神經(jīng)營養(yǎng)因子在運動調(diào)控帕金森病理機制中的作用研究進展

余 鋒，賈芳芳，張憲亮

（1.淮陰師范學院 體育學院，江蘇 淮安 223300；2.蘇州大學 體育學院，江蘇 蘇州 215021；3.山東大學 體育學院，山東 濟南 250061）

帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）是一種與衰老相關、以神經(jīng)細胞分子生物學功能紊亂為特征、具有獨特病因學基礎的神經(jīng)退行性疾病。PD的病理基礎是中腦黑質(zhì)致密部（Substantia nigra pars compacta，SNpc）基底神經(jīng)節(jié)多巴胺（dopamine，DA）能神經(jīng)元的丟失、神經(jīng)遞質(zhì)DA減少而導致的漸進性神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙（Beal，2010）。DA能神經(jīng)元的缺失導致DA的產(chǎn)生與消耗失衡，故PD患者表現(xiàn)出靜息性肌肉震顫、運動性肌力缺失、運動遲緩、姿勢僵硬不穩(wěn)、步態(tài)異常等臨床病理學特征（Lenka et al.，2015）。目前，PD的病因尚不明確，關于PD的病理機制存在幾種學說，如神經(jīng)炎癥致病學說、氧化應激致病學說、線粒體功能障礙致病學說等（Ryan et al.，2015）。

研究發(fā)現(xiàn)，運動在降低神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默癥（Alzheimer’s disease，AD）（Corsi et al.，2016）和 PD（Xu et al.，2010）等的患病風險中發(fā)揮重要作用，可延緩這些神經(jīng)退行性疾病的惡化（Speelman et al.，2011），促進PD患者肢體運動能力的恢復（Takano et al.，2014），延緩PD大鼠紋狀體DA丟失（劉曉莉等，2018），抑制紋狀體神經(jīng)元的過度興奮，改善PD大鼠運動能力（劉曉莉等，2014），但其中的生物學機制尚不明確。大量動物實驗和臨床檢驗發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)營養(yǎng)因子（neurotrophic factors，NFs）的缺乏是動物或人患PD的重要原因，因為NFs的表達增加可促進PD的運動能力增強和病癥緩解。隨著運動療法在PD干預中的效果日益凸顯，運動干預與PD獲益的潛在機制引起學界的關注。運動干預上調(diào)NFs的表達進而改善PD病癥，可能是其中的機制之一（Hsueh et al.，2018；Speck et al.，2018；Tuon et al.，2014）。NFs可能在運動干預DA能神經(jīng)元存活的過程中發(fā)揮關鍵作用，但運動如何通過調(diào)節(jié)NFs介導PD病理？其內(nèi)在機制是什么？本文對近年來運動介導NFs調(diào)控PD的動物實驗和人體試驗研究進行分析，探討運動介導NFs改善PD的可能調(diào)節(jié)機制，以期明晰上述疑問。

1 NFs的神經(jīng)保護功能

NFs是一類在中樞和外周均發(fā)揮生物學功能的蛋白分子。在細胞核內(nèi)，NFs可誘導基因編碼，進而促進神經(jīng)元的存活和增殖（Ibanez，2007）。腦內(nèi)的NFs種類繁多，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3/4/5（neurotrophin 3/4/5，NT-3/4/5）、神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）、膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF）、星形膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（mesencephalic astrocyte derived neurotrophic Factor，MANF）、胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等各NFs家族成員。NFs在神經(jīng)元的生長、發(fā)育及凋亡等過程中發(fā)揮重要作用，可促進神經(jīng)元的增殖、分化、成熟、突觸發(fā)生等生理屬性（Kirik et al.，2004；Sullivan et al.，2011）。NFs促進神經(jīng)元存活的功能，被認為是治療PD等神經(jīng)退行性疾病的有效途徑（Kirik et al.，2004）。有研究認為（Kirik et al.，2004；Vijender et al.，2015），NFs為大分子蛋白，不易跨越血腦屏障（brain-blood barrier，BBB）由血液進入腦脊液，臨床治療中人工合成的外源性NFs難以發(fā)揮其神經(jīng)保護作用。但也有研究發(fā)現(xiàn)（Pan et al.，1998；Wu et al.，2014），NFs可以通過BBB介導血與腦中營養(yǎng)成分的動態(tài)平衡。

PD病理可能與多種NFs的缺失有關，但目前運動科學研究中涉及的NFs種類并不多，其中，BDNF、GDNF、IGF-1和VEGF，尤其BDNF是運動干預PD動物實驗和人體試驗研究的焦點。研究發(fā)現(xiàn)，合理的運動干預可促進BDNF（Hsueh et al.，2018；Tuon et al.，2014；Wu et al.，2011）、GDNF（Lau et al.，2011；Speck et al.，2018）、VEGF（Al-Jarrah et al.，2010）和 IGF-1（Maass et al.，2016）等的表達，改善神經(jīng)系統(tǒng)的營養(yǎng)供應，促進神經(jīng)元的存活、再生與分化，緩解神經(jīng)退行性變化等，增強神經(jīng)保護作用，改善PD病理，降低PD患病風險。

