脑源性神经营养因子在炎症性肠病中的作用

许瑞雪 李琼羽 连海峰

滨州医学院附属医院消化内科，滨州 256600

炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）是一种慢性非特异性炎症性疾病，临床分型包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（Crohn’s disease，CD）。流行病学调查研究显示，21世纪亚洲IBD总发病率和流行率呈上升趋势，但仍低于西方国家［1］。目前中国缺少IBD系统性流行病学研究，但据一项研究估计，到2025年，中国的IBD患者将达到150万人［2］。然而，我国各地区的IBD发病率存在明显差异，Ng等［3］在对中国9个城市和地区的研究结果发现：在人口密集的城市IBD发病率明显升高；
IBD发病率与区域国内生产总值呈正相关；
IBD发病率南方高于北方。IBD病程迁延反复，临床上常用氨基水杨酸、激素、硫唑嘌呤、环孢素、生物制剂等药物，目前仍无法根治，对患者的身心健康造成了严重伤害，常引起患者生活质量下降，甚至引起患者产生焦虑、抑郁等。因此，从IBD的发病机制方面深入研究，对于IBD防治有着重要意义。

IBD的病因尚不明确，但有研究表明，个体的遗传易感性、外部环境、肠道微生物因素和免疫反应均参与了IBD的发病过程［4］。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是神经营养因子（neurotrophin，NT）家族成员之一，参与多种肠道疾病的病理生理过程，在IBD炎症肠道组织中表达明显升高［5］。BDNF可通过特定信号通路参与肠道超敏反应及肠道动力等方面，深入研究BDNF信号通路和IBD的关系，为更好地认识BDNF在IBD中的作用及可能为其治疗提供新的思路。

BDNF是一种神经蛋白生长因子，广泛表达于神经系统，在神经元的存活和分化中起着重要作用［6］。BDNF最初是以前体-BDNF（pro-BDNF）形式合成的，由129个氨基酸组成的前结构域和118个氨基酸组成的成熟结构域组成。成熟结构域形成半胱氨酸结构，导致成熟结构域非共价二聚化［7］。当前结构域从完整的pro-BDNF中分裂时，通过保守的RVRR序列前转化酶的作用，二聚体从成熟结构域被释放，被称为成熟BDNF，简称BDNF［8］。BDNF在人脑发育和神经发生中起着至关重要的作用，并影响细胞增殖和血管生成。它不仅参与胎儿神经元的迁移和分化、成年神经发生和神经可塑性，还调节能量代谢、摄食行为，参与学习和记忆［9］。

Lommatzsch等［10］通过原位杂交检测了肠道BDNF的来源，发现肠上皮、环形肌和肌间神经丛的神经元均有大量BDNF mRNA表达，但肠上皮细胞并不表达TrkB和P75NTR受体。Konturek等［11］通过酶联免疫检测法（ELISA）和蛋白质印迹法（Western Blot）发现肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）患者肠黏膜BDNF表达水平明显高于正常对照。Al-Qudah等［12］以饮用水中加右旋糖苷硫酸钠（dextran sodium sulfate，DSS）诱导建立结肠炎大鼠模型，并采用ELISA法检测结肠平滑肌细胞中BDNF的表达，结果显示DSS诱导炎症后大鼠结肠平滑肌细胞中BDNF表达增加。Al Qudah等［13］通过ELISA法发现在IBD期间升高的促炎细胞因子以Ca2+的方式直接刺激BDNF的表达和分泌。总之，BDNF在肠道黏膜上皮和肠肌层中高表达，且在炎性状态较正常表达明显升高，提示BDNF很可能参与肠道的炎性反应。

