血浆脑源性神经营养因子水平与社区老年人虚弱的关系

脑源性神经营养因子(BDNF)是大脑中最丰富的神经营养因子，调节神经元的生存、分化和突触可塑性¹。血浆BDNF的含量被认为部分反映了其在大脑中的分泌²尽管血小板、血管内皮细胞和平滑肌细胞以及活化的巨噬细胞和淋巴细胞等其他潜在来源也会影响其循环水平^3.，4。越来越多的证据表明，血液BDNF水平可以作为阿尔茨海默病诊断、预后和治疗监测的生物标志物⁵。血液BDNF水平与抑郁症的复发和严重程度有关⁶。此外，循环中的BDNF水平较低与中风的高风险有关，这一点已得到证实⁷中风后恢复不佳⁸。此外，低水平的血液BDNF伴随糖代谢受损⁹骨密度低¹⁰。

众所周知，定期锻炼可以降低患心脏代谢疾病、痴呆症和抑郁症的风险^11，12，13。最近的研究表明，BDNF可能是连接运动对血管和代谢的好处与保护神经退行性疾病的关键中介¹¹。事实上，人们对运动引起BDNF循环水平变化的来源和机制知之甚少¹⁴。BDNF被确定为骨骼肌中的一种收缩诱导蛋白，因为它已被证明是由骨骼肌在运动时产生的，并通过激活amp活化蛋白激酶(AMPK)来增强骨骼肌中的脂质氧化。¹⁵。然而，骨骼肌在运动过程中合成的BDNF以自分泌和旁分泌的方式作用于肌肉¹⁵。有趣的是，运动刺激合成纤维连接蛋白III型结构域蛋白5 (FNDC5)及其裂解的循环形式鸢尾素，这可能穿过血脑屏障并诱导BDNF的产生¹⁶。在肥胖动物中，BDNF模拟物的管理诱导线粒体生物发生，促进骨骼肌中的脂质氧化，并缓解代谢紊乱¹⁷。运动训练后，血清BDNF水平显著升高¹⁸。最近的人体研究证实了血液BDNF与骨骼肌功能的相关性。心力衰竭患者血清BDNF与骨骼肌力量呈正相关，而与肌肉质量不相关¹⁹。此外，在日本血液透析患者中，BDNF的下降与肌肉力量和身体表现的恶化有关^20.。

衰弱，在多个生理系统中储备和抵抗压力源下降的临床综合征，在老年人中很常见²¹。因此，虚弱与不良结果相关，包括流行的心血管疾病(CVD)和死亡率^22，23。Fried等人。²¹定义了一种虚弱的临床表型，其中存在以下五个标准中的三个或更多:无意的体重减轻，自我报告的疲惫，虚弱，缓慢和低体力活动。因此，老年人肌肉质量和功能的丧失会导致更容易虚弱。尽管血液BDNF可能在肌肉功能中发挥作用，但循环BDNF与虚弱之间的关系尚未完全阐明。对衰弱生物标记物的探索可能有助于早期识别有衰弱的老年人，并在干预期间更容易监测²⁴。因此，我们的目的是调查血浆BDNF水平是否与社区居住的韩国老年人的虚弱相关。我们还进行了敏感性分析，以排除患有bndf相关共病的个体，包括痴呆、抑郁症、中风、糖尿病、心血管疾病和骨质疏松症。

研究对象特征

本研究共纳入302名参与者，中位年龄75岁(IQR 73-79岁)。其中身体虚弱者30人(9.33%)。研究人群的基线特征见表1。体弱组年龄高于非体弱组。男性、当前吸烟者、经常饮酒者和低收入者的比例没有差异;BMI和血压;TC、FPG、HOMA-IR、hs-CRP、血红蛋白、肌酐;在糖尿病、高血压、血脂异常和肥胖的患病率上，介于体弱组和非体弱组之间。然而，与无体弱者相比，体弱者痴呆(40% vs. 14%， P < 0.001)和抑郁症(43.3% vs. 13.6%， P < 0.001)的比例更高。

患者血浆BDNF水平的变化

虚弱患者的血浆BDNF水平明显低于无虚弱患者(中位[IQR]: 4.94 [3.02, 7.91] vs. 7.54 [5.19, 11.60] ng/mL, P = 0.008)1,无花果。1）.按性别划分时，与对照组相比，体弱受试者血浆BDNF水平较低，但在女性中无统计学意义(图2)。1）.