1.1 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）

BDNF是NFs家族的重要成員，參與神經(jīng)元的生存、分化、生長、損傷后修復，以及新突觸發(fā)生、神經(jīng)突起的改建、突觸傳遞等結構和功能的可塑性（Rothman et al.，2013）。BDNF廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，尤其在海馬區(qū)大量表達（Mutlu et al.，2016），亦表達于黑質(zhì)紋狀體中，參與調(diào)節(jié)DA能神經(jīng)元的存活和功能維持（Lau et al.，2011）。研究發(fā)現(xiàn)，在眾多NFs中，BDNF與DA能神經(jīng)元的存活和分化關系最為緊密（Lau et al.，2011；Tajiri et al.，2010；Tuon et al.，2012；Wu et al.，2011）。體外培養(yǎng)的嚙齒類動物神經(jīng)細胞實驗（Rak et al.，2014；Santos et al.，2016）證實，BDNF表達增加可促進黑質(zhì)紋狀體的神經(jīng)元存活。它對酪氨酸激酶受體具有較強的親和力，可作為第一信號分子結合到細胞表面，參與調(diào)節(jié)cAMP反應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）的合成。CREB是一種細胞轉錄因子，可結合到環(huán)腺苷酸反應元件（CRE）上特定的DNA序列，參與相關基因轉錄的調(diào)節(jié)。BDNF可通過N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR）調(diào)節(jié)鈣調(diào)蛋白激酶（calcium/calmodulin protein kinase II，CAMKII），激活絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）級聯(lián)反應，進而誘導突觸可塑性相關基因表達（Platenik et al.，2000）。此外，BDNF還可通過其受體TrkB 激活 MAPK，通過促進突觸素 I（Synapsin I，Syn I）（Hong et al.，2015）和CREB（Mutlu，2016）的磷酸化調(diào)節(jié)突觸可塑性。

BDNF在運動介導的神經(jīng)保護機制中發(fā)揮重要作用。它可介導運動改善神經(jīng)可塑性、腦損傷后的神經(jīng)元恢復及學習記憶等重要腦功能（Sajadi et al.，2017）。運動可有效促進脊髓損傷大鼠脊髓內(nèi)BDNF的表達，以及其后肢運動功能的恢復（賀曉玉 等，2014）。Lan等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，跑臺運動可促進腦梗死大鼠皮質(zhì)BDNF和5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）及其受體亞型1A（5-HT1A）的表達增加。有氧游泳運動可上調(diào)衰老大鼠海馬BDNF的表達，改善其學習記憶能力（付燕等，2015）。人體試驗（劉瑾彥等，2018）也發(fā)現(xiàn)，3個月的運動鍛煉可促進60～69歲老年人外周血中BDNF水平的上調(diào)和認知功能的改善。體力活動量與機體安靜狀態(tài)下血液中的BDNF水平密切相關，經(jīng)常參加體力活動的個體安靜狀態(tài)下血液中的BDNF水平低于體力活動少的個體（Nofuji et al.，2008）。這表明體力活動量較大的個體，其安靜狀態(tài)下外周血中的BDNF較低可能與其穿過BBB入腦，發(fā)揮神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的利用率提高有關。綜上研究表明，運動干預可通過增強腦和外周血中的BDNF表達，增強“血-腦”之間的BDNF傳輸，改善衰老或損傷的神經(jīng)元功能，促進神經(jīng)保護作用。

1.2 膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）

GDNF來源于神經(jīng)膠質(zhì)細胞，參與了神經(jīng)元的功能維持和神經(jīng)損傷的修復（Enterria et al.，2016），可促進神經(jīng)元的發(fā)育、存活、分化、凋亡和軸突發(fā)生，并能特異性保護DA能神經(jīng)元，促進損傷后運動神經(jīng)元的再生（Deng et al.，2013），對中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)均具有保護作用。GDNF集中表達于兒茶酚胺類激素調(diào)控的腦區(qū)，如紋狀體和丘腦（Pascual et al.，2008）。GDNF及其配體家族（GDNF family ligands，GFL）與DA能神經(jīng)元的存活密切相關。GFL家族屬于轉化生長因子β（transforming growth factor，TGF-β）超級家族成員，在調(diào)控細胞遷移和分化過程中發(fā)揮作用（Hegarty et al.，2014）。GDNF具有神經(jīng)保護和神經(jīng)再生的雙重神經(jīng)營養(yǎng)功能。TGF-β作為GDNF信號的調(diào)制器，參與了細胞膜上GFL受體（GFRα）的遷移，并在細胞膜上與各自的配體相結合。GDNF配體和受體相關聯(lián)，形成GFL-GFRα復合體，進而促進跨膜酪氨酸激酶（RET）二聚體的聚集。GDNF對GFRα-1有很強的親和力，可形成GFL-GFRα-1復合體。聚集的RET也可反過來觸發(fā)RET激酶分子的酪氨酸殘基發(fā)生轉磷酸作用，進而啟動細胞內(nèi)信號過程，引發(fā)相關細胞信號級聯(lián)反應，如MAPK和磷酸肌醇3-激酶（phosphoinositide 3 kinase，PI3K）相關信號通路（Zhou et al.，2015），調(diào)控細胞增殖和轉錄過程，激活 CREB和蛋白激酶B（protein kinase B，Akt），在神經(jīng)元的生長和存活中發(fā)揮重要作用。

GDNF也參與運動介導的神經(jīng)保護，維持受損脊髓神經(jīng)元的存活，促進軸突再生，抑制神經(jīng)元的異常凋亡，促進神經(jīng)損傷后的運動功能恢復。研究（蔡洪梅等，2016）發(fā)現(xiàn)，跑臺運動可促進脊髓損傷大鼠脊神經(jīng)中GDNF的分泌，減緩運動神經(jīng)元的凋亡，增強軸突再生，改善脊髓損傷大鼠的運動功能。1個月的遞增負荷運動干預可通過激活GDNF下游效應分子——細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK），促進 GDNF的表達（Lau et al.，2011）。GDNF還可通過調(diào)節(jié)GFRα-1觸發(fā)細胞信號級聯(lián)，抑制小膠質(zhì)細胞激活（Rocha et al.，2012）。4周的遞增負荷游泳訓練可促進小鼠海馬GDNF和GFRα-1的表達（吳春燕 等，2011）。GDNF的表達增加，可能是機體在負荷訓練增大時為避免神經(jīng)元損傷的一種自我保護性反應。這表明GDNF和GFRα-1相關信號轉導通路參與了隨運動強度遞增而產(chǎn)生的神經(jīng)生物學調(diào)控過程，運動干預可通過促進NFs的表達來緩解神經(jīng)損傷，促進細胞損傷的修復與再生。

