不同腦區(qū)中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子與酒精相互作用研究進(jìn)展

張洪艷 高青 王琦玉 關(guān)艷中

WHO 在2018年發(fā)布的全球酒精與健康狀況報告中指出，2016年約300 萬人死于飲酒，占全球所有死亡人數(shù)的5.3%，飲酒已成為社會最重要的健康問題之一[1]。慢性飲酒會影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，使突觸結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生顯著變化。早期發(fā)育過程中酒精可能導(dǎo)致長期的行為和神經(jīng)認(rèn)知變化[2]，成年期過量飲酒也會導(dǎo)致慢性復(fù)發(fā)性腦疾病，并被醫(yī)學(xué)診斷為酒精使用障礙(AUD)[3]，其特征是強(qiáng)迫性飲酒、對酒精攝入失去控制，以及伴隨戒斷和長期戒斷而出現(xiàn)的消極狀態(tài)[3，4]。

生長因子對中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞的生長、增殖和分化起著至關(guān)重要的作用，它們在中樞神經(jīng)、免疫以及內(nèi)分泌系統(tǒng)神經(jīng)適應(yīng)方面的影響已被大量研究[5，6]。在不同的生長因子家族中，神經(jīng)營養(yǎng)因子家族被廣泛關(guān)注，尤其在阿爾茨海默病、亨廷頓病等神經(jīng)精神疾病[5～7]及酒精依賴患者[8]中的作用。神經(jīng)營養(yǎng)因子是一類多肽和小蛋白，在發(fā)育和成熟的大腦中發(fā)揮多種適應(yīng)功能，特別是在神經(jīng)元的生長、存活、分化、突觸可塑性、長期記憶以及行為鞏固等方面起重要作用[9]，神經(jīng)營養(yǎng)因子家族包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、神經(jīng)營養(yǎng)素3（NT-3）、神經(jīng)營養(yǎng)素4（NT-4）和神經(jīng)生長因子（NGF），并在海馬、杏仁核和大腦皮質(zhì)中高度表達(dá)[8]。BDNF 在體內(nèi)主要對神經(jīng)的發(fā)育分化起促進(jìn)和維持作用，增加突觸可塑性并且影響長時程增強(qiáng)（Long-termptentiati，LTP）[10]，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中與酪氨酸激酶B 受體（TrkB）結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)區(qū)域引起TrkB 自身磷酸化作用增強(qiáng)，導(dǎo)致絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和磷脂酶C-γ(PLC-γ)信號通路的激活，從而完成轉(zhuǎn)錄和翻譯機(jī)制[11]。臨床前和臨床研究表明BDNF與飲酒、依賴和復(fù)發(fā)有關(guān)[12]，在人類中BDNF 基因(Val66Met)的多態(tài)性在功能上具有重要意義，編碼Val66 的等位基因顯示復(fù)發(fā)風(fēng)險更高[13]，而66Met變體與更早發(fā)病和更嚴(yán)重的酒精依賴有關(guān)[14]。