血浆BDNF水平与虚弱之间的关系

接下来，我们进行了单变量和多变量logistic分析，以确定虚弱的存在与血浆BDNF浓度和代谢参数之间的关系2）.在单因素分析中，血浆BDNF的增加与虚弱风险降低相关(优势比[OR] 0.508, 95%可信区间[CI] 0.304-0.849，P= 0.01)。另一方面，年龄的增长和痴呆症或抑郁症的存在与虚弱的风险增加有关。在对混杂因素进行调整后，血浆BDNF与虚弱之间的相关性在多因素分析中仍然存在(OR 0.495, 95% CI 0.281-0.874，P= 0.015)。

已知循环BDNF水平的改变与代谢和神经精神疾病有关，包括痴呆、抑郁症、中风、糖尿病、心血管疾病和骨质疏松症^{6，7，8，10，25}。因此，通过排除这些共病的参与者进行敏感性分析(补充表)1)，结果一致。ROC分析用于评估BDNF预测衰弱的敏感性和特异性(图2)。2）.BDNF预测衰弱的最佳临界值≤4.79 ng/ml，敏感性50%，特异性80.5%(曲线下面积0.647,95% CI 0.590 ~ 0.701，P= 0.011)。

在目前的研究中，在社区居住的老年人中，血浆BDNF水平在患有虚弱的个体中显著低于那些没有虚弱的人。我们还发现，血浆BNDF与虚弱显著相关，无论是否存在痴呆症或抑郁症。有趣的是，血浆BDNF与虚弱之间的联系即使在排除痴呆、抑郁症和代谢障碍(包括中风、糖尿病、心血管疾病和骨质疏松症)的影响后仍然存在。

BDNF在中枢神经系统的发育和功能中起着至关重要的作用。众所周知，BDNF功能障碍参与了多种神经系统疾病和精神疾病的进展，如阿尔茨海默病、中风和抑郁症^{5，6，7，8}。BDNF与受体酪氨酸激酶TrkB相互作用，激活下游细胞内信号通路:主要是磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt和丝裂原激活蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)通路²⁶此外，BDNF是一种重要的炎症调节因子，并通过NF-κ b依赖通路增强大鼠皮质神经元中sestrin2的表达，具有抗氧化作用²⁷。越来越多的证据还表明，氧化应激在神经退行性疾病和精神疾病的病理生理学中导致BDNF功能障碍²⁸。BNDF通过调控某些转录因子的活性，促进神经元的分化、存活和再生。因此，BDNF在阿尔茨海默病、中风和抑郁症中的潜在治疗价值已被广泛研究²⁹。BDNF下调导致阿尔茨海默病中神经毒性淀粉样蛋白β诱导的氧化应激和功能障碍的神经元易感性¹¹。循环BDNF来源于中心源和外围源^3.，4，因为BDNF可以双向穿过血脑屏障^30.。关于血液BDNF作为痴呆症、抑郁症和中风的生物标志物的价值，已经进行了许多研究^{5，6，7，8}。与以往的研究一致，我们在这项全国性多中心研究中证实血浆BDNF与痴呆症和抑郁症的存在有关。

BDNF和TrkB信号在下丘脑中对摄食行为和能量稳态起作用^31，32。BDNF杂合小鼠在成年早期表现出进食行为或运动活动异常，并出现增生和肥胖³³。此外，BDNF对糖尿病患者的糖代谢和胰岛素敏感性有良好的影响db / db但BDNF的这些作用并不仅仅依赖于食物摄入量^34，35。在人类中，2型糖尿病患者的BDNF循环水平较低，血浆BDNF水平较低与胰岛素抵抗的严重程度相关⁹。在他们的研究中，在高血糖箝位条件下，脑BDNF输出被取消，导致血浆BDNF水平下降。另一项队列研究也表明，低水平的BDNF是糖尿病和肥胖的独立危险因素^25，36。另一方面，年龄大于65岁的糖尿病患者比非糖尿病患者更有可能有更高的衰弱患病率^37，38。在本研究中，即使排除了糖尿病患者，BDNF和虚弱之间的联系仍然存在。

