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BDNF

Inhaltsverzeichnis

BDNF

BDNF ist kein Hormon, sondern ein Protein und Neurotrophin. Es wirkt als Wachstumsfaktor (neurotropher Faktor) im Gehirn. Lernen benötigt neurotrophe Faktoren.
Stress verringert BDNF im Hippocampus.
Bei AD(H)S ist BDNF im Hippocampus, Striatum und PFC verringert, was zu Lernproblemen, aber auch zu Entwicklungsproblemen beiträgt.
Eine Behandlung mit Stimulanzien stellt einen normalen Spiegel von BDNF und anderen neurotrophen Faktoren wieder her, sodass die Fähigkeit zum Lernen (nicht nur von Schul- oder Vorlesungsstoff, sondern auch in Bezug auf sinnvolle Veränderungen des eigenen Verhaltens als Ergebnis einer Erfahrung) wieder verbessert wird. Ausdauersport erhöht BDNF ebenfalls. Taurin erhöht BDNF im Striatum.

1. Regelungsbereiche von BDNF

1.1. Verhaltensfunktionen

BDNF steuert in Zusammenarbeit mit Serotonin viele Verhaltensfunktionen.

BDNF beeinflusst:1

  • Hirnentwicklung
  • aktivitätsabhängige synaptische Plastizität2
  • die Lernen und Gedächtnis zugrunde liegende Langzeitpotenzierung (LTP)3
    • Eine Deaktivierung des BDNF-Gens oder des BDNF-Rezeptors bei Mäusen
      • schränkt deren Lernverhalten ein4 wobei die erforderliche Lernzeit für räumliches lernen verdoppelt wurde5
      • beeinträchtigt die Langzeitpotenzierung, die für das Langzeitgedächtnis essentiell ist4
      • verhindert die Verbesserung des Lernens durch Ausdauertraining6
      • Diese Effekte können durch externe Zuführung von BDNF behoben werden7
    • GABA hemmt die Langzeitpotenzierung8
  • Prozesse der neuronalen Plastizität
    • direkt
      • zelluläre Prozesse neuronaler Plastizität
    • indirekt
      • Einwirkung auf andere Plastizität modifizierende Prozesse
    • kurzfristig
      • Potenzierung synaptischer Erregungsübertragung durch die Depolarisation postsynaptischer Nervenzellen
      • erleichtert die Ausschüttung präsynaptischer Neurotransmitter
    • langfristig
      • anhaltende Veränderung der Zellerregbarkeit und der synaptischen Plastizität7

BDNF fördert die Funktion des Hippocampus, insbesondere das Überleben neuentstandener Granulatzellen während des gesamten Erwachsenenlebens.9 BDNF moduliert die Plastizität des Hippocampus und das vom Hippocampus abhängige Gedächtnis.10

Der Transkriptionsfaktor Cyclic AMP response element-binding protein (CREB1) ist ein wichtiger Regulator der BDNF-induzierten Genexpression. BDNF stimuliert die Phosphorylierung und Aktivierung von CREB in Nervenzellen.11

BDNF beeinflusst den Glutamatstoffwechsel im Gehirn. In rund 30 % der Nervenzellen wird die glutamaterge synaptische Übertragung erhöht durch je 100 ng / ml12

  • BDNF um 143 %
  • Neurotrophin-4/5 um 170 %

cAMP erhöht schnell Neurotrophin-3 (= BNDF-/NT-3 = Tropomyosin receptor kinase B (TrkB) = Tyrosine receptor kinase B) und bewirkt eine BDNF-abhängige Langzeitpotenzierung im Hippocampus.13

1.2. Störungsbilder

BDNF ist an verschiedenen Störungsbildern beteiligt, z.B.

  • Depression14
    • BDNF verringert im Hippocampus
    • BDNF erhöht im Nucleus accumbens
  • AD(H)S
    • BDNF verringert im Hippocampus, PFC und Striatum
  • Schizophrenie
  • Zwangsstörung
  • Alzheimer14
    • BDNF verringert im parietalen Cortex,15 Hippocampus und temporalem Cortex16 sowie im entorhinalen Cortex17
    • NGF (Nerve Growth Factor) war höher im Gyrus dentatus17
    • NT-3 war verringert im motorischen Cortex17
  • Demenz
  • Chorea Huntington
  • Essstörungen
    • Anorexia nervosa
    • Bulimia nervosa
  • Rett-Syndrom
  • Epilepsie

2. BDNF-Rezeptoren

BDNF-Rezeptoren befinden sich vorwiegend in gedächtnisrelevanten Hirnregionen wie PFC und Hippocampus.2

2.1. TrkB-Rezeptor (TrkB)

Der TrkB-Rezeptor ist hochaffin auf BDNF.2

2.2. verkürzter TrkB-Rezeptor (TrkB-T)