1.3 胰島素樣生長因子（IGF-1）

IGF-1是一種受生長激素調(diào)節(jié)的多功能細胞增殖調(diào)控因子，具有多種生物學功能，包括維持機體能量代謝、調(diào)節(jié)血脂濃度和胰島素活性（Street et al.，2013）等生命活動。除了參與調(diào)節(jié)軀體功能外，IGF-1在調(diào)節(jié)神經(jīng)元的功能中也具有重要意義（Feng et al.，2015），可促進神經(jīng)元的分化與存活。在成年人的神經(jīng)系統(tǒng)中，IGF-1作為一種神經(jīng)調(diào)質(zhì)，參與突觸可塑性、突觸密度、神經(jīng)傳遞和神經(jīng)發(fā)生等過程的調(diào)節(jié)，尤其在 IGF-1受體（IGF-1 receptor，IGF-1R）集中表達的腦區(qū)發(fā)揮作用，可促進細胞外基質(zhì)合成和神經(jīng)元損傷的修復（Ayadi et al.，2016）。IGF-1R是一種酪氨酸激酶受體，主要表達于黑質(zhì)DA能神經(jīng)元和海馬組織（Quesada et al.，2007），可通過觸發(fā)細胞內(nèi)相關信號轉導途徑介導IGF-1的多種生物學功能（Hernandez-Garzon et al.，2016）。IGF-1與腦高級功能的維持關系密切，參與學習記憶、緩解神經(jīng)損傷和促進神經(jīng)功能重塑等調(diào)控過程。在神經(jīng)退行性病變過程中，IGF-1是重要的分子標志物，其水平的降低與衰老導致的腦功能下降以及神經(jīng)退行性疾?。ㄈ鏟D和AD）相關。IGF-1可激活 PI3K/Akt-CREB等信號通路，調(diào)控促凋亡相關基因的轉錄（Liu et al.，2017）。腦內(nèi)IGF-1受體被阻斷可導致DA能神經(jīng)元的死亡（Nikoli? et al，2013）。

IGF-1也是運動介導神經(jīng)保護功能的重要NFs。運動誘導外周血液中的IGF-1表達增多，是其發(fā)揮神經(jīng)保護功能的重要方式之一。Cetinkaya等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，規(guī)律的有氧運動可增加海馬和血液中IGF-1的表達水平。運動還可增加腦對循環(huán)血液中的IGF-1攝取，預防腦的損傷，保護腦功能和改善認知（Maass et al.，2016）。IGF-1還可誘導神經(jīng)元的增殖。Trejo等（2001）研究證明，運動可促進外周血中的IGF-1表達和腦對外周血中IGF-1的攝取，誘導成年大鼠海馬新生神經(jīng)元的增殖。利用IGF-1抑制劑阻斷IGF-1的表達，發(fā)現(xiàn)運動對海馬神經(jīng)元的增殖促進作用被抑制。俞嘉玲等（2014）研究也證實，15天的短期自主運動可增強海馬齒狀回BDNF和IGF1的表達，促進成年小鼠海馬的神經(jīng)發(fā)生。這說明IGF-1在運動介導新神經(jīng)元的發(fā)生和預防、緩解神經(jīng)損傷、促進損傷神經(jīng)組織修復的過程中發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

1.4 血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）

機體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)依賴各級血管對氧和營養(yǎng)的轉運，而大腦是對氧和營養(yǎng)物質(zhì)需求極其旺盛的器官，氧或營養(yǎng)的缺乏可嚴重影響腦的高級功能發(fā)揮。促進腦的氧與營養(yǎng)供應可改善腦功能。運動可促進神經(jīng)微血管的可塑性變化，其過程是通過促進腦內(nèi)新生血管的形成和改善腦的血液循環(huán)來實現(xiàn)的，與運動對神經(jīng)微血管發(fā)生相關因素的調(diào)節(jié)有關。VEGF是血管營養(yǎng)相關的生物因子，其功能是促進血管發(fā)生和受損血管的修復，在血流供應不足的區(qū)域恢復氧氣供應（Yang et al.，2010；Zelzer et al.，2004）。VEGF家族成員由 VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D及胎盤生長因子（placental growth factor，PlGF）等構成（Ferrara et al.，1989）。其中，VEGF-A/B在對抗神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮重要作用（Zechariah et al.，2013）。VEGF的異常表達及其功能障礙與炎癥過程、PD和AD等神經(jīng)退行性疾病有關（Yasuda et al.，2007）。VEGF參與了DA能神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的增殖與存活過程。研究發(fā)現(xiàn)，VEGF-A/B在PD大鼠中腦黑質(zhì)DA能神經(jīng)元中呈過表達狀態(tài)（Falk et al.，2009）。VEGF家族成員可結合并激活3種不同類型的酪氨酸激酶受體，形成VEGF與酪氨酸激酶二聚體。細胞質(zhì)中的酪氨酸激酶受體可進行自身磷酸化，觸發(fā)MAPK、Akt和磷脂酶C（phospholipase C，PLC）等一系列的信號級聯(lián)反應，促進血管新生和神經(jīng)保護作用發(fā)揮（Huang et al.，2017）。

運動引起的機體氧耗增大，導致供氧不足及氧的利用能力下降，造成運動性缺氧，是誘導組織中VEGF表達增加的直接誘因（梁麗娟等，2005）。研究發(fā)現(xiàn)（Ding et al.，2006；Swain et al.，2003），運動可通過促進VEGF表達調(diào)控神經(jīng)血管的生成和預防神經(jīng)血管損傷，還可誘發(fā)腦部缺氧，促進VEGF的表達增加，繼發(fā)性誘導衰老動物腦內(nèi)新神經(jīng)元的增殖，調(diào)控神經(jīng)發(fā)生（李靜等，2018）。Al-Jarrah等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，有氧耐力運動可促進紋狀體VEGF的表達，增加紋狀體微血管密度，提高紋狀體神經(jīng)元的存活率。這表明，運動干預可通過誘發(fā)VEGF表達升高，刺激腦血管生成增加，改善腦組織氧和營養(yǎng)的供應環(huán)境，促進神經(jīng)元的增殖或存活，介導神經(jīng)保護，促進損傷神經(jīng)組織的修復。4種NFs在運動介導神經(jīng)保護中的可能機制如圖1所示。