此外，BDNF可能是连接运动对血管和代谢的好处与预防神经退行性疾病的关键中介¹¹。运动诱导BDNF循环水平增加的来源和机制尚不清楚¹⁴。BDNF是一种收缩诱导的肌细胞来源蛋白，可通过激活AMPK来增加骨骼肌的脂质氧化¹⁵。然而，在体育锻炼中，肌肉来源的BDNF以自分泌和旁分泌的方式作用于肌肉，不释放到循环中¹⁵。众所周知，血小板通过血液循环从其他来源吸收BDNF，储存它，并在创伤性肌肉损伤等刺激时释放它⁴。此外，运动能够增加大脑各区域的BDNF，以及循环BDNF水平¹⁸，部分是通过诱导FNDC5及其裂解和分泌形式鸢尾素¹⁶。因此，有人提出，循环BDNF水平反映了大脑在运动反应中分泌的BDNF³⁹。最近，有报道称，在心力衰竭患者中，较低的血液BDNF水平与骨骼肌力量和身体表现有关，但与肌肉质量无关¹⁹还有血液透析患者^20.。虽然老年人肌肉质量和功能的丧失可能是虚弱的前兆，但关于血浆BDNF浓度与虚弱之间关系的研究很少。在巴西老年妇女中，血浆BDNF浓度随着Fried weak Phenotype的测定而降低，并且通过锻炼，血浆BDNF水平恢复正常¹⁸。此外，血浆BDNF水平与根据日本版CHS标准在日本血液透析患者中定义的虚弱相关^20.。然而，这些研究基于少数受试者和特定群体，没有评估心脏代谢变量的影响以及相关慢性疾病的影响，如痴呆、抑郁症、中风、糖尿病、心血管疾病和骨质疏松症。在本研究中，我们观察到血浆BDNF水平在虚弱的参与者中显著降低。此外，即使在广泛调整了包括年龄和神经退行性疾病在内的混杂因素后，虚弱的存在与血浆BDNF水平显著相关。由于在ROC分析中血浆BDNF预测虚弱的敏感性较低，因此有必要将BDNF与其他几个虚弱危险因素一起使用，以提高敏感性和特异性，以提高BDNF作为虚弱筛查试验的有效性。循环BDNF水平已被证明随着年龄的增长而下降²⁴。在排除痴呆、抑郁症和胰岛素抵抗相关代谢疾病(与BDNF密切相关)后的敏感性分析中，保持了相关性。

我们的研究有一些局限性。由于横断面研究设计的内在局限性，我们无法确定血浆BDNF与虚弱之间是否存在因果关系。BDNF水平的下降伴随着肌肉力量和身体机能的丧失，这是由体力活动的减少和衰老引起的，因此，它被认为是导致虚弱的发展的原因。考虑到氧化应激和衰弱之间的联系以及氧化应激在BDNF功能障碍中的重要性^28，40， BDNF与氧化应激的相互作用可能有助于衰弱的发病机制。BDNF和TkrB信号通路在衰弱发展中发挥作用的潜在机制有待进一步研究。本研究的另一个局限性是，我们的研究仅限于韩国男性和女性。因此，我们的研究结果很难适用于不同的民族。尽管如此，本研究受益于使用KFACS队列数据库中具有全国代表性的多中心社区老年韩国成年人样本。此外，调整各种混杂因素后的多变量分析和广泛的敏感性分析显示了一致的结果，这可能支持本研究结果的稳健性。

我们在韩国社区老年人中观察到血浆BDNF水平与虚弱之间的关联。虚弱的参与者血浆BDNF水平明显低于没有虚弱的参与者。我们还发现血浆BNDF水平与虚弱之间存在显著相关性，即使在排除患有bdnf相关代谢和神经精神疾病(如痴呆、抑郁症、糖尿病、心血管疾病、中风和骨质疏松症)的参与者后也是如此。因此，我们的研究结果可能提示BDNF作为一种新的虚弱生物标志物的可能作用。

数据来源和研究人群

本研究使用韩国虚弱和老龄化队列研究(KFACS)的数据进行，该研究采用按年龄和性别分层的配额抽样方法，从全国10个不同的医疗中心招募70-84岁的社区居民成年人⁴¹。在2017年KFACS招募的1455名参与者中，共有717人根据以下排除标准被纳入:男性每周饮酒> 14杯和> 7每周饮料(n = 463)的女性,慢性肝脏疾病,包括病毒性肝炎和天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)水平大于两倍的正常水平的上限(n = 21),血肌酐水平> 1.5 mg / dL (n = 25),任何炎性疾病与白细胞计数> 10000 /μL (n = 16),任何一种癌症(n = 19),以及使用生物阻抗分析(BIA)而不是双能x射线吸收仪(DXA)测量的身体成分数据(n = 194)。在剩余的717名参与者中，随机选择317人进行血浆BDNF水平分析。最终的分析包括302名参与者，其中15名参与者在现场采访中缺少关于病史和生活方式因素和实验室测量的数据。