1 BDNF 在海馬與酒精間的相互作用

BDNF-TrkB 通路對于長期學(xué)習(xí)和記憶所需的突觸可塑性的形成過程至關(guān)重要[15]，在發(fā)展和維持受損記憶的恢復(fù)和酒精引起的海馬功能改變上，BDNF-TrkB 系統(tǒng)可能是一個重要的保護(hù)性和敏感性因素。成年雄性大鼠長期暴露在酒精蒸氣環(huán)境4周以上，降低了大鼠海馬(CA1 區(qū)和齒狀回)BDNF mRNA 的表達(dá),同時發(fā)現(xiàn)BDNF 受體TrkB 的 mRNA表達(dá)出現(xiàn)了整體上調(diào)。在酒精戒斷12h 后，海馬齒狀回、CA3 區(qū)BDNF mRNA 表達(dá)明顯升高，表明慢性酒精攝入可能通過改變生長因子及其受體而改變海馬的神經(jīng)元功能[16]。調(diào)查AUD 患者血漿BDNF濃度時，與對照組相比AUD 患者的BDNF 濃度明顯降低，同時在動物實驗中發(fā)現(xiàn)接觸酒精的大鼠血漿BDNF 和NT-3 水平也降低，海馬BDNF 水平也降低，與神經(jīng)源性調(diào)節(jié)因子MAPK、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)失活有關(guān)，提示BDNF/ERK2 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在酒精性認(rèn)知損害中起重要作用，并提示早期酒精暴露對認(rèn)知功能的影響與神經(jīng)營養(yǎng)因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺陷有關(guān)[17]。Xu 等[18]在慢性酒精中毒和戒斷型犬的海馬區(qū)檢測了BDNF、TrkB 和p75 神經(jīng)營養(yǎng)素受體(p75NTR)的表達(dá),與對照組相比，酒精組BDNF 和TrkB 在齒狀回（DG）顆粒細(xì)胞層和CA1、CA3 和CA4 區(qū)域錐體細(xì)胞層的細(xì)胞數(shù)量明顯減少，而p75NTR 的細(xì)胞數(shù)量卻顯著增加。Stragier 等[19]建立的小鼠自由選擇飲酒模式測試海馬區(qū)BDNF 的表達(dá)，與飲水小鼠比，飲酒組海馬區(qū)BDNF 濃度顯著高于飲水組，對海馬BDNF 基因不同外顯子的影響分析表明，酒精上調(diào)了外顯子Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅸ，下調(diào)外顯子Ⅷ的表達(dá)，對外顯子Ⅰ和Ⅳ的表達(dá)無影響，這些表達(dá)變化與BDNF 啟動子PⅥ的H3 乙?；蚉Ⅱ、PⅢ的H3 三甲基化的富集有關(guān)。Fernandes 等[20]研究發(fā)現(xiàn)雌性大鼠從青春期到成年期間反復(fù)暴飲酒精會導(dǎo)致焦慮和海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，引發(fā)了海馬BDNF 水平降低以及相對應(yīng)的識別記憶缺陷，但這種記憶損傷是暫時的，在酒精戒斷后的14d 可恢復(fù)。Somkuwar 等[21]在關(guān)于慢性間歇性酒精蒸氣(CIE)暴露的依賴大鼠和空氣暴露的非依賴大鼠酒精戒斷對海馬祖細(xì)胞增殖和存活的研究中發(fā)現(xiàn)，CIE 大鼠在戒斷后3h 和21d 分別測定海馬BDNF 和TrkB 的表達(dá)，以評估增殖破裂和新生祖細(xì)胞存活前的神經(jīng)營養(yǎng)信號，與非依賴大鼠和對照組相比，CIE 大鼠戒斷后3h 海馬的BDNF 水平增加，而CIE 戒斷21d 海馬的BDNF 表達(dá)水平降低，進(jìn)而減少了海馬區(qū)的神經(jīng)發(fā)生，表明酒精依賴者增加飲酒可能通過改變海馬新生祖細(xì)胞的組成而改變海馬功能。

2 BDNF 在杏仁核與酒精間的相互作用

研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，異常的BDNF 信號可能導(dǎo)致焦慮和酒精中毒[22],而杏仁核腦結(jié)構(gòu)已被證明是恐懼和焦慮的神經(jīng)解剖底物[23]，并與飲酒導(dǎo)致的消極情緒有關(guān)[24]。Pandey 等[25]研究杏仁核BDNF 系統(tǒng)在焦慮和飲酒行為分子機(jī)制中的作用，以雄性大鼠中杏仁核(CeA)、內(nèi)側(cè)杏仁核(MeA)或基底外側(cè)杏仁核(BLA)為靶點，采用反義寡脫氧核苷酸(ODN)方法控制BDNF 表達(dá)，發(fā)現(xiàn)降低CeA 和MeA 中的BDNF水平，而不是BLA 中的BDNF 水平，是調(diào)節(jié)大鼠飲酒和焦慮樣行為的關(guān)鍵。與上述研究結(jié)果相似，與非嗜酒大鼠相比，嗜酒大鼠的CeA 和MeA 中BDNF的mRNA 和蛋白水平降低，而BLA 中沒有降低，這可能與嗜酒大鼠過度飲酒有關(guān)[26]。Pandey 等[27]研究發(fā)現(xiàn)急性酒精暴露增加了CeA 和MeA 中BDNF和 受 體TrkB 的 表 達(dá)，增 加 了ERK1/2、Elk-1 和cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)的磷酸化，并增加了樹突棘密度(DSD)；而慢性酒精暴露后會減少BDNF 和TrkB 的表達(dá)，將BDNF 注入到CeA 中，可防止酒精戒斷后引起的焦慮樣行為。在慢性酒精暴露戒斷24h，CeA 和MeA 中BDNF 表達(dá)下降，給予組蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制劑TSA 治療后恢復(fù)正常，通過TSA 治療糾正組蛋白乙?；娜毕菀部梢愿纳葡掠瓮挥|可塑性相關(guān)的缺陷，如BDNF表達(dá)以及CeA 和MeA 中的DSD 表達(dá)，還可以減輕慢性酒精暴露戒斷后大鼠的焦慮樣行為[28]。在BDNF 表觀遺傳上，Sakharkar 等[29]研究發(fā)現(xiàn)青春期間歇性酒精暴露(AIE)增加了成年期杏仁核神經(jīng)肽Y(NPY)和BDNF 外顯子Ⅳ的DNA 甲基化，成年期使用 DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）抑制劑 5-氮胞苷（5-azaC）治療可使AIE 誘導(dǎo)的NPY 和BDNF 外顯子Ⅳ的DNA 高甲基化正常，同時逆轉(zhuǎn)AIE 誘導(dǎo)的焦慮樣行為和飲酒行為。