内脏超敏反应主要表现为引起内脏疼痛或不适的阈值降低，内脏组织对生理性刺激及伤害性刺激的敏感性及反应性增强［14］。IBD临床表现为腹痛、腹泻等症状。大鼠背根神经节（dorsal root ganglia，DRG）是内脏感觉传导的第一级神经元，BDNF可通过TrkB-PI3K∕Akt信号通路调节DRG中感觉神经元的表达，当BDNF表达升高时，则出现内脏敏超敏反应和慢性疼痛［15］。Delafoy等［16］在大鼠远端结肠内注射三硝基苯磺酸（trinitro benzene sulfonic，TNBS）建立结肠炎模型，并通过腹腔注射BDNF、BDNF抗体检测BDNF在大鼠内脏超敏反应中的作用，发现BDNF诱导了内脏超敏反应，且注射BDNF抗体后内脏超敏反应降低，提示BDNF参与了内脏超敏反应。Yang等［17］建立TNBS诱导的BDNF+∕-小鼠和BDNF+∕+小 鼠结 肠炎模型，发现两种基因型小鼠DRG的BDNF表达水平均升高，但BDNF+∕-小 鼠BDNF的上调水平明显低于BDNF+∕+小鼠；
当结肠扩张的 压力≥30 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）时，BDNF+∕-小鼠结肠的内脏超敏反应明显低于BDNF+∕+小鼠。Matayoshi等［18］的研究显示，向大鼠腹腔内注射抗BDNF抗体可显著降低炎症诱导的痛觉过敏。有文献提示，大鼠∕小鼠诱导结肠炎后局部可释放炎性介质如P物质、缓激肽、前列腺素E2、降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）等。分布于消化道壁的初级传入纤维末梢受到这些炎性介质的刺激活化，将感觉信号放大传递至中枢神经系统。BDNF可能与上述炎性介质共同协作参与炎性内脏高敏感的调控，在IBD腹痛中起作用［19］。

从病理生理角度分析，引起IBD慢性腹泻的病因有肠黏膜炎症导致的渗出性腹泻，同时亦有肠道分泌增加、通透性改变及运动障碍等4种机制的综合作用［20］。先前有文献报道，BDNF可以通过改变肠神经系统（enteric nervous system，ENS）神经纤维密度和超微结构，以及通过激活TrkB-PLC∕IP3通路而导致平滑肌的继发性变性来推进肠道运动［21］。还有研究发现BDNF可以通过促进5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）和CGRP的释放而增强结肠蠕动反射［22］。

IBD缓解期会出现类似于IBS相关腹泻、腹痛症状，称IBD-IBS，表明IBD与IBS可能共享相同的风险因素。樊菡等［23］建立IBS模型，发现IBS组血清BDNF水平显著增高，且肠道肌层BDNF高亲和力受体TrkB表达上调，提示BDNF可通过作用于TrkB受体在IBS大鼠结肠动力紊乱中发挥一定的调节作用。赖华梅等［24］建立乳鼠结肠扩张模型，通过活性炭悬液灌胃法检测全胃肠和小肠传输功能，发现成年期模型大鼠腹腔注射BDNF抗体后肠道动力减慢。这提示新生期应激大鼠成年后BDNF表达异常增高与慢性肠道动力增强密切相关，BDNF在增强肠道动力方面起一定作用。已有文献提示，在IBD期间BDNF表达升高［12］，而BNDF可以增强肠道动力［21］。我们推测BDNF可以促进IBD肠道动力，研究BDNF∕TrkB-PI3K∕Akt通路致内脏超敏反应的机制可以解释临床上IBD患者出现腹泻的原因。

完整的肠上皮屏障在维持肠道内环境稳定和防止过度免疫反应发生慢性肠炎中发挥着重要作用［25］。肠上皮屏障通透性的改变在结肠炎的发病及进展中起着重要作用［26］。紧密连接（tight junction，TJ）是调节肠上皮屏障的一种细胞间连接复合体［27］，通过促进细胞与细胞的接触而起到物理屏障的作用。TJ蛋白的损伤可以导致跨上皮阻力下降和肠屏障通透性增加，从而导致黏膜免疫激活和肠道紊乱［28］。Yu等［29］以TNBS诱导IBD-IBS小鼠模型，发现小鼠肠道黏膜中BDNF蛋白表达显著增加，闭合蛋白（occludin）、闭锁小带蛋白-1（zonula occludens，ZO-1）和密封蛋白-1（claudin-1）等TJ蛋白的表达显著下调，密封蛋白-2（claudin-2）的表达显著上调。此外，还利用肠上皮细胞（HT-29细胞）证明了BDNF对肠上皮屏障的调节与TJ蛋白表达的改变有关。然而，BDNF诱导TJ蛋白表达上调的确切机制尚未被探讨，有待于未来进一步研究。肠胶质细胞（enteric glial cell，EGC）不仅是对肠神经元起支持作用的细胞，而且是参与调节肠道屏障的重要细胞［30］。Bassotti等［31］通过免疫组织化学方法发现UC患者病变结肠和CD患者病变回肠的黏膜下和肌间神经丛EGC凋亡明显增加。Li等［32］在DSS诱导小鼠结肠炎中，发现EGC数量显著减少。黄连素可以通过抑制EGC的凋亡，抑制BDNF激活的EGC中P物质的表达，及增加胶质源性神经营养因子（glia-derived neurotrophic factor，GDNF）的表达来维持肠道屏障功能。Martin等［33］建立EGC原代培养体系进行培养，将EGC与BDNF或BDNF抗体共同孵育后，检测EGC凋亡率，发现BDNF在一定程度上抑制EGC的凋亡，BDNF抗体可显著增加EGC的凋亡，提示BDNF对EGC有保护作用。综上所述，这些发现为BDNF在调节肠道屏障动态平衡中的作用提供了机制支持。

