运动可改善大脑认知,用于确定脓毒性休克患者是否会恢复或死亡

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动起来,真的能缓解阿尔茨海默病

已知困扰感染性休克幸存者的记忆和认知功能的丧失是在危及生命的情况下释放到血流中并进入大脑的糖的结果。今天发表在美国国家科学院院刊上的这一发现解释了脓毒性休克后过早的精神衰老,并可能揭示其他疾病的记忆丧失。

9月21日是“世界阿尔茨海默病日”。据不完全统计,随着人口老龄化程度加剧,中国阿尔茨海默病患者的人数已居世界首位,目前已经超过1000万。目前,我国65岁以上的人群中,阿尔茨海默病的患病率约为5%,而85岁以上人群中,患病率达20%。针对阿尔茨海默病的治疗已成为当今医学界重点攻破的世界性难题。

这种糖正在进入海马体,它不应该在那里,伦斯勒理工学院生物催化和代谢工程教授,该研究的主要作者罗伯特林哈特说。我们实际上认为这是在海马体内重新记忆,并且它会导致记忆丧失。神经回路正在以错误的方式被破坏或破坏或连接。

近日,哈佛医学院Rudolph E.
Tanzi团队发现,运动与刺激神经元再生相结合,能缓解小鼠阿尔兹海默病的症状(如β淀粉样蛋白沉积),并改善其大脑认知功能,相关研究成果发表于近期《科学》。

这项研究是Linhardt和Eric
Sc​​hmidt博士之间六年合作的最新成果,他是脓毒症专家,也是科罗拉多州丹佛大学医学系的助理教授。

运动可改善大脑认知

脓毒症是一种全身性的感染。三分之一患有脓毒症的医院患者会感染脓毒症。其中一半会死。在美国呼吸与危重病医学杂志发表的一项2016年研究中,包括Schmidt和Linhardt在内的一个研究小组开发了一种简单但准确的测试方法,用于确定脓毒性休克患者是否会恢复或死亡。

“运动有益健康”——这句简单的口号背后蕴藏着深奥的科学道理。多项研究表明,坚持运动可以降低人们日后记忆缺陷的风险。

该测试使用尿液样本来检查一种糖的浓度 – 糖胺聚糖 –
通常覆盖血管和体内其他表面的细胞。在脓毒性休克中,身体会分离出这些糖的碎片,研究小组发现,更高的浓度预示着死亡。该测试用于临床环境,洞察力帮助医生寻找更有效的治疗方法。

一项为期40余年、针对1000余名瑞典女性的研究表明,心肺适能较高的人,发生痴呆的时间可平均延迟9.5年。但是,这项研究并没有揭示运动对大脑的实际作用。

他们的下一步测试了糖与脓毒性休克相关的精神衰老之间是否存在联系。研究发表在2月份的临床研究杂志上研究表明,在感染性休克期间,硫酸乙酰肝素的片段穿过血脑屏障进入海马体,海马体是一个对记忆和认知功能至关重要的区域。有证据表明,硫酸乙酰肝素可能与脑源性神经营养因子(BDNF)结合,后者对海马长时程增强至关重要,这是一个负责空间记忆形成的过程。研究人员还发现,入院时,脓毒症患者血浆中富含硫酸乙酰肝素的存在可预测出院后14天检测到的认知功能障碍。

那么,运动是否有助于阿尔茨海默病患者抵抗病情恶化?Rudolph E.
Tanzi团队通过大脑认知能力测试发现,相比于久坐不动,经常运动的患病小鼠在记忆测试中表现更好。

可以肯定的是,研究人员希望看到硫酸乙酰肝素进入海马并与BDNF结合。PNAS的新研究正是如此。为了跟踪硫酸乙酰肝素进入大脑,在其他糖类的海洋中移动通过血液,Linhardt的团队必须合成标记有稳定碳同位素的硫酸乙酰肝素,与许多其他标记方法不同,它是完全安全的并且与天然糖相同。他们花了两年时间才弄清楚如何去做。

