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Science开启保护大脑衰老之门:运动锻炼为何对大脑有保护作用?

加州大学旧金山分校的科学家对小鼠进行的一项新研究表明,一种研究的很少的肝脏蛋白,也许就是众所周知的锻炼能对大脑衰老起到积极作用的关键所在。这些发现可能有助于研发新的疗法,让无法进行体育活动的人产生神经保护作用。

这一发现公布在7月9日的Science杂志上。

运动是保护大脑免受与年龄有关的认知下降的方法之一,也是功能大的方法之一,并且运动被证明可以改善患有神经退行性疾病(例如阿茨海默氏病和额颞痴呆)的人的认知能力。

研究通讯作者Saul Villeda博士说:“如果有一种药物能产生与运动相同的大脑益处,那么每个人都会服用。现在我们的研究表明,这些益处中至少有一部分未来也许真的可以以药剂的形式出现。”但是许多老年人由于身体上的限制或残疾而无法正常运动,研究人员长期以来一直在寻找可以为体育活动量少的人带来某些神经学益处的疗法。

这项新研究表明,小鼠运动后,肝脏会向血液中分泌一种名为Gpld1的蛋白质。血液中这种蛋白质的水平对应于老年小鼠认知功能的改善,研究人员发现,经常运动的老年人血液中的这种酶也升高。研究结果表明,简单地增加小鼠肝脏产生的Gpld1的数量可以带来许多与常规锻炼相同的大脑益处。

Villeda实验室之前已经证明,年轻小鼠血液中存在的生物学因素可以使衰老的小鼠大脑恢复活力,相反,老年小鼠血液中的因素可以导致年轻小鼠过早的出现与年龄相关的认知能力下降。

之后,Villeda实验室的研究生Alana Horowitz和博士后研究员Xuelai Fan博士开始着力研究血液传播的因素。

他们从定期锻炼7周的衰老小鼠那里采血,并将其用于久坐的衰老小鼠。他们发现,这种治疗四个星期后对老年小鼠的学习和记忆产生了显著改善,类似于定期运动的小鼠。当他们检查动物的大脑时,发现了在称为海马区的新神经元产生增强的证据。

为了找到血液中哪些特定的生物学因素可能是这些作用的原因,研究人员测量了活跃和久坐小鼠血液中不同可溶性蛋白质的含量。

结果他们鉴定出30种候选蛋白质,其中19种主要来自肝脏,这令他们惊讶,其中许多以前与控制人体新陈代谢的功能有关。这些蛋白质中的两种:Gpld1和Pon1在代谢过程中显得尤为重要,研究人员选择更详细地研究Gpld1,因为以前的研究很少研究其功能。

Villeda说:“我们认为,如果已经对该蛋白质进行了彻底的研究,那么就会有人偶然发现了这种效果。我想说的是——如果您要冒险探索新事物,那么您不妨找个冒险性更强的!”

研究小组发现,运动后小鼠的血液循环中Gpld1增加,而Gpld1的水平与动物认知能力的提高密切相关。作为Hillblom衰老网络研究的一部分,这项研究对收集到的人类数据进行的分析表明,与活跃度较低的老年人相比,健康活跃的老年人血液中的Gpld1也升高了。

为了测试Gpld1本身是否可以驱动所观察到的运动益处,研究人员使用基因工程诱使衰老小鼠的肝脏过度生产Gpld1,然后通过多种测试来衡量动物的表现,这些测试涵盖了认知和记忆的各个方面。

令他们惊讶的是,治疗三周产生的效果类似于六周的常规运动,同时海马中新神经元的生长显著增加。

“说实话,我没想到会成功地找到一个可以解释运动对大脑产生好处的分子。运动似乎会产生许多细微的作用,从而增加大脑的运动能力,带来巨大的好处,但这很难孤立的来分析,当我看到这些数据时,我感到十分惊讶。”

Villeda补充说:“通过这种蛋白质,肝脏对身体活动做出了反应,并告诉衰老大脑变年轻。这是肝脑交流的一个重要例子,据我们所知,尚无其它例子存在。这令我想进一步知道我们在神经科学中还缺少什么,因为目前神经科学很大程度上忽略了其他器官可能对神经器官产生的巨大影响。反之亦然。”

进一步的实验表明,肝脏产生的Gpld1不会通过所谓的血脑屏障,这种蛋白质似乎通过减少全身炎症和血液凝集的途径对大脑发挥作用。众所周知,凝血和炎症都会随着年龄的增长而升高,并与痴呆和与年龄有关的认知能力下降有关。

现在,该实验室正在努力准确理解Gpld1如何与其他生化信号传导系统相互作用,产生增强大脑的作用,希望为治疗方法找到特定的靶标,这些靶标有一天可能为衰老的大脑带来许多保护作用。

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