腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對運動技能突觸傳遞長時程增強的調(diào)節(jié)

張帥軍，牛英鵬

（1.贛南師范學院 科技學院，江西 贛州 341000；2.河南大學 體育學院，河南 開封 475001）

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對運動技能突觸傳遞長時程增強的調(diào)節(jié)

張帥軍1，牛英鵬2

（1.贛南師范學院 科技學院，江西 贛州 341000；2.河南大學 體育學院，河南 開封 475001）

從腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和突觸傳遞長時程增強談起，介紹了BDNF和LTP的性質(zhì)以及在運動技能學習中BDNF對LTP的影響和增強機制。

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子；突觸傳遞長時程增強

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurotrophicfactor，BDNF）是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族的主要成員之一，具有很強的刺激和促進神經(jīng)細胞生長分化，維持神經(jīng)細胞存活和正常功能的作用。BDNF作為一種神經(jīng)調(diào)節(jié)因子，在活性依賴的突觸修飾、聯(lián)系和效能中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，與空間記憶的形成、維持以及與記憶相關的智力發(fā)展密切相關。運動技能的學習是一個復雜的神經(jīng)過程，突觸是信息傳遞和處理的重要環(huán)節(jié)，突觸的可塑性是運動學習和記憶的神經(jīng)基礎，在學習和記憶的過程中，突觸會產(chǎn)生形態(tài)和功能的變化，把傳遞速度持續(xù)變化的突觸稱為可塑性突觸?？伤苄酝挥|傳遞的長時程增強[1]（LTP）表現(xiàn)在電刺激傳入海馬纖維后，海馬的突觸傳遞在數(shù)秒內(nèi)增強（即 EPSP增大，潛伏期縮短），增強的效果能持續(xù)數(shù)小時至數(shù)周，這一現(xiàn)象稱為突觸傳遞長時程增強（LTP）。隨著科技的發(fā)展，微透析和高壓液相色譜以及核磁共振技術在神經(jīng)生理學中的應用，BDNF對神經(jīng)元突觸傳遞和可塑性影響的研究已成為運動神經(jīng)生理學中的一個熱點，推動了運動神經(jīng)生理學的發(fā)展。已有研究表明，BDNF在維持神經(jīng)元存活和促進神經(jīng)突起生長方面具有重要作用。文章對腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對運動技能學習突觸傳遞長時程曾強的調(diào)節(jié)作以綜述，以便從神經(jīng)學方面為運動技能的學習提供理論依據(jù)。

1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子

1.1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的性質(zhì)

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子[2]（BDNF）是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族中的重要一員，維持腦神經(jīng)元的正常生理機能的重要因子，是一種主要由腦組織合成，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)多種神經(jīng)元存活，并促進神經(jīng)纖維生長的堿性蛋白，分子單體是由119個氨基酸殘基組成的分泌型成熟多肽，蛋白等電點為9.99，相對分子質(zhì)量為 13 500，主要由β折疊和無規(guī)則二級結(jié)構(gòu)組成，含有3個二硫鍵[3]。BDNF作用廣泛，對感覺神經(jīng)元、運動神經(jīng)元、膽堿能神經(jīng)元、多巴胺能神經(jīng)元、GABA能神經(jīng)元、小腦顆粒神經(jīng)元等均有作用[4]。它不僅對多種神經(jīng)元的發(fā)育分化和生長再生具有維持和促進作用，還能通過為受損的神經(jīng)元提供營養(yǎng)而使中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的運動神經(jīng)元和感覺神經(jīng)元得到恢復。

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的主要作用有：促進運動神經(jīng)元、感覺神經(jīng)元、基底節(jié)前腦膽堿能神經(jīng)元、皮層神經(jīng)元、海馬神經(jīng)元、多巴胺能神經(jīng)元等的生長發(fā)育和存活；提高神經(jīng)元的生物活性，減少損傷后的神經(jīng)元的自然死亡，對神經(jīng)元有保護和修復作用；是突觸活動、神經(jīng)元連接與突觸可塑性的重要調(diào)節(jié)因子[5]。

1.2 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的分布

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）主要由腦組織合成，廣泛分布在大腦皮質(zhì)、海馬、基底前腦、紋狀體、隔區(qū)、下丘腦、小腦、腦干及周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，其中以海馬、大腦皮層和紋狀體等部位含量較豐富，在外周的肌肉組織、心臟和肺臟也有較低水平的表達，BDNF可通過靶源性、自分泌、旁分泌方式與神經(jīng)細胞上高親和力的酪氨酸蛋白激酶B(TrkB)受體或低親和力受體p75結(jié)合，激發(fā)各種信號傳導通路而發(fā)揮生物作用。BDNF的mRNA的最高水平的表達也是在海馬和大腦皮質(zhì)，在海馬結(jié)構(gòu)中，BDNF的mRNA最集中的是齒狀回顆粒細胞和CA2、CA3中的錐形細胞中[6]。

2 突觸傳遞長時程增強

2.1 突觸可塑性

運動技能的學習是以神經(jīng)活動為基礎的生理、心理過程。突觸是神經(jīng)活動過程信息傳遞和處理的重要環(huán)節(jié)，突觸的可塑性更是運動學習和記憶的神經(jīng)基礎，在運動技能的學習和記憶過程中，突觸會產(chǎn)生形態(tài)和功能的變化，把傳遞速度持續(xù)變化的突觸稱為可塑性突觸?？伤苄酝挥|主要有三種類型：突觸傳遞長時程增強、突觸傳遞長時程抑制和突觸前纖維長芽。