圖1 NFs在運動介導神經(jīng)保護中的可能機制Figure 1.Possible Mechanism of NFs in Exercise Mediating Neuroprotection

2 運動介導NFs干預PD的實驗研究

隨著生物醫(yī)藥技術的進步，PD的干預和治療模式發(fā)生了重大變化，出現(xiàn)了諸如免疫療法、基因療法、干細胞療法、腦深部電刺激和磁共振療法以及運動療法等新型干預模式。其中，運動療法以費用經(jīng)濟、效應持久等優(yōu)點，受到學界的廣泛認可。在PD的運動干預中，NFs發(fā)揮了重要的神經(jīng)保護作用。大量動物實驗和人體試驗均表明，運動干預可促進NFs的表達，維護DA能神經(jīng)元的功能，改善PD。

2.1 運動介導NFs干預PD的動物實驗

在PD的生物學機制研究中，動物實驗發(fā)揮了極其重要的作用，選擇合適的PD動物模型是研究得以深入的前提。常見的PD動物造模方式有兩種：一是通過天然存在或人工合成的神經(jīng)毒素造模；二是通過誘導PD相關基因的突變造模。前一種是近年來實驗研究中較普遍采用的模式，其共同機制是通過神經(jīng)毒素誘導DA能神經(jīng)元的死亡（東惟玲 等，2014）。Zhou等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元內(nèi)氨基酸受體的過度激活，會導致神經(jīng)元的興奮性毒性機制參與介導PD的神經(jīng)元死亡，尤其是谷氨酸受體引起的神經(jīng)毒性。常用的PD造模神經(jīng)毒素，如1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氫吡啶注射（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）（Faherty et al.，2005；Gerecke et al.，2010）、6-羥多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）（Hsueh et al.，2018；Speck et al.，2018）、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）（Kim et al.，2013；Wu et al.，2011）和魚藤酮（rotenone）（Falk et al.，2009）等，均可導致嚙齒類動物產(chǎn)生PD樣病理特征，它們是當前PD動物實驗研究中常用的模型誘導劑。

運動干預可緩解神經(jīng)毒素誘導的PD模型鼠腦SNpc中DA缺失的癥狀。在PD大/小鼠的運動干預方案中，常采用自主跑輪運動和被動跑臺運動兩種模式（Ke et al.，2011），其中，跑臺運動是采用較多的干預模式。研究發(fā)現(xiàn)，跑臺運動和跑輪運動均可改善PD大/小鼠的病理癥狀，緩解DA能神經(jīng)元的損傷，其機制與運動誘導的NFs表達增多有關（表1）。

綜合表1中研究結果發(fā)現(xiàn)，短期（3～4周）、中期（6～8周）和長期（3 m～18周）的跑臺運動、抗阻運動或自主運動等不同模式運動干預，均可促進PD模型鼠腦內(nèi)的NFs表達，調(diào)控PD病理相關分子的水平，改善PD模型鼠的軀體運動能力。但不同模式運動對PD模型鼠的干預效應不存在明顯差異，均可對PD病理發(fā)揮調(diào)控作用。

表1 運動干預PD動物模型的實驗研究Table 1 Experimental Research of Exercise Intervention on PD Animal Models

2.2 運動介導NFs干預PD的人體試驗

在運動干預PD的研究中，動物實驗在探索疾病的生物學機制方面有其獨特價值，是臨床研究的重要依據(jù)。隨著研究的深入，PD的人體試驗逐漸開展起來。NFs在運動干預PD的人體研究中也發(fā)揮了重要作用。其中，BDNF是研究最多的NFs。研究發(fā)現(xiàn)，運動干預可通過促進PD患者血液中的BDNF表達，增強BDNF分子相關信號通路的靶向作用，改善PD患者的運動功能，促進PD病癥的好轉，為PD的早期預防提供重要參考。

在運動能力障礙PD的人體運動干預試驗中，干預手段除經(jīng)典的自行車運動（Marusiak et al.，2015；Zoladz et al.，2014）之外，新型干預模式如運動康復訓練（motor rehabilitation training，MRT）（Angelucci et al.，2016）、強化運動康復治療（intensive rehabilitation treatment，IRT）（Frazzitta et al.，2014）及其改進模式綜合強化運動康復治療（multidisciplinary intensive rehabilitation treatment，MIRT）（Fontanesi et al.，2016）是研究者常選且干預效果較好的模式，對改善PD患者的運動功能和緩解病癥具有較好的借鑒價值。

測試量表是檢測PD患者運動干預效果較直觀的參考手段。常用的PD檢測量表有PD統(tǒng)一評分量表（unified Parkinson’s disease rating scale，UPDRS）、貝格平衡量表（Berg balance scale，BBS）、PD殘疾量表（Parkinson’s disease disability scale，PDDS）、蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessment，MOCA）、簡易智力狀態(tài)檢查量表（montgomery-asberg depression rating scale，MADRS）、PD患者睡眠狀況評定量表（scale for outcomes in Parkinson’s disease-sleep，SCOPA-Sleep）、PD患者生活質(zhì)量問卷（Parkinson’s disease questionnaire-39，PDQ-39）和步態(tài)調(diào)查問卷（freezing of gait questionnaire，F(xiàn)OGQ）等，以及PD相關運動能力測試，如6 min步行測試（6-minute walk test，6-MWT）和計時測試（time up and go test，TUG）等。研究發(fā)現(xiàn)，運動干預可通過促進BDNF的水平，改善PD患者相關量表和運動測試能力（表2）。

