Определение , локализация и значение BDNF
BDNF - член семейства факторов роста нервов, экспрессируется в центральной и периферической нервной системе и широко распространен в субрегионах гиппокампа и лобной коры, областях мозга, которые имеют решающее значение для регуляции эмоций, обучения и памяти. BDNF-содержащие секреторные везикулы присутствуют как в окончаниях аксонов, так и в дендритах нейронов. BDNF также синтезируется и высвобождается астроцитами . BDNF играет важную роль в развитии центральной нервной системы, нейрогенезе, выживании нейронов, миграции, дифференцировке клеток, росте аксонов и дендритов и формировании синапсов, а также в синаптических процессах долговременной потенциации (LTP) гиппокампа, играющих важную роль в процессах , связанных с памятью. Он также обеспечивает защиту от нарушений обучения и памяти в условиях хронического стресса.
Уровни BDNF связаны с различными заболеваниями, такими как депрессия , шизофрения , болезнь Альцгеймера и анорексия. Некоторые доступные неинвазивные варианты оценки BDNF включают измерение концентрации BDNF в цельной крови, сыворотке, плазме и тромбоцитах. Результаты BDNF в одном образце нельзя напрямую обобщить на другие периферические параметры BDNF, поскольку между этими периферическими измерениями существуют лишь скромные статистически значимые ассоциации. Исследования показали, что корреляция между концентрациями BDNF в плазме и сыворотке находится в диапазоне от r = 0,2 до r = 0,70 . Различное биологическое значение уровней BDNF в сыворотке и плазме уже отмечалось.
Сыворотка человека содержит BDNF в гораздо более высоких концентрациях, чем плазма человека. Из-за хранения BDNF в тромбоцитах концентрации BDNF в сыворотке и плазме различаются в 200 раз . Существуют некоторые смешанные факторы, касающиеся уровней BDNF в сыворотке. Сывороточный BDNF показал сильную связь с расой, количеством тромбоцитов и депрессией после поправки на другие факторы. У женщин, чернокожих, курильщиков и людей с высоким уровнем тромбоцитов уровень BDNF в сыворотке был выше . Количество тромбоцитов считается фактором с наиболее сильной связью с концентрацией BDNF в сыворотке , и эта сильная связь согласуется с теорией, согласно которой BDNF в сыворотке происходит непосредственно из тромбоцитов . Концентрации BDNF в сыворотке в значительной степени отражают зависимое от активации высвобождение BDNF из тромбоцитов . Индивидуальные различия в концентрации BDNF в сыворотке опосредованы изменениями активности тромбоцитов, вызванными лекарствами или патологическими состояниями
Будучи вовлеченным в патогенез нейродегенеративных заболеваний, BDNF стал основным подходом в разработке лекарств для лечения болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, болезни Хантингтона, синдрома Ретта, инсульта, черепно-мозговой травмы, депрессии, шизофрении, амниотического бокового склероза и рассеянного склероза. Решающим ограничением использования BDNF при лечении заболеваний центральной нервной системы (ЦНС) является его неспособность преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Фактически, многочисленные недавние обзоры описывают современные достижения в различных подходах, направленных на преодоление ГЭБ, включая модуляцию плотных соединений или транспортных систем или использование коллоидных наносистем для доставки лекарств
Предшественики BDNF
Ген BDNF кодирует белок-предшественник (preproBDNF), который в эндоплазматическом ретикулуме расщепляется до меньшего предшественника с молекулярной массой 35 кДа, proBDNF. ProBDNF необходимо правильно свернуть, отсортировать и транспортировать в соответствующий субклеточный компартмент. ProBDNF перемещается через аппарат Гольджи в сеть транс-Гольджи, где генерируются два типа секреторных везикул: везикулы конститутивного секреторного пути и везикулы регулируемого пути, секреция которых зависит от активности. Затем ProBDNF может быть далее расщеплен на зрелый BDNF (mBDNF). В нейронах как proBDNF, так и mBDNF преимущественно сортируются и упаковываются в везикулы секреторным путем, зависящим от активности. Считается, что секреция, зависящая от активности, является важной особенностью, поскольку она может отражать природу реакции нервной системы и формировать синаптические модуляции на основе опыта, а также может быть клеточным проявлением памяти и обучения. BDNF также может действовать через аутокринные и паракринные механизмы, в зависимости от расположения рецепторов клеточной поверхности, через которые он передает сигналы.
