《Cell Calcium》：BDNF Prevents Amyloid-β-Induced Exacerbation of mGluR5-Driven Ca2+ Transients in Astrocytes Through TrkB-Tc Activation
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本研究聚焦阿尔茨海默病中β-淀粉样蛋白（Aβ）诱导星形胶质细胞钙信号紊乱的机制。研究人员发现脑源性神经营养因子（BDNF）通过激活截短型TrkB-Tc受体，可抑制Aβ引起的代谢型谷氨酸受体5（mGluR5）表达上调和钙瞬变振幅异常增强，揭示了BDNF在胶质细胞中的保护性调控新机制。该成果为理解神经退行性疾病中神经元-胶质细胞互作提供了重要理论依据。
在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的大脑中，β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）的异常沉积不仅是标志性病理特征，更会引发一系列连锁反应，最终导致神经元死亡和认知功能衰退。传统研究多聚焦于Aβ对神经元的直接毒性作用，然而，大脑中数量远超神经元的星形胶质细胞（astrocytes）在AD病理进程中的角色日益受到关注。这些星形胶质细胞是中枢神经系统的“管家”，负责维持离子平衡、清除神经递质、提供营养支持等。当星形胶质细胞功能失调时，会严重加剧神经元的损伤。
特别值得注意的是，星形胶质细胞内的钙离子（Ca2+）信号是其行使功能的核心。在AD模型中，Aβ能够导致星形胶质细胞内的钙信号异常增强，这种“钙信号紊乱”被认为会破坏正常的神经胶质通讯，例如引发过量的谷氨酸释放，从而损害神经元。其中，代谢型谷氨酸受体5（metabotropic glutamate receptor 5, mGluR5）被证实是Aβ作用的一个关键靶点，Aβ能使其表达水平升高，进而放大由该受体激活引发的钙瞬变（Ca2+transients）。另一方面，脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）是维持神经元存活、分化与可塑性的关键分子，但其在星形胶质细胞中的作用，尤其是在AD背景下如何影响钙信号，却鲜为人知。这主要是因为在星形胶质细胞中，BDNF主要作用于一种截短型的受体——TrkB-Tc，而非神经元中常见的全长受体TrkB-FL。那么，BDNF在AD的病理环境中，对星形胶质细胞的钙信号究竟是“雪中送炭”还是“雪上加霜”？它又如何与Aβ相互作用？解答这些问题，对于全面理解AD的发病机制和开发新的治疗策略至关重要。
为了回答上述问题，里斯本大学医学院的研究团队在《Cell Calcium》上发表了一项研究。他们通过一系列精巧的实验发现，BDNF本身虽然也会增强星形胶质细胞mGluR5介导的钙瞬变，但更重要的是，它能阻止Aβ引起的mGluR5表达上调和随之而来的钙信号过度增强。这种保护作用正是通过激活星形胶质细胞上的TrkB-Tc受体实现的。这一发现揭示了BDNF在胶质细胞中此前未被重视的积极作用，为AD的治疗提供了新的视角。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下几项关键技术：首先，他们建立了大鼠皮质星形胶质细胞的原代培养体系，作为研究细胞模型。其次，采用基于Fura-2AM染料的钙成像技术，精确监测了由mGluR5激动剂DHPG（(S)-3,5-Dihydroxyphenylglycine）刺激引发的细胞内钙瞬变。第三，利用蛋白质免疫印迹（Western Blot）技术检测了mGluR5和TrkB-Tc等关键蛋白的表达水平变化。第四，通过RNA干扰（RNAi）技术，使用特异性小干扰RNA（siRNA）敲低TrkB-Tc受体的表达，以验证其功能。最后，通过检测αII-谱蛋白（αII-spectrin）及其降解产物来评估细胞活性，确保观察到的现象非细胞死亡所致。
