伤的皮层和海马中明显上调，伤后24 h下降，伤后36 h以后不再显著。BDNF及其受体在TBI后瞬时激增，表明BDNF作为一种内源性神经保护反应，试图减轻TBI后继发性细胞损伤。BDNF的治疗潜力由于其分子量大（27kDa）、半衰期短（<10 min）和不能穿过血脑屏障而受到限制。到目前为止，在实验性TBI研究中，BDNF对TBI的直接应用尚未有效。然而，有限的研究表明，间接输送时，BDNF可以显著促进受伤动物的功能恢复。
5. DHF 和TBI
与BDNF相比，诸如TrkB激动剂的小化合物，其模拟BDNF的神经营养信号而没有其药代动力学障碍，可能具有更大的治疗潜力。Jang等为寻找模拟BDNF 功能的小分子，进行一系列基于细胞的TrkB依赖的生存测定筛选化学文库，并发现DHF。DHF是一种在水果和蔬菜中发现的多酚类化合物，具有与TrkB结合的能力，模拟BDNF功能。DHF以高亲和力特异性结合TrkB的受体细胞外结构域，并诱导受体二聚化和自磷酸化，激活BDNF/TrkB途径的下游信号通路。与BDNF相比，DHF诱导的TrkB磷酸化持续时间更长。
另外，由DHF激活的TrkB没有降解，而是在内源化之后被再循环到细胞表面，与BDNF活化的TrkB相反（被标记为泛素化并在内源化后降解）。内源化是启动NTF-Trk复合物信号转导的重要组成部分。DHF可以成功模拟神经元BDNF-TrkB内源化，在10 min 内产生具有TrkB 的内含子，如BDNF一样，并在60 min产生比BDNF更强的内吞反应。DHF与BDNF相比具有更长的半衰期（50 mg/kg 口服给药后血浆中为134 min，而BDNF 不足10min）。
与27 kDa BDNF相比，DHF小得多，为254，对血脑屏障的渗透性更高，口服生物活性为生物利用度的5%。DHF是一种选择性TrkB激动剂，能够激活TrkB而不与p75NTR结合，引发神经保护、可塑性和神经发生而不激活凋亡过程的信号传导途径。DHF 与TrkB 细胞外结构域的结合激活诱导TrkB自磷酸化的信号级联，导致在与BDNF相当的时间范围内以剂量依赖性激活MAPK、PI3/Akt 和ERK1/2信号通路。
6. DHF 治疗TBI 的潜力
自从发现以来，DHF相继被发现对帕金森病、亨廷顿病、阿尔茨海默病、抑郁症、Rett综合征和TBI动物模型提供神经保护作用，促进神经可塑性。在体外拉伸损伤模型中，DHF可以减轻培养的原代神经元的拉伸损伤诱导的细胞毒性和细胞凋亡。在小鼠中度局灶性控制皮质冲击损伤模型中，以20 mg/kg剂量腹腔注射DHF，持续3 d，显著减轻脑水肿、减少皮质挫伤体积、神经元细胞死亡和凋亡，以及改善受伤动物的运动功能。在流体冲击伤大鼠模型中，连续7 d以5 mg/kg的单次日剂量给予DHF干预，增强动物学习和记忆功能。
研究中均观察到TrkB磷酸化增加和下游信号蛋白如Akt和CREB的激活。在小鼠局灶性控制皮质冲击损伤模型中，在伤后1、24、48、72 h给予5 mg/kg DHF干预，还可以预防皮质神经元的树突变性并改善运动功能缺陷；减少海马齿状回中未成熟神经元的损伤诱导的神经细胞死亡，增强神经保护作用。除了直接的神经元保护作用，DHF在调节炎症中也发挥作用。在培养的小鼠小胶质细胞中，DHF可抑制核因子-κB和MAPK信号转导活性，从而在脂多糖刺激后降低诱导型一氧化氮合酶、环氧合酶-2、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1β。提示DHF具有一定的抗炎作用，可能有助于TBI后恢复。
综上所述，在动物模型中，DHF已被证明是TBI和多发性退行性神经障碍的可行治疗方案。因其在中枢神经系统中跨越血脑屏障和广泛治疗潜力的能力，DHF有望成为临床上应用于TBI和其他神经系统疾病的有价值的复合物。