ProBDNF либо протеолитически расщепляется внутриклеточными ферментами, такими как фурин или проконвертазы, и секретируется в виде mBDNF 14 кДа, либо секретируется в виде proBDNF, а затем расщепляется внеклеточными протеазами . Степень внутриклеточного и внеклеточного процессинга proBDNF точно не ясна, но proBDNF менее эффективно процессируется внутриклеточными протеазами по сравнению с другими нейротрофинами, и секреция proBDNF, по-видимому, превалирует над секрецией mBDNF. Становится важным идентифицировать специфические внеклеточные протеазы, которые расщепляют пронейротрофины, и понять их регуляцию. Было показано, что несколько матриксных металлопротеиназ (ММР), включая ММР3 и ММР7, расщепляют профактор роста нервов и proBDNF. Однако наиболее значимой протеазой, расщепляющей пронейротрофины, является сериновая протеаза плазмин , которая обычно экспрессируется в виде неактивного плазминогена, который должен быть активирован путем протеолитического расщепления тканевым активатором плазминогена (tPA). В головном мозге плазминоген экспрессируется исключительно в нейронах и присутствует во внеклеточном пространстве, особенно в синаптической щели. tPA секретируется окончаниями аксонов во внеклеточное пространство, и эта секреция зависит от высокочастотной активности нейронов . Следовательно, возможно, что tPA является ключевым триггером для каскада tPA-плазмин-пронейротрофин. Регуляция экспрессии или активации MMP и плазмина может регулировать передачу сигналов нейротрофинов пространственно и временно контролируемым образом. В одной работе было высказано предположение, что proBDNF (35 кДа) и tPA секретируются в зависимости от активности, а внеклеточное превращение proBDNF в mBDNF с помощью системы tPA/протеазы плазмина имеет решающее значение для поздней фазы LTP.
proBDNF
ProBDNF не является неактивным предшественником, и было показано, что его эффекты в центральной нервной системе не зависят от зрелого BDNF, поскольку он действует на отдельный рецептор. После высвобождения proBDNF предпочтительно связывается с пан-нейротрофиновым рецептором p75 (p75NTR), а mBDNF предпочтительно связывается как с пре-, так и с постсинаптическими киназными рецепторами, связанными с тропомиозином (TrkB), активируя различные внутриклеточные каскады вторичных мессенджеров и влияя на различные клеточные ответы. Связывание BDNF с TrkB приводит к внутриклеточному фосфорилированию и активации внутриклеточных сигнальных каскадов, которые запускают так называемые пути выживания, инактивируют проапоптотическую передачу сигналов и способствуют нейрогенезу . ProBDNF связывается с p75NTR, что приводит к апоптозу и инициирует длительную депрессию синаптической передачи, вызывая снижение сложности и плотности дендритных шипиков в нейронах гиппокампа. Протеолитическое расщепление proBDNF представляет собой важный механизм, посредством которого могут регулироваться противоположные клеточные действия proBDNF и mBDNF .
BDNF в тромбоцитах и в плазме
Тромбоциты являются основным источником периферического BDNF , и они важны для хранения BDNF, который секретируется из других тканей. BDNF и TrkB мРНК экспрессируются в нескольких ненейрональных тканях, включая мышцы, тимус, сердце, печень, гладкомышечные клетки сосудов, легкие и селезенку . BDNF также вырабатывается в моноцитах, лимфоцитах и эозинофилах. Последние клетки продуцируют BDNF через аутокринную систему и используют его для вызова и продления аллергической реакции . Было показано, что BDNF играет ключевую роль в росте, выживании и химиорезистентности опухолевых клеток при различных типах рака, включая лимфому Ходжкина, миелому, гепатоцеллюлярную карциному и нейробластому. BDNF также обеспечивает выживание и активацию эндотелиальных клеток посредством взаимодействия с TrkB , указывая на его потенциальную роль в ангиогенезе. Многие ненейрональные клетки, такие как гладкомышечные клетки, фибробласты и астроциты, могут не экспрессировать молекулярные компоненты регулируемого секреторного пути и, следовательно, конститутивно секретировать только нейротрофины.