脆弱评估

脆弱是使用油炸脆弱表型定义的，也称为心血管健康研究(CHS)脆弱表型²¹有修改过的截断⁴¹，包括五个虚弱的组成部分:无意识的体重减轻(过去一年4.5公斤)，自我报告的疲惫，虚弱(握力)，缓慢的步行速度和低体力活动。上述五个组成部分的详细信息已在前面介绍过⁴¹。用数字手握力测定仪(Takei TKK 5401;Takei Scientific Instruments Co.， Tokyo, Japan)，并使用最高值进行分析。步速是使用自动计时器(Gaitspeedometer;动态生理学，大田，韩国)，加速和减速阶段为1.5米。使用国际体育活动问卷(IPAQ)确定体育活动水平(千卡/周)，并根据问卷中的剧烈、中度和轻度活动得出代谢当量分数。通过将上述五个组成部分的积极反应赋值为1来计算CHS脆弱总分(范围:0-5)。总分为3-5分的参与者被认为是虚弱的，总分为0-2分的参与者被认为是非虚弱的。

实验室测量

在每个中心禁食8小时后，大约上午8点采集血液样本，并运送到核心实验室(Seegene Inc.，首尔，韩国)。离心后，血浆样本储存在深冷冻室中，直到分析。血液化学测试包括空腹血糖(FPG)、总胆固醇(TC)、肌酐、血红蛋白和高敏c反应蛋白(hs-CRP)，除血浆胰岛素外，使用Cobas 8000 C702分析仪(Roche Diagnostics, Mannheim, Germany)进行。使用Cobas 8000 e602分析仪(Roche Diagnostics)分析血浆胰岛素，使用Tosoh HLC-723 G8分析仪(Tosoh Corporation, Tokyo, Japan)测量糖化血红蛋白水平。采用以下公式计算稳态模型评估-胰岛素抵抗(HOMA-IR):空腹血糖(mmol/L)乘以空腹血清胰岛素(mU/L)除以405⁴²。血浆BDNF水平使用定量夹心酶联免疫吸附测定试剂盒(目录编号:;bek - 2211;Biosensis, Thebarton，澳大利亚)。

其他变量和定义

在访问期间，测量了参与者的体重、身高以及收缩压和舒张压(分别为SBP和DBP)。体重指数(BMI)的计算方法为体重(kg)除以身高(米)的平方(m)²）.通过现场访谈评估参与者的年龄、性别、吸烟状况、饮酒、体育活动、收入和病史(包括既往诊断为糖尿病、高血压、血脂异常、中风、心绞痛、心肌梗死和骨质疏松症)。经常饮酒定义为每周饮酒≥2次。收入水平在较低的20%水平上被一分为二。肥胖定义为BMI≥25 kg/m²。慢性肾病定义为肾小球滤过率< 60 mL/min/1.73 m²由慢性肾脏疾病流行病学协进会Eq。⁴³。糖尿病定义为FPG≥126 mg/dL, HbA1c≥6.5%，或既往诊断为糖尿病。CVD的定义是既往诊断为心绞痛和心肌梗死。认知功能评估采用简易精神状态检查(MMSE)，痴呆症定义为MMSE评分< 24⁴⁴。抑郁症是用韩国版的老年抑郁量表(Short Form Geriatric Depression Scale)确定的，评分≥6分⁴⁵。

统计分析

对于连续变量，数据以均值±标准差或中位数(四分位范围)表示，对于分类变量，数据以计数和百分比(%)表示。使用独立双样本t检验或连续变量的Mann-Whiney u检验和χ比较有和无身体虚弱的参与者的基线特征²测试分类变量。由于血浆BDNF水平呈高度偏态分布，故采用数据的自然对数变换进行统计分析。以体质虚弱为因变量，血浆BNDF值、年龄、性别、BMI、SBP、吸烟、经常饮酒、低收入，以及TC、FPG、HOMA-IR、hs-CRP、血红蛋白、肌酐、痴呆和抑郁症等实验室数据为自变量，进行单因素和多因素logistic回归分析。在多变量逻辑回归模型中，所有在单变量分析中被发现显著的因素都被使用。我们还进行了敏感性分析，以排除bdnf相关共病的影响，如痴呆、抑郁症、中风、糖尿病、心血管疾病和骨质疏松症。受试者工作特征(ROC)分析用于验证血浆BDNF对评估虚弱的预测有效性。p值< 0.05在整个分析过程中被认为具有统计学意义。所有统计分析均由经验丰富的专业统计学家使用SAS 9.4版本(SAS Institute Inc.， Cary, NC, USA)进行。

道德

这项研究是根据1964年的赫尔辛基宣言进行的。KFACS的研究方案得到了高丽大学九老医院机构审查委员会(批准号)的批准。2020 gr0139)。所有参与者均获得书面知情同意。