表2 運動干預PD的人體試驗研究Table 2 Experimental Research of Exercise on Human PD

綜合表2中的PD人體試驗研究結果發(fā)現(xiàn)，8周和12周的自行車蹬車運動與4周的新型運動康復干預均可促進PD患者血液中的BDNF水平，改善其相關量表的測試分值，增強身體運動與生活自理能力。

3 NFs在運動介導PD病理中的可能機制

綜合運動干預PD的動物實驗和人體試驗發(fā)現(xiàn)，運動干預可促進PD運動功能康復和病癥改善，是預防和緩解PD的有效手段。NFs是參與中腦黑質(zhì)—紋狀體通路中DA能神經(jīng)元存活和功能恢復的關鍵因子（Petzinger et al.，2007；Tajiri et al.，2010；Yoon et al.，2007），在運動干預誘導PD實驗動物和PD患者運動行為能力改善過程中發(fā)揮了重要作用。運動干預可增加NFs的表達，促進DA能神經(jīng)元的存活及相關信號分子的變化（Fredriksson et al.，2011；Gerecke et al.，2012；Griesbach et al.，2009；Wu et al.，2007，2011）。然而，運動干預介導NFs調(diào)節(jié)DA能神經(jīng)元改善PD的機制尚不明晰。

3.1 運動可介導NFs調(diào)控TH干預PD

酪氨酸羥化酶（tyrosine hydroxylase，TH）集中表達于中腦、間腦、黑質(zhì)及下丘腦等區(qū)域的兒茶酚胺能神經(jīng)元和交感神經(jīng)節(jié)及其支配的去甲腎上腺素能神經(jīng)元，是介導與PD病理相關分子——DA合成過程中的重要限速酶。TH通過作用于酪氨酸，使其轉化為L-二羥基苯丙氨酸，后者又通過L-氨基酸脫羧酶芳族酶轉化為DA（Shulman et al.，2011）。TH活性的增加，可促進DA能神經(jīng)元的存活（Qi et al.，2014）。在PD中，TH可誘導產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS），并易受ROS的攻擊而失去活性。Sharma等（2016）通過大鼠黑質(zhì)注射LPS誘導PD模型的研究發(fā)現(xiàn)，PD模型大鼠腦內(nèi)總ROS量增加，進而導致TH的表達下降和DA的水平降低。因此，TH可能是調(diào)節(jié)神經(jīng)功能正常的重要分子，其表達和功能的異常，是誘導神經(jīng)退行性病變和導致PD的重要原因，也是PD干預與治療的關鍵分子靶點之一。

運動可介導NFs調(diào)控TH的表達與活性，促進DA能神經(jīng)元的發(fā)生和存活，調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性，改善PD病理。研究發(fā)現(xiàn)（Hsueh et al.，2018；Lau et al.，2011；Real et al.，2013；Speck et al.，2018；Tajiri et al.，2010；Tuon et al.，2012；Wu et al.，2011），運動干預可通過促進 BDNF 和GDNF的表達，逆轉6-OHDA或MPTP誘導的PD動物模型黑質(zhì)紋狀體中的TH失活，促進PD動物腦內(nèi)的DA能神經(jīng)元存活與功能恢復。這表明，運動可通過誘導PD腦內(nèi)的NFs表達增加，促使TH活化，緩解DA能神經(jīng)元的缺失或功能障礙。其機制可能與CREB有關。BDNF可結合并激活其受體酪氨酸激酶B（tyrosine kinase B，TrkB），進而觸發(fā)BDNF下游的信號分子CREB。BDNF對TrkB受體的活化，是TH基因轉錄的調(diào)控因子之一（Fukuchi et al.，2010）。中樞TH的表達和活性受Ca2+、cAMP、糖皮質(zhì)激素等多因子調(diào)節(jié)，其中，cAMP可通過CREB的磷酸化激活TH基因啟動子來調(diào)節(jié)TH的表達（Nagatsu，2007）。在運動調(diào)節(jié)PD神經(jīng)可塑性的機制中，CREB可直接參與調(diào)節(jié)TH的基因表達（Fukuchi et al.，2010）。因CREB是BDNF信號下游的重要分子，故其可介導BDNF與TH之間的信號傳導。

3.2 運動可介導NFs調(diào)控NMDAR干預PD

DA能系統(tǒng)功能降低會進一步引起皮層-紋狀體谷氨酸（glutamate，Glu）能通路的過度激活，Glu釋放增加，誘發(fā)興奮性神經(jīng)毒性作用，進而導致DA/Glu失衡和基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的功能紊亂（Schapira et al.，2014）。Glu是廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)之一，需要通過與其相應受體結合發(fā)揮功能。NMDAR是Glu的關鍵受體之一，是突觸信息傳遞和突觸可塑性變化的重要調(diào)節(jié)型受體（張凌韜 等，2018）。Davies等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，PD發(fā)病時，神經(jīng)元Glu釋放增多，導致NMDAR的異常激活，促使神經(jīng)元Ca2+內(nèi)流增加，引起Ca2+超載，神經(jīng)元損傷，即Glu的興奮性毒性作用。Ferguson等（2014）實驗證實，MPTP誘導的PD小鼠紋狀體神經(jīng)元外Glu濃度顯著升高，NMDAR呈過度激活狀態(tài)。