Тромбоциты представляют собой маленькие безъядерные клетки крови размером примерно 3 мкм, происходящие из мегакариоцитов (МК) в костном мозге, откуда они высвобождаются в систему крови. Они циркулируют в среднем от 7 до 10 дней. Тромбоциты содержат множество структур, которые имеют решающее значение для остановки кровотечения. Они содержат белки на своей поверхности, которые позволяют им прикрепляться к разрывам стенки кровеносного сосуда и друг к другу. Они обладают несколькими важными органеллами: тремя типами секреторных гранул тромбоцитов (α-гранулы — самые распространенные, плотные гранулы и лизосомы), открытой канальцевой системой и белками, подобными мышечным белкам, которые позволяют им менять форму, когда они становятся липкими. Содержание органелл тромбоцитов в основном поглощается из плазмы; однако тромбоциты также способны синтезировать молекулы, такие как тромбоцитарный фактор роста (PDGF), тромбоцитарный фактор 4 (PF4), β-тромбоглобулин (β-TG) и тромбоспондин. Образование тромбоцитарного тромба включает три основных этапа: адгезию тромбоцитов к поврежденному эндотелию, активацию и агрегацию. Активация тромбоцитов включает генерацию внутриклеточных химических сигналов, которые инициируются тромбоцитами через специфические поверхностные рецепторы (тромбоциты экспрессируют определенные поверхностные маркеры, такие как активная форма гликопротеинового рецептора GPIIb/IIIa, Р-селектин и лиганд CD40). Эти сигналы вызывают резкие морфологические изменения, такие как удлинение псевдоподий, агрегация тромбоцитов и секреция гранул.
Девяносто или более процентов BDNF крови хранится в тромбоцитах . Тесная связь была обнаружена между BDNF и тромбоцитами в физиологических условиях, когда тромбоциты являются важным источником хранения BDNF. Кроме того, существует примерно 100–200-кратная разница между уровнями BDNF в плазме и сыворотке, поскольку тромбоциты высвобождают BDNF в процессе свертывания . Было элегантно продемонстрировано, что количество BDNF в сыворотке почти идентично количеству BDNF, обнаруженному в промытых лизатах тромбоцитов. Таким образом, разница между уровнями BDNF в сыворотке и плазме, по-видимому, отражает количество BDNF, хранящегося в циркулирующих тромбоцитах, а BDNF в тромбоцитах может служить резервуаром для циркулирующего BDNF. BDNF в тромбоцитах может играть роль во время травмы ткани или повреждения нерва, высвобождая свое содержимое в кровоток в месте повреждения. В первых исследованиях BDNF не экспрессировался и не продуцировался клетками-предшественниками мегакариоцитов зрелых тромбоцитов, в которых синтез белка обычно отсутствует, а был секвестрирован из кровотока. Недавно одно исследование показало, что BDNF присутствует в цитоплазме тромбоцитов и в α-гранулах, что позволяет предположить, что BDNF либо вырабатывается в тромбоцитах, либо передается от МК . Второе исследование показало, что линия мегакариоцитов-предшественников (MEG-01) продуцирует BDNF при стимуляции тромбопоэтином, который также экспрессируется в костном мозге из печени и почек, а уровни BDNF в клетках MEG-01 со временем увеличиваются. Это был первый отчет о продукции BDNF в клеточной линии мегакариоцитов, который привел к гипотезе о том, что BDNF потенцирует пролиферацию клеток линии мегакариоцитов in vivo . Вероятно, на поверхности клеток MEG-01 имеется рецептор для BDNF, но рецептор TrkB не был обнаружен ни в клетках MEG-01, ни в тромбоцитах человека. Следовательно, в МК или тромбоцитах должен быть неидентифицированный новый рецептор.