3 BDNF 在內(nèi)側(cè)前額葉皮層與酒精間的相互作用

前額葉皮層（PFC）功能低下導(dǎo)致強(qiáng)迫和過度的藥物攝入[30]，更具體地說，內(nèi)側(cè)前額葉皮層（mPFC）被證明在從適度飲酒到過量飲酒的過程中發(fā)揮重要作用[31]。Darcq 等[32]用小鼠建立了適度和過量飲酒模型，發(fā)現(xiàn)過量飲酒會降低mPFC 中BDNF mRNA 水平，并增加miRNAs 水平，適度飲酒不會改變mPFC 中BDNF 或miRNAs 的水平，mPFC 中BDNF mRNA 水平的大幅降低與miRNAs 中的miR-30a-5p 表達(dá)增加有關(guān)，通過鎖定靶向miR-30a-5p的核酸序列來抑制mPFC 中的miR-30a-5p，可以恢復(fù)BDNF 水平并減少過量飲酒。有研究在反復(fù)循環(huán)的慢性間歇性酒精暴露(CIE)建立酒精依賴模型，結(jié)果表明，CIE 處理顯著增加了小鼠酒精的攝入量，并伴隨著mPFC 中BDNF 蛋白表達(dá)的顯著下降，至少持續(xù)72h，并且雙側(cè)向mPFC 注入BDNF 可顯著降低酒精依賴小鼠的酒精攝入量[29]。Tapocik等[33]建立的大鼠酒精依賴模型中，miR-206 選擇性地在mPFC 中而不是在腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA)、杏仁核或伏隔核中過表達(dá)，mPFC 中miR-206 過表達(dá)抑制了BDNF 的表達(dá)并增加飲酒行為[33]。上面提到的Somkuwar 等[21]的研究中，酒精戒斷早期（3h）海馬區(qū)BDNF 表達(dá)增加只是暫時的，沒有持續(xù)到戒斷后的21d，但在mPFC 中，BDNF 和TrkB 的表達(dá)在戒斷早期（3h）要高于對照組，而長期戒斷（21d）反而降低了BDNF 的表達(dá)水平。

4 BDNF 在紋狀體與酒精間的相互作用

嚙齒類動物模型的研究表明，適度飲酒會增加皮質(zhì)紋狀體中的BDNF 水平，通過激活MAPK 途徑來抑制酒精攝入量，當(dāng)內(nèi)源性皮質(zhì)紋狀體BDNF 通路發(fā)生失調(diào)時，酒精攝入量會升高[34]。急性注射酒精和自愿攝入酒精均會導(dǎo)致背側(cè)紋狀體（Dorsal striatum）中BDNF 表達(dá)的增加，BDNF 雜合子基因敲除小鼠表現(xiàn)出對酒精的高度敏化及位置偏愛，降低BDNF 水平會導(dǎo)致小鼠飲酒行為增加，提高BDNF 可以減弱其飲酒行為，而BDNF 作用主要由支架蛋白RACK1 介導(dǎo)的[4]。Jeanblanc 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在自行調(diào)控10%酒精的大鼠模型中后，BDNF 在背外側(cè)紋狀體（DLS）的表達(dá)比在背內(nèi)側(cè)紋狀體（DMS）的表達(dá)增加更多。在DLS 中使用病毒介導(dǎo)的siRNA 下調(diào)內(nèi)源性BDNF，顯著增加了酒精的自行調(diào)控，而在DMS 中沒有這種作用。重要的是，DLS 內(nèi)BDNF 對酒精抑制作用的發(fā)生是在注射藥物3h 后，提示這可能是下游信號轉(zhuǎn)錄或翻譯機(jī)制一個重要的時間點，表明BDNF 對酒精的抑制作用在DLS 中更具特異性。而BDNF 在DLS 中減弱酒精行為是激活了MAPK 通路，抑制ERK1/2 通路，PLCγ 或PI3K 抑制劑在阻止BDNF 誘導(dǎo)的飲酒行為減少方面沒有類似的作用。Logrip 等[35]證明了酒精誘導(dǎo)的紋狀體BDNF 的增加是由BDNF受體TrkB 介導(dǎo)的ERK1/2 信號的激活，也證明了一次酒精攝入會增加背側(cè)紋狀體中BDNF mRNA 的表達(dá)，但在攝入酒精6 周后，這種改變未再被觀察到，酒精引起B(yǎng)DNF 水平的變化在酒精戒斷兩周后也沒有改善[36]。提示激活TrkB/ERK1/2 信號通路使BDNF 對飲酒控制是有必要的，DLS 中的BDNF通過TrkB 介導(dǎo)的ERK1/2 信號的激活，導(dǎo)致下游效應(yīng)因子和多巴胺受體D3 的增加，從而抑制酒精攝 入[34]。BDNF 是miR124a 的直接靶點，Bahi 等[37]評估了攝取酒精后大鼠背側(cè)紋狀體中miR124a 的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)飲酒后miR124a 在DLS 中表達(dá)下調(diào)，通過使用慢病毒載體（LV）基因轉(zhuǎn)移技術(shù)在DLS 中立體定向注射LV-miR124a 可以提高酒精誘導(dǎo)的條件位置偏愛（CPP）以及在自由選擇雙瓶飲酒模式中的飲酒行為，說明紋狀體miR124a 和BDNF 信號在飲酒和酒精誘導(dǎo)獎賞中起著至關(guān)重要的作用。p75 神經(jīng)營養(yǎng)因子受體（p75NTR）是BDNF 的另外一個受體，但親和力較低，Darcq 等[38]發(fā)現(xiàn)在間歇性飲用20%酒精雙瓶自由選擇模式中，p75NTR 的活性增加是特定于DLS 中而不是DMS 中，并與TrkB 受體的活性相反，在DLS 中敲除p75NTR 基因，以及在DLS 內(nèi)注射或全身給予p75NTR 調(diào)制器LM11A-31可顯著減少飲酒量，表明p75NTR 信號調(diào)節(jié)因子可以開發(fā)作為治療酒精濫用的藥物。