研究表明，BDNF可促進NMDAR的正?；罨?，緩解Glu通路的異常，降低Glu引起的興奮性神經(jīng)毒性。Black（1999）研究發(fā)現(xiàn)，BDNF可通過促進NMDAR的通道開放，進而增強突觸后NMDA亞單位的磷酸化水平，激活NMDAR。孫彩霞等（2011）進一步證實，BDNF可通過增強突觸后膜NMDAR的磷酸化，促進NMDAR的激活。運動可通過調(diào)節(jié)NFs的表達，促進NMDAR的正常生理性激活，抵抗Glu神經(jīng)毒性，緩解Glu引起的PD病理。婁淑杰等（2007）實驗發(fā)現(xiàn)，運動可增強實驗大鼠腦內(nèi)BDNF的表達，進而促進NMDAR的水平。運動還可通過NMDAR信號通路激活CREB，調(diào)節(jié)海馬和紋狀體的神經(jīng)活動（Vaynman et al.，2003）。這說明，運動不僅能夠直接調(diào)節(jié)NMDAR的水平，還可通過BDNF間接調(diào)控NMDAR的水平，以緩解Glu神經(jīng)毒性，降低PD的風險。其原因可能與運動引起腦血流量增加，從而引起血—腦之間的BDNF和NMDAR穿梭效率提高有關（Vaynman et al.，2006）。

3.3 運動可介導NFs調(diào)控突觸素干預PD

突觸（synapse）是神經(jīng)信息傳導通路中神經(jīng)元間信息傳遞的重要結構。突觸傳遞效率隨神經(jīng)活動而變化的能力，即突觸可塑性（synaptic plasticity），是神經(jīng)系統(tǒng)結構和功能完整性的重要形式，參與腦認知功能的維持與發(fā)展。突觸功能的異常和突觸可塑性的損害，與PD和AD等神經(jīng)退行性疾病密切相關（Kessels et al.，2009）。突觸素（synapsin，Syn）是突觸可塑性的重要分子標志，在神經(jīng)信息處理中發(fā)揮重要作用。NFs特別是BDNF對Syn和突觸可塑性的調(diào)節(jié)具有重要意義，可誘導軸突結構和功能變化（Cohen-Cory et al.，2010）。BDNF可以通過上調(diào)Syn的表達而改善突觸可塑性（Gourley et al.，2013）。其中，SynI在NFs介導的突觸可塑性中起關鍵作用。

運動可促進NFs增多，進而調(diào)節(jié)Syn的水平、介導突觸結構和功能的可塑性，改善PD。運動干預可上調(diào)海馬BDNF的表達，介導Syn增加，進而增強海馬神經(jīng)元的突觸可塑性（Ferreira et al.，2011）。Vaynman等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，在自主運動介導BDNF和SynI表達的實驗中，通過TrkB-IgG模擬BDNF受體TrkB來選擇性阻斷BDNF的功能，則SynI的表達被抑制。這說明BDNF在運動調(diào)控SynI的表達中發(fā)揮關鍵作用。同時，IGF-1也可通過調(diào)節(jié)SynI的活性介導突觸可塑性。Ploughman等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，自主運動可促進腦缺血大鼠海馬和皮層BDNF、IGF-1 與 Syn I的 表 達 。 IGF-1 可通過激活 CaMKII和MAPK信號通路，調(diào)節(jié)SynI的釋放，改善突觸功能（Ogundele et al.，2018）。由此可知，運動可通過促進腦內(nèi)NFs介導Syn的水平，改進突觸功能和突觸可塑性。但目前缺少直接證據(jù)證明運動干預可通過調(diào)節(jié)NFs介導突觸可塑性改善PD，未來的研究可將Syn作為運動干預NFs介導PD機制的分子靶點，以明晰Syn在運動干預PD過程中的確切機理。

3.4 運動可介導NFs調(diào)控α-突觸核蛋白干預PD

α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）是一種與Syn結構不同、功能相反的PD致病性蛋白分子，集中表達于神經(jīng)突觸前，可調(diào)節(jié)神經(jīng)元DA的釋放。其所產(chǎn)生的神經(jīng)毒性是導致DA能神經(jīng)元死亡的誘因之一。α-Syn表達增多，可損傷培養(yǎng)中的原代神經(jīng)元的軸突生長和分支（Koch et al.，2015），誘導人胚胎神經(jīng)祖細胞的分化異常，導致神經(jīng)元分化減少，神經(jīng)膠質(zhì)細胞分化增多（Zasso et al.，2018），影響正常神經(jīng)功能。此外，α-Syn聚集可激活小膠質(zhì)細胞，誘導神經(jīng)炎癥反應，促使DA能神經(jīng)元死亡（Ransohoff，2016），誘導PD。神經(jīng)炎癥又可反向促使α-Syn錯誤折疊（Gao et al.，2008），加劇其神經(jīng)毒性效應。α-Syn可抑制NFs的表達，誘導神經(jīng)元的退行性病變。研究表明，α-Syn的過表達可導致BDNF的表達下調(diào)（Yuan et al.，2010）。α-Syn可通過阻斷BDNF/TrkB信號通路，誘導DA能神經(jīng)元的死亡（Kang et al.，2017）。運動干預則可通過促進BDNF的表達進而下調(diào)α-Syn，抑制PD。Tuon等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，8周跑臺運動可促進PD小鼠紋狀體中的BDNF表達，抑制α-Syn的表達，改善PD病理癥狀。Zhou等（2017）研究亦發(fā)現(xiàn)，3個月自主運動亦可促進PD轉基因小鼠腦內(nèi)BDNF的表達，進而抑制α-Syn的異常表達，改善PD小鼠的認知和運動能力。這說明，運動干預可通過提高BDNF的表達，下調(diào)α-Syn的表達，緩解PD病癥。