Некоторые агонисты, такие как тромбин, коллаген, Ca 2+ и напряжение сдвига, могут вызывать быстрое высвобождение BDNF из тромбоцитов. Даже при стимуляции агонистами в тромбоцитах секретируется примерно половина BDNF, что свидетельствует о том, что тромбоциты поддерживают стабильный пул BDNF в качестве буферной системы. Однако другое исследование показало, что опосредованное тромбоцитами высвобождение BDNF у пациентов с депрессией не зависит от реактивности тромбоцитов. Было получено мало знаний о взаимосвязи между BDNF и тромбоцитами, и лишь в нескольких исследованиях оценивались такие вопросы, как механизм активации тромбоцитов, обеспечивающий высвобождение BDNF, и локализация BDNF в тромбоцитах. Скорость высвобождения BDNF соответствовала секреции 5-HT из плотных гранул и PF4 из α-гранул, хотя высвобождалась большая доля (90%) от общего количества 5-HT и PF4 по сравнению с BDNF. Поскольку только 40-60% общего содержания тромбоцитарного BDNF высвобождается при максимальной активации тромбоцитов, некоторые авторы предположили, что тромбоциты либо имеют невысвобождаемый пул BDNF, либо что высвобожденный BDNF секвестрируется путем связывания с транспортером или рецептором. на поверхности тромбоцитов. Такое связывание может способствовать интернализации BDNF тромбоцитами, как это было описано для 5-HT и рециркуляции BDNF астроцитами . Связывание BDNF с промытыми тромбоцитами было подтверждено микроскопией и FACS-анализом, а также конфокальной микроскопией, предполагая, что тромбоциты связывают экзогенный BDNF . Однако недавнее исследование обнаружило два разных места, где хранится BDNF: в α-гранулах и в цитоплазме. С помощью иммуноэлектронной микроскопии BDNF был четко обнаружен в тех же фракциях, что и Р-селектин, маркер α-гранул, и протеинкиназа С - цитоплазматический маркер.
BDNF преимущественно высвобождается из тромбоцитов посредством активации протеаз-активируемого рецептора 1 (PAR1) во время стимуляции тромбином вместе с фактором роста эндотелия сосудов, но не стимуляцией эндостатином. Тромбоциты, стимулированные концентрациями пептида-активатора PAR1, показали кривую доза-реакция высвобождения BDNF, демонстрирующую двухфазный характер. Первая фаза представляет собой фазу резкого высвобождения при низком уровне активации, которая полностью ингибируется предварительной обработкой простагландином (PGE1), что позволяет предположить, что эта фаза зависит от мобилизации кальция. Вторая фаза представляет собой фазу мягкого высвобождения при высоком уровне активации, на которую не влияет предварительная обработка PGE1, что указывает на другой сигнал, на который не влияет PGE1 . Кривая ответа BDNF была аналогична кривой ответа PF4. Не было существенной разницы в высвобождении BDNF между нестимулированными и стимулированными PAR4-AP клетками. Интересно, что активация PAR1 способствует высвобождению проангиогенных факторов , и эти результаты подтверждают действие BDNF как проангиогенного фактора. Другим важным открытием этого исследования является то, что BDNF в α-гранулах высвобождается при активации тромбоцитов, тогда как цитоплазматический BDNF не высвобождается . Максимальное высвобождение BDNF составляет примерно 30-40% при стимуляции, а оставшиеся 70% BDNF эквивалентны тому, что находится в цитоплазме, которая не высвобождается.
BDNF при депрессии
Данные многих исследований свидетельствуют о том, что нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) играет важную роль в патогенезе депрессии и может быть более полезным в качестве биомаркера для диагностических и прогностических целей, чем другие потенциальные биомаркеры. BDNF экспрессируется в нервной системе и в других тканях, причем, отношения между ними противоречивы. Другим фактором, который широко не изучался, является накопление и высвобождение BDNF из тромбоцитов. Кроме того, у пациентов с депрессией наблюдается повышенная реактивность тромбоцитов и повышенная экспрессия маркеров активации, что может влиять на характеристику BDNF при депрессии.
Добавить комментарий