流行病学调查显示IBD患者存在广泛的焦虑与抑郁情绪障碍；
长期处于情绪障碍中，不但会加重患者的病情，降低患者的生活质量，同时还会增加IBD复发的风险［34-36］。有研究表明BDNF及其受体TrkB与结肠炎患者情绪障碍有关［37］。Nakagawasai等［38］在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，通过Western Blot检测海马区磷酸化-磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）、BDNF的表达，并使用悬尾试验和强迫游泳试验来证实黄体生成素是否可以预防IBD样症状和抑郁样行为，发现小鼠在给予黄体生成素后，海马区AMPK和BDNF的表达增强，提示黄体生成素可能通过AMPK∕BDNF信号通路促进海马区神经再生，从而发挥抗抑郁作用。Han等［39］建立小鼠结肠炎模型，发现小鼠口服鲁氏乳杆菌（lactobacillus reuteri，NK33）、青春型双歧杆 菌（bifidobacterium adolescentis，NK98）及其混合物可增加海马区BDNF+∕NeuN+细胞数量，抑制NF-κB的作用，来缓解小鼠结肠炎和抑郁行为。

Xia等［40］研究发现，芝麻酚可抑制DSS干预诱导的海马区BDNF的下降，并介导BDNF∕TrkB∕CREB信号通路，参与结肠炎抑郁和焦虑的发病机制。Jang等［41］研究发现，IBD伴抑郁患者的粪便微生物群移植会导致小鼠产生肠道渗漏的结肠炎，并加速粪便内脂多糖进入血液的吸收，抑制脑内NF-κB介导的BDNF的表达，从而通过调节神经炎症而导致焦虑∕抑郁的发生。上述研究表明BDNF在调节情绪障碍中发挥着重要作用，BDNF信号通路可能成为未来治疗IBD情绪障碍的靶点。

IBD是一种慢性、复发性肠道炎症性疾病，但也有超过半数的IBD患者可以出现心脏、关节、皮肤、骨骼、眼睛、肾脏、肝脏等肠外症状。越来越多的数据表明，IBD与心力衰竭和心肌梗死患者住院风险增加有关［42-43］。还有研究表明，确诊1年以上的IBD患者冠心病发病率明显高于未患IBD者［44］。有文献提示，BDNF的合成和功能的改变与心力衰竭、心律失常和心肌梗死的发病有关［45］。BDNF在IBD心脏功能改变中发挥着至关重要的作用，Tang等［5］在DSS诱导的大鼠慢性结肠炎模型中研究发现慢性结肠炎是通过IL-1β→miR-155→BDNF信号轴损害心脏功能。这提示BDNF是导致IBD出现心力衰竭的重要环节之一，阻断BDNF信号可能会防止心力衰竭，使IBD患者受益。本课题组前期研究发现，慢性结肠炎中肠道过度表达的miR-29b外泌体可以破坏BDNF信号通路，最终导致心脏功能障碍［46］。总之，BDNF与结肠炎心血管疾病发生有关，干预BDNF信号通路可能为IBD患者在预防和治疗方面提供思路。

综上所述，虽然目前有关于BDNF在IBD发病机制中所起作用的研究还处于起步阶段，但从肠神经系统方面，以不同于以往的另一角度来探讨炎症性肠病的发病本质，从而提示BDNF有可能参与了IBD发病的环节，始发或加重、持续肠道炎症，将有可能为临床上IBD的治疗提供新的方向和策略。