2.3. p75-Rezeptor

Der p75-Rezeptor ist gering affin auf BDNF.2

3. Veränderung von BDNF

3.1. Stress und BDNF

3.1.1. Stress verringert BDNF im Hippocampus

Stress verringert BDNF1 und die BDNF-Expression im Hippocampus von Mensch und Ratte. Chronische Gabe von Antidepressiva verhindert dies.18

BDNF wurde durch singuläre19 wie wiederholte Immobilisierung im Hippocampus und Gyrus dentatus deutlich verringert, nicht aber Neurotrophin-4 oder Tyrosinrezeptorkinasen (trkB oder C).
NT-3 wurde dagegen in Hippocampus wie Gyrus dentatus erhöht, allerdings nur bei wiederholter Immobilisierung (chronischem Stress), was wohl primär durch Corticosteron vermittelt wurde.
Die Verringerung von BDNF erfolgte (nur im Gyrus dentatus) auch ohne Corticosteronreaktion (bei Ratten, denen die Nebennierenrinde entfernt worden war und die somit kein Corticosteron ausschütten konnten).20

Die Verringerung von BDNF durch Stress im Hippocampus und die Erhöhung von BDFN durch Stress im paraventrikulären Hypothalamus könnte sich im Alter verringern, während die Veränderungen von NGF (Nerve Growth Factor) und Neurotrophin-3 (NT-3) sich im Alter nicht zu verändern scheinen.21

Eine Studie fand, dass BDNF durch chronische Glucocorticoidgabe im PFC, nicht aber im dorsalen Hippocampus verringert wurde.22

3.1.2. Chronischer Stress erhöht BDNF im Nucleus accumbens

Chronischer Stress erhöht die BDNF-Expression im Nucleus accumbens, was wiederum mit depressionsähnlichen Verhaltensweisen korreliert, wie z.B. früher Passivität23 oder Sozialphobie,24 allerdings nur bei stressanfälligen, nicht bei stressresistenten Ratten.25

Bei Menschen mit Depression ist BDNF im Nucleus accumbens ebenfalls erhöht.25

Stress hat zudem erhebliche Auswirkungen auf BDNF in der Amygdala und im PFC.9

Eine Blockade der Augenaktivität verringert BDNF drastisch im visuellen Cortex des betreffenden Auges.14

3.1.3. Chronischer / Akuter Stress und Geschlecht

Bei weiblichen Ratten verringerte chronischer Stress BDNF in prälimbischen Gebieten des PFC, während akuter Stress BDNF im Gyrus dentatus erhöhte. Bei Männchen blieben die Werte in beiden Fällen unverändert.26

3.1.4. DAT-Mangel

Nagetiere, die keine Dopamintransporter ausbilden, zeigen massive Veränderugen von BDNF in PFC und Striatum:

  • im PFC
    • verringerte BDNF-Genexpression27
    • Gesamt-BDNF- und BDNF-Exon-IV-mRNA-Spiegel reduziert28
    • mRNA-Spiegel von BDNF-Exon VI unverändert28
    • verringerte mBDNF-Spiegel und verringerte trkB-Aktivierung28
    • verringerte Aktivierung von αCaMKII im PFC28
  • im dorsolateralen Striatum
    • mBDNF-Spiegel im Homogenat erhöht28
    • mBDNF-Spiegel im Zytosol erhöht28
    • mBDNF-Spiegel in der postsynaptischen Dichte reduziert.28
    • trkB-Expression im dorsolateralen Striatum postsynaptisch reduziert28
      • trkB ist ein hochaffiner BNDNF-Rezeptor

3.2. Weitere Veränderungen von BDNF

BDNF wird erhöht durch1

  • Lernprozesse
  • Enriched Environment / komplexe Umgebungen29
    • abwechslungsreiche, anregende Umgebungen erhöhen BDNF bei Ratten
  • Antidepressiva
  • körperliche Aktivität
    • Ausdauersport erhöht den BDNF-Spiegel signifikant im Hippocampus und cerebralen Cortex.303132
    • Chronischer Östrogenmangel von 7 Wochen (nicht aber akuter ÖstrogenmAngel von 3 Wochen) verringert den Anstieg von BDNF durch Ausdauersport bei Mäusen.33
  • Ernährungseinschränkung erhöht BDNF im Gyrus dentatus34
  • Licht und der circadiane Tageslichtrhythmus verändern BDNF und Neurotrophin-3.
    • Bei Dunkelheit ist BDNF hoch im Hippocampus (Minimum 3,5 bei Helligkeit, Maximum 17 bei Dunkelheit)3536 im Cerebellum 37 und im Nucleus suprachiasmaticus (SCN). Im SCN war der BDNF-Spiegel bei Dunkelheit und Morgendämmerung am höchsten. Bei konstanter Dunkelheit zeigte sich ein BDNF-Rhythmus im SCN, nicht aber im Hippocampus.38
    • Licht erhöht, Dunkelheit verringert BDNF im visuellen Cortex,39 der Retina und Colliculi superiores37 sowie im cerebralen Cortex. Zumindest im cerebralen Cortex wird dieser Rhythmus durch Noradrenalin moduliert.40
  • Sensorische Stimulation von Tasthaaren erhöht BDNF in der primären sensorischen Hirnrinde (Barrel cortex).4142
  • Taurin erhöhte den BDNF-Wert im Striatum bei SHR- wie bei WKY-Ratten signifikant (gleich ob niedrig oder hochdosiert).43