3.5 運動可介導NFs降低氧化應激干預PD

神經(jīng)系統(tǒng)是氧需求量大和對缺氧非常敏感的組織，也是易受氧化應激損傷的組織。氧化應激可誘導神經(jīng)元的損傷甚至死亡。周紅等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，PD的發(fā)病與DA能神經(jīng)元的氧化損傷及其抗氧化功能降低有關。NFs具有重要的神經(jīng)保護功能，尤其是BDNF對各種神經(jīng)損傷及神經(jīng)退行性疾病均有神經(jīng)保護作用（Nagahara et al.，2009）。腦的氧化損傷與BDNF表達密切相關。BDNF可通過增強超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性，提高腦的抗氧化能力（Kapczinski et al.，2008）。提高BDNF水平，也可促進PD患者腦的抗氧化能力（宋彬彬等，2016）。運動干預可通過BDNF信號通路上調(diào)實驗大鼠杏仁核BDNF表達，促進杏仁核抗氧化酶SOD和過氧化氫酶（catalase，CAT）的活性，降低杏仁核的氧化應激，增強對腦的保護作用（崔建梅等，2016）。此外，IGF-1也具有較強的抗氧化損傷功能。Kokoszko等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，對體外培養(yǎng)的細胞環(huán)境中加入IGF-1，可增強培養(yǎng)細胞抵抗氧化損傷的能力。運動也可通過促進IGF-1的表達，抑制ROS的產(chǎn)生，增進機體的抗氧化能力（Xiao et al.，2013）。Tuon等（2012）的動物實驗發(fā)現(xiàn)，運動干預可通過促進BDNF的表達，增強PD小鼠腦內(nèi)抗氧化酶SOD和CAT的表達，緩解神經(jīng)元的氧化損傷。運動還可通過促進PD小鼠紋狀體和血液中的GDNF表達，抑制ROS，緩解模型小鼠PD樣癥狀（姜寧等，2012）。

3.6 運動可介導NFs緩解線粒體功能障礙干預PD

線粒體是機體重要的有氧代謝場所和主要的能量產(chǎn)生中心，也是氧化反應中ROS生成較多的部位，易受氧化應激損傷。神經(jīng)細胞是對缺氧或有氧代謝供能障礙最敏感的組織，神經(jīng)元線粒體的氧化應激水平對神經(jīng)元的存活或功能發(fā)揮至關重要。神經(jīng)元有氧代謝中ROS的產(chǎn)生增多，是神經(jīng)元線粒體功能障礙的重要誘因，可導致線粒體的能量合成障礙，進而導致神經(jīng)元異常凋亡，在PD神經(jīng)退化病變中發(fā)揮重要誘導作用（Schapira et al.，2014）。此外，Pukass等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，DA能神經(jīng)元中α-Syn聚集增多，可降低線粒體呼吸鏈復合體I的活性，并誘導ROS增多，導致DA能神經(jīng)元的死亡。運動可通過介導NFs的表達，發(fā)揮對神經(jīng)元線粒體的保護功能。Peeri等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，運動可促進BDNF的表達增加，增強線粒體的生物合成，并通過促進線粒體的自噬水平加快清除受損線粒體。運動還可通過BDNF增強線粒體的抗氧化酶（崔建梅等，2016），如SOD和CAT等的表達或活性提高，進而促進對ROS的降解。同時，運動可通過BDNF抑制α-Syn的表達（Tuon et al.，2012），降低對線粒體的損害，緩解線粒體功能障礙（圖2）。

3.7 運動可介導NFs緩解神經(jīng)炎癥干預PD

PD病理過程中，DA能神經(jīng)元丟失，神經(jīng)膠質(zhì)細胞激活，釋放出細胞因子、趨化因子和ROS，促使神經(jīng)元產(chǎn)生炎癥反應（Qin et al.，2013）。腦內(nèi)反應性膠質(zhì)細胞長期激活是PD的病理特征之一，其可加劇神經(jīng)元的受損程度（Qian et al.，2010）。PD患者腦部尸檢顯示，神經(jīng)膠質(zhì)細胞顯著激活，白介素（interleukin，IL），如 IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6 以 及腫瘤壞死 因 子- α（tumor necrosis factor α，TNF-α）和血管細胞黏附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）等炎性細胞因子表達水平顯著上調(diào)（Reynolds et al.，2008）。運動干預可通過促進NFs的表達，抵抗神經(jīng)炎癥，緩解PD。運動可誘導PD患者血漿BDNF水平的顯著增加，VCAM和TNF-α水平的顯著降低（Zoladz et al.，2014）。 運 動 還 可 通 過 增 加 NFs（BDNF、GDNF、IGF-1等）和DA的表達，抑制神經(jīng)炎癥反應，促進神經(jīng)可塑性，延緩PD的發(fā)病進程（Monteiro-Junior et al.，2015）。綜合3.1～3.7，運動干預NFs調(diào)控PD的可能機制如圖2所示。

圖2 NFs在運動調(diào)控PD病理中的可能機制Figure 2.Possible Mechanism of NFs in Exercise Regulating PD

4 不同運動模式介導NFs干預PD的差異分析

運動干預促進神經(jīng)營養(yǎng)狀況的變化對改善PD的病癥具有積極作用，但如何確定最適宜的運動量，優(yōu)化運動干預效果，尚未形成定論。跑臺運動是學界公認的PD干預手段。大量動物實驗發(fā)現(xiàn)，跑臺運動可促進NFs的表達，改善實驗動物的運動與行為能力。運動干預后，相關NFs，如 BDNF（Fredriksson et al.，2011；Lau et al.，2011；Real et al.，2013；Tajiri et al.，2010；Tuon et al.，2012；Wu et al.，2011）和 GDNF（Faherty et al.，2005；Lau et al.，2011；Speck et al.，2018；Tajiri et al.，2010；Wu et al.，2011）均得到顯著性上調(diào)。但NFs在運動介導神經(jīng)保護中的作用也遭到部分研究質(zhì)疑，這主要與運動強度有關。Schaaf等（2000）研究顯示，隨著運動強度的增大，機體皮質(zhì)酮的釋放會增加，而皮質(zhì)酮是BNDF的抑制因子，其可能減弱運動干預的益處。另有研究發(fā)現(xiàn)，自主運動較被動運動強度低，對皮質(zhì)酮的釋放影響相對較小（Marlatt et al.，2012；Yanagita et al.，2007）。這說明，自主運動在維持BDNF的表達中效果更佳。陳帥等（2016）通過研究大腦動脈缺血灌注造腦缺血梗死模型大鼠，分別在造模1天、3天和5天后以15 m/min的強度進行跑臺訓練，發(fā)現(xiàn)腦梗死3天和5天后的運動均促進大鼠海馬BDNF蛋白表達的顯著提高，兩組間無顯著性差異。但在腦梗死1天后立即進行跑臺運動，BDNF表達水平則未見明顯增加，說明在腦梗死造模后不同時間段進行運動干預的效果具有差異性。研究還發(fā)現(xiàn)，以中等強度（15 m/min）進行訓練，可顯著提高海馬BDNF蛋白水平，而在低強度（10 m/min）或高強度（20 m/min）運動訓練后，海馬BDNF表達并未顯著增加。這表明，BDNF對運動強度反應的敏感性較高，過低或過高強度的運動均不能有效促進BDNF表達，僅中強度訓練才能有效增加BDNF的表達。