5 小結(jié)

臨床前和臨床研究表明，酒精成癮的主要神經(jīng)基質(zhì)至少包括4 個相互依賴和相互重疊的回路:①獎賞，由伏隔核、腹側(cè)白球和下丘腦調(diào)節(jié)；②動機(jī)和或動力，由眶額皮質(zhì)調(diào)節(jié)；③記憶和學(xué)習(xí)，由杏仁核和海馬調(diào)節(jié)；④認(rèn)知控制，由前額葉皮層和扣帶皮層調(diào)節(jié)。酒精或酒精相關(guān)線索暴露后激活的嚙齒類動物大腦區(qū)域的識別和人類神經(jīng)影像學(xué)研究，可以確定參與酒精依賴和酒精戒斷患者的線索誘導(dǎo)的酒精渴望的不同發(fā)展階段特定的神經(jīng)生物學(xué)底物。酒精依賴的長期治療可能需要作用于不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(獎賞系統(tǒng)、記憶網(wǎng)絡(luò)、前額葉皮層)的藥物。中腦邊緣多巴胺系統(tǒng)起源于靠近黑質(zhì)的腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA)，可以投射到紋狀體、杏仁核和海馬等腦區(qū)，在藥物（包括酒精）強(qiáng)化中起主要作用，最有可能參與成癮[7]。BDNF 已成為發(fā)育、可塑性和成癮的調(diào)節(jié)因子，神經(jīng)營養(yǎng)活性的降低可能與成人腦內(nèi)酒精誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性變和酒精相關(guān)神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)，這導(dǎo)致BDNF 表達(dá)減少或在酒精誘導(dǎo)下受體不能發(fā)生細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[39]。7，8-二羥基黃酮 （7，8-DHF）是從植物中提取的一種天然黃酮衍生物，作為高選擇性的TrkB 受體激動劑小分子，它能完整的穿透血腦屏障，激活TrkB 受體相關(guān)的CREB/BDNF 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[40]。研究發(fā)現(xiàn)，將BDNF 灌注到VTA 區(qū)，會增強(qiáng)可卡因戒斷后的尋求行為[41]； 而BDNF 在對抗慢性嗎啡反應(yīng)中與可卡因的作用相反，在VTA 區(qū)抑制BDNF 表達(dá)強(qiáng)化了嗎啡對多巴胺(DA)神經(jīng)元的興奮性增加[42]。有研究發(fā)現(xiàn)，將7，8-DHF 注入VTA 中，可減弱飲酒大鼠的酒精相關(guān)行為[43]。更好地了解酒精影響的神經(jīng)回路及其在酒精成癮發(fā)展過程中的適應(yīng)性，將為開發(fā)合適的治療方法提供新的靶點。