3.1. 星形胶质细胞经Aβ孵育后钙信号和mGluR5表达增强
研究人员首先证实，与对照组相比，用Aβ25-35（10 μM）处理星形胶质细胞48小时或72小时后，由mGluR5激动剂DHPG引发的钙瞬变振幅显著增大。同时，这些经过Aβ处理的细胞，其静息状态下的基础钙水平也明显升高，并且在连续刺激过程中，基础钙水平呈现渐进性增加。动力学分析显示，Aβ处理还加快了钙瞬变的上升时间，表明钙离子从细胞内库中释放的速度更快。Western Blot结果进一步表明，Aβ处理48小时和72小时后，星形胶质细胞中mGluR5的蛋白表达水平显著增加了约32%-35%。这些数据共同说明，Aβ通过上调mGluR5的表达，加剧了星形胶质细胞的钙信号反应。
3.2. BDNF对钙信号的影响及其与Aβ的相互作用
接下来，研究团队探究了BDNF的作用。发现单独用BDNF（20 ng/mL）处理星形胶质细胞48小时，同样能显著增强mGluR5介导的钙瞬变振幅，其程度与Aβ处理相似。有趣的是，当BDNF和Aβ同时存在时，钙瞬变的振幅并未出现叠加效应，其增强程度与单独使用任一种处理时无显著差异。在基础钙水平方面，BDNF处理也导致了与Aβ处理类似的升高。
3.3. BDNF对星形胶质细胞mGluR5水平的影响
为什么BDNF和Aβ同时处理没有产生叠加效应？对mGluR5蛋白水平的检测揭示了关键原因：虽然BDNF本身并不改变mGluR5的表达量，但它能够完全阻止Aβ所诱导的mGluR5表达上调。这表明BDNF通过某种机制抵消了Aβ在受体表达层面的负面影响。
3.4. BDNF通过激活TrkB-Tc增大钙瞬变振幅
那么，BDNF自身增强钙信号的作用是通过哪种受体实现的呢？研究表明，BDNF和/或Aβ处理并未改变星形胶质细胞主要表达的TrkB-Tc受体水平。为了验证功能，研究人员使用特异性siRNA敲低了TrkB-Tc的表达。结果显示，在TrkB-Tc被有效敲低的细胞中，BDNF增强钙瞬变的作用完全消失了，而在使用乱序对照siRNA（scrambled siRNA）或模拟转染（mock transfection）的对照组中，BDNF的作用依然存在。这确凿地证明，BDNF对星形胶质细胞钙信号的调节作用依赖于TrkB-Tc受体的激活。
3.5. BDNF和Aβ对星形胶质细胞活力的影响
为了排除所观察到的钙信号变化是由于细胞毒性引起的，研究人员检测了细胞凋亡和坏死的标志物——αII-谱蛋白及其酶切产物。在所有实验条件下，均未检测到凋亡相关或坏死相关的蛋白降解片段，表明在所用的处理时间和浓度下，Aβ和BDNF均未对星形胶质细胞活力产生明显影响，所观察到的现象是功能性的改变而非细胞死亡。
本研究的主要结论在于阐明了BDNF在星形胶质细胞中一种新的作用机制。BDNF通过激活其截短型受体TrkB-Tc，能够增强由mGluR5激活引发的钙信号。更重要的是，在AD病理背景下，BDNF展现出一种保护性角色：它能够阻止Aβ所导致的mGluR5表达上调和随之而来的钙信号过度兴奋。尽管BDNF单独作用也会增强钙信号，但当它与Aβ共存时，并未产生加剧效应，反而通过稳定mGluR5的表达水平，避免了钙信号的进一步失控。
这一发现具有多重重要意义。首先，它突破了以往主要关注BDNF在神经元中保护作用的局限，揭示了BDNF在神经胶质细胞，特别是星形胶质细胞中的重要调控功能，深化了对神经营养因子功能多样性的认识。其次，研究结果为了解AD等神经退行性疾病中复杂的神经元-胶质细胞相互作用提供了新的视角。在AD早期，Aβ可能首先扰乱星形胶质细胞的钙稳态，而内源性或外源性的BDNF则可能通过此处揭示的机制，起到稳定胶质细胞功能、延缓病理进程的作用。这为开发以胶质细胞为靶点、旨在恢复其正常功能的AD治疗策略提供了潜在的新靶点（TrkB-Tc受体）和理论依据。最后，研究强调了在神经科学研究中，全面考虑不同细胞类型及其相互作用的重要性，对未来相关领域的研究方向具有启发意义。