運動時間也是影響干預效果的重要因素。Wu等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，對LPS造模的PD小鼠進行1周、2周和4周的跑臺運動干預，結果顯示，4周的運動干預有效抑制了紋狀體中BDNF和GDNF的表達，1周和2周的運動不如4周的運動效果顯著。Gerecke等（2010）發(fā)現(xiàn)，通過BDNF基因缺失小鼠和野生型小鼠同時注射MPTP造模PD小鼠的實驗證實，僅野生型小鼠表現(xiàn)出對MPTP毒性的神經(jīng)保護作用，BDNF基因缺失的小鼠缺乏抵抗MPTP神經(jīng)毒性的能力，同時研究分別觀察了30天、60天和90天的自主運動干預對注射MPTP的神經(jīng)保護情況，發(fā)現(xiàn)30天的自主運動沒有顯著的神經(jīng)保護作用。與30天運動相比，60天的自主運動使DA能神經(jīng)元的損失降低了16%，而90天的自主運動使DA能神經(jīng)元僅損失了9%。這表明，長期運動對DA能神經(jīng)元的保護作用更好，對緩解PD病癥的效果更顯著。

對PD患者人體試驗的運動干預主要包括經(jīng)典的自行車蹬車運動干預模式和IRT、MRT或MIRT等改進的新型運動康復型干預模式。Zoladz等（2014）和Marusiak等（2015）研究了為期8周的蹬車實驗，Sajatovic等（2017）研究了為期12周的蹬車實驗，均發(fā)現(xiàn)中長期的自行車蹬車運動增加了PD患者血液中的BDNF水平，改善了PD患者的量表測試水平和運動功能。Frazzitta等（2014）采用IRT干預模式、Angelucci等（2016）采用MRT干預模式和Fontanesi等（2016）采用MIRT干預模式的研究均發(fā)現(xiàn)，4周的短期新型運動康復干預模式也促進了PD患者血液中的BDNF表達和PD相關量表的測試能力，同樣改善了PD患者的運動能力。由此可知，中長期的自行車蹬車運動和短期的新型運動康復干預模式，均可通過促進PD患者血液中的NFs（主要為BDNF）表達，改善PD患者的軀體運動功能，緩解PD相關病理癥狀。但相關研究尚不深入，還缺乏運動調(diào)控其他NFs介導PD病理的研究。

5 結論與展望

PD作為一種常見的神經(jīng)退行性疾病，患者表現(xiàn)出中腦黑質(zhì)DA能神經(jīng)元進行性丟失以及多種NFs的表達不足或功能缺失。NFs是PD病理干預中的重要靶點，BDNF和GDNF是NFs家族中研究最多的成員，與DA合成和DA能神經(jīng)元的功能維持關系密切。IGF-1和VEGF也是NFs家族的重要成員，分別參與神經(jīng)元突觸發(fā)生和腦血管增生等過程。運動能通過調(diào)節(jié)NFs的表達促進DA能神經(jīng)元的存活，緩解和改善PD病癥。本文綜述了BDNF、GDNF、IGF-1和VEGF等幾種與PD密切相關的NFs及其在運動調(diào)控PD中的可能機制（圖3）。運動可調(diào)節(jié)NFs的表達，作用于神經(jīng)元，并通過相關的分子信號轉導，改善腦的神經(jīng)可塑性，促進神經(jīng)血管增生，增強神經(jīng)元的增殖與存活，緩解氧化應激損傷、線粒體功能障礙和神經(jīng)炎癥，從而實現(xiàn)對PD的調(diào)控。

圖3 運動介導NFs調(diào)控PD的可能機制Figure 3.Possible Mechanism of Exercise Mediated NFs in Regulating PD

在運動介導NFs干預PD的研究中尚存在一定的不足之處：1）生物醫(yī)學領域的研究已深入PD致病信號通路的探析，而運動干預PD的分子機制還缺乏對相關致病信號通路的深入研究。運動科學應加強與生物醫(yī)學的學科交叉和融合，發(fā)揮不同學科優(yōu)勢，協(xié)同促進對PD病理的多維干預。2）PD病理機制復雜，除了中腦黑質(zhì)和紋狀體通路外，還應關注其他神經(jīng)組織，以便更全面地了解運動對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)保護作用。3）DA能神經(jīng)元是PD腦內(nèi)的主要受損單位，但神經(jīng)膠質(zhì)細胞可能也參與了PD的神經(jīng)退化過程，但目前運動介導神經(jīng)膠質(zhì)細胞調(diào)控PD的研究仍未見報道。4）在PD的動物實驗研究中，尚不清楚何種運動模式（自主運動或被動運動）與運動強度可對NFs的表達產(chǎn)生更適宜刺激，其他形式運動干預（抗阻運動或水中運動）的實驗研究還相對缺乏。因此，應深入探究不同運動模式的差異，綜合考慮，設計出更加優(yōu)化的運動方案，尤其是精確調(diào)控運動強度，以避免運動強度失當影響干預效果。