2.2 突觸傳遞長時程增強

突觸傳遞長時程增強（LTP）[1]是指在條件刺激（多為較高頻率的強直刺激）后，相同的測試刺激誘發(fā)突觸反應長時間明顯增強的現(xiàn)象。這種突觸反應在不同實驗條件下有不同的表現(xiàn)形式，可以是場電位、群體興奮性突觸后電位、群體峰電位和興奮性突觸后電位（excitatory posts-ynaptic potentia，EPSP）等。LTP既能長期保持，又能迅速改變，已成為在突觸水平上研究運動技能學習和記憶的分子模型。根據(jù) LTP發(fā)生的時間和機制不同，將其分為早發(fā)性 LTP（E-LTP）和晚發(fā)性LTP（L-LTP）[7]。

2.3 突觸傳遞長時程增強與運動技能學習

運動技能的學習和記憶是大腦的一個功能，并且是一個多階段的動態(tài)神經(jīng)過程，學習主要是指人或動物通過神經(jīng)系統(tǒng)接受外界環(huán)境信息而影響自身行為的過程，記憶主要是指獲得的信息或經(jīng)驗在腦內(nèi)貯存和提取的神經(jīng)活動過程。學習和記憶密切相關，LTP作為突觸可塑性的重要內(nèi)容，在學習過程中對運動技能的獲得、鞏固和再現(xiàn)起著非常重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，LTP與運動技能學習和記憶有相互促進的作用，LTP的誘導或阻斷會改變學習記憶的能力，在學習記憶的過程中也會引起相應的 LTP變化。在海馬突觸可塑性與年齡相關記憶下降的關系研究中發(fā)現(xiàn)，易化 LTP的誘導可改善老年鼠的記憶能力；阻斷 LTP的誘導可直接影響海馬依賴性學習行為的獲得。通過訓練動物在 Y型迷宮內(nèi)進行分辨回避反應的學習，記憶保持好的動物 LTP效應顯著增大，記憶保持差的動物LTP效應增大不明顯[7]，其次小腦皮質(zhì)蒲肯野氏細胞的 LTP與小腦對肢體運動的適應控制能力有直接的相關。

3 BDNF對LTP的調(diào)節(jié)機制

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）對突觸傳遞的長時程增強（LTP）的調(diào)節(jié)包括允許（permissive）和指導（instructive）兩方面[8]。允許是指BDNF能夠增強突觸產(chǎn)生LTP的能力，但本身并不產(chǎn)生LTP。指導是指BDNF對HFS產(chǎn)生應答，參與LTP的形成和維持，BDNF對E-LTP和L-LTP均發(fā)揮指導作用。有研究顯示，BDNF可選擇性增強高頻刺激（HPS），有助于BDNF直接對LTP發(fā)揮效應，暗示BDNF可調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，增強運動技能的學習。目前對BDNF對LTP調(diào)節(jié)機制的多認為是BDNF通過抑制突觸疲勞而發(fā)揮其允許作用，NMDA受體激活后的細胞內(nèi)級聯(lián)反應參與LTP的形成。LTP效應是由分布在大腦皮層與海馬的N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體依賴的突觸傳遞效能的持續(xù)性增強所引起的[9]。NMDA受體通道受膜電位和遞質(zhì)的雙重控制，在靜息膜電位下，不能將阻滯NMDA受體通道的Mg2+移開激活NMDA受體，只有當許多突觸前纖維同時興奮，造成突觸后膜一定程度的去極化后，才能解除Mg2+的阻滯作用，使Ca2+進入突觸后膜。通過NMDA受體通道進入細胞是LTP產(chǎn)生的關鍵，Ca2+作為誘發(fā)LTP的初始信號，一方面可激活由蛋白激酶C介導的啟動過程，觸發(fā)LTP的產(chǎn)生；另一方面還可以激活鈣-鈣調(diào)素蛋白依賴性激酶Ⅱ，進一步激活逆行性信使一氧化氮，而逆行性信使能通過突觸后及反向擴散到突觸前膜，激活蛋白激酶C，對LTP產(chǎn)生效應，被激活的蛋白激酶C不僅可以加強鈣依賴性谷氨酸的釋放，提高突觸后膜對遞質(zhì)的敏感性，使突觸后細胞興奮，而且還能使Ca2+通過電壓依賴性通道，進入細胞直接激活或由其激活的第二信使，釋放一種逆行可塑性因子，在細胞內(nèi)，蛋白激酶C可使蛋白磷酸化，促使從突觸后細胞逆行彌散至突觸前終末，激活第二信使，促使更多的蛋白合成，使突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生長時程增強，形成某種運動技能的學習和記憶。

4 結(jié)語

BDNF不僅在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中維持神經(jīng)元的功能，而且是突觸活動、神經(jīng)元連接與突觸可塑性的調(diào)節(jié)因子，能修復損傷后的神經(jīng)元以及防止神經(jīng)元細胞的退行性變化，還參與LTP的形成和維持，通過LTP影響運動機能的學習與記憶。隨著生物科學技術的發(fā)展，對BDNF和LTP研究的進一步深入，BDNF的功能和生理機制將進一步得到闡釋，BDNF參與調(diào)節(jié)LTP的確切機制將逐步被闡明，BDNF將會受到更多體育科研工作者的關注。

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（責任編輯、校對：孫海祥）

The Regulation of the BDNF to the LTP on Motor Skill Learning

ZHANG SHuai-jun1, NIU Ying-peng2

(1. The Institute of Technical Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China; 2. College of Physical Education, Henan University, Kaifeng 475001, China)

On the base of the BDNF and LTP, it is introduced what the BDNF and LTP are, what the influence and mechanism of BDNF and LTP are in learning exercise skills.

BDNF; LTP

2011-04-04

張帥軍（1980-），男，河南漯河人，碩士，贛南師范學院科技學院講師，研究方向為運動營養(yǎng)與機能評定。

G804

A

1009-9115(2011)05-0080-02