4. Genvarianten von BDNF

BDNF Val/Met korrelierte bei Menschen, im Vergleich zu BDNF Val/Val, mit

  • einem schlechteren episodischen Gedächtnis
  • einer abnormalen Hippocampus-Aktivierung im fMRI
  • weniger N-Acetyl-Aspartat (NAA) im Hippocampus.10

5. BDNF bei AD(H)S verringert

Bei AD(H)S ist BDNF erniedrigt.30 Anders fand eine Untersuchung bei AD(H)S keine veränderten Blutserumwerte von BDNF, NT-3, NGF oder FGF-2 (Fibroblast Growth Factor-2).44

Bei AD(H)S sind Lernprobleme typisch. Verringertes BDNF im Hippocampus verursacht Lernprobleme. Bei chronischem Stress scheint BDNF dagegen bei stressempfindlichen Ratten im Nucleus accumbens erhöht (siehe oben).

Untersuchungen zur Wirkung von MPH auf BDNF

Bei ADHS-HI und ADHS-C scheint BDNF morgens und abends, bei ADHS-I lediglich abends verringert zu sein. MPH verändert wohl BDNF bei ADHS-HI und ADHS-C nicht, während MPH bei ADHS-I BDNF verringert.45 Eine Erhöhung bzw. Verringerung von BDNF durch MPH könnte altersabhängig sein.4647

MPH erhöhte BDNF im dorsalen Striatum nur bei Rattenmännchen sowie geschlechtsunabhängig im Nucleus accumbens.4849
Im PFC verringerte MPH BDNF, während Atomoxetin es erhöhte.49 Eine Untersuchung fand, dass Ratten, die als junge Tiere MPH erhielten, im Alter höhere BDNF-Spiegel im PFC hatten.50
Eine andere Untersuchung fand, dass MPH bei Rattenweibchen einen signifikanten Rückgang BDNF im Striatum um 42 % und bei Rattenmännchen einen signifikanten Anstieg von BDNF im Striatum von 50,4 % bewirkte. BDNF im Nucleus accumbens war hier unverändert.51

Im Gyrus dentatus scheint lediglich MPH, nicht jedoch Atomoxetin, die synaptische Plastizität bei Ratten zu erhöhen, wobei hier eine sehr hohe Dosis von 10 mg/kg Körpergewicht verwendet wurde. Dies ist das 5 bis 15-fache einer üblichen Medikamentierungsdosis.52

Eine Untersuchung fand keinen relevanten Einfluss von MPH auf die BDNF-Rezeptor-Expression bei Ratten.53 Eine andere Untersuchung fand, dass chronische MPH-Gabe (1 bis 3 mg / kg) die BDNF mRNA-Expression bei muscleblind-like 2 (Mbnl2) Knockout-Mäusen erhöhte.54 Eine weitere Untersuchung fand eine erhöhte BDNF-Expression im ventralen Tegmentum bei erwachsenen Ratten nach kombinierter MPH-/Fluoxetin-Gabe in der Jugend.55

Im Ergebnis scheint es auf die genetischen Umstände, den Zeitpunkt der MPH-Gabe, das Alter, das Geschlecht und die Gehirnregion anzukommen, welche Wirkung MPH auf BDNF auslöst.

Die Blutserumwerte von VEGF (Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor) waren in einer Studie bei AD(H)S signifikant verringert, die von GDNF (Glial-Derived Neurotrophic Factor) signifikant erhöht. Ihre Blutwerte korrelierten allerdings nicht mit der Symptomschwere von AD(H)S.44 Eine andere Studie fand keine veränderten Blutserumwerte von VEGF bei Kindern mit AD(H)S.56

Bei Ratten zeigte sich auf MPH geschlechtsunabhängig ein signifikanter Anstieg von GDNF im Striatum und Nucleus accumbens.48

6. Messung von BDNF und anderen Neurotrophinen

BDNF kann die Blut-Hirn-Schranke frei passieren.575859 Der BDNF-Blutserumspiegel soll mit der Größe des Hippocampus korrelieren.60


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  60. IMD-Labor: BDNF – ein Serum-Marker bei Depression und Burnout