北京老年医院精神心理二科主任医师吕继辉告诉《中国科学报》记者,运动疗法是指以运动学、生物力学和神经发育学为基础,以改善身体、生理、心理和精神的功能障碍为主要目标,以作用力和反作用力为主要因素的一种治疗方法。运动疗法作为一种非药物治疗已越来越广泛地应用于包括阿尔茨海默病在内的多种疾病。

然后他们将他们的假设置于测试之中。在健康的小鼠中,100%标记的硫酸化硫酸盐在20分钟内通过尿液排出,并且没有一个进入大脑。但在脓毒症小鼠中,研究人员在大脑的海马区发现了少量标记的硫酸乙酰肝素。

“多数研究证据表明,接受身心运动的锻炼可以有效预防或延缓认知能力退化,改善患者体能、情绪和生活质量。”吕继辉说。

既然我们知道感染性休克中认知损害的原因,它就为我们提供了明确的药物治疗目标:与糖结合并清除它的物质,或将其转化为不会损害认知功能的酶,林哈特说。这是一个重要的进步,我们对正在展开的故事感到兴奋。

那么,一旦发生阿尔茨海默病,运动究竟对大脑有多大的好处?运动改善阿尔茨海默病的相关机制又是什么?

运动促进脑中细胞因子再生

人体大脑中,有一个叫海马体的区域,主管学习和记忆。而阿尔兹海默病患者的主要症状之一就是记忆力衰退,因此,针对海马体的研究也是阿尔兹海默病的研究热点。

海马体中存在负责生成神经细胞的神经祖细胞,神经祖细胞分化后产生神经元和胶质细胞,可以分泌多种神经营养因子。科学家们先前发现,阿尔兹海默病患者海马体中,神经元再生出现障碍。

因此,研究人员对记忆测试中表现良好的运动小鼠进行检测,发现其脑中有神经元再生。那么,如果只刺激神经元再生,会改善阿尔兹海默病患者的记忆功能吗?

于是,研究人员在患有阿尔兹海默病的小鼠身上进行了试验,通过转基因及药物注射的方法,诱导小鼠海马体中的神经元再生。结果发现,阿尔兹海默病的小鼠脑中神经元增加了,但阿尔兹海默病的症状却并没有减轻。

同时,对照实验发现,只运动、不诱导神经元再生,也不能改善患病小鼠的症状。当研究人员将运动与诱导神经元再生结合发现,阿尔茨海默病小鼠脑中的β淀粉样蛋白沉积减少了,小鼠的认知能力也提升了。那么,运动到底是如何改善认知的呢?

对认知功能提升的运动小鼠进行检测发现,其脑中细胞因子水平增加,而不运动、只诱导神经元再生的小鼠脑中没有检测到细胞因子的增加。

因此,研究人员推断,这些细胞因子对改善患病小鼠的认知功能起重要作用。Rudolph
E.
Tanzi用转基因和药物刺激的方法直接提升其中一个神经营养因子的表达,并且同时诱导神经元再生,结果患病小鼠的记忆力和认知都提升了。

开辟治疗阿尔茨海默病新途径

Rudolph E.
Tanzi表示,研究结果表明,在生命早期,新的神经元再生可能有助于日后记忆保护,但当阿尔兹海默病已经发生后,BDNF蛋白或可确保新生的神经元能够存活下来,从而缓解病症。

因此,研究者认为药物能够增加神经营养因子的表达,达到与运动类似的效果,这可能在以后会成为治疗阿尔兹海默病的一种方法。

中国科学院神经科学研究所研究员徐进对此表示,既往研究报道了运动对阿尔茨海默病的预防和改善均有一定效果,而这一研究提供了更多证据,从分子和细胞层面解释了运动对疾病的改善机理。

但是,此研究是以小鼠模型为基础,在人体身上是否有同样的机理作用,尚不能定论。“毕竟阿尔茨海默病是一种非常复杂的疾病,小鼠身上的结果不一定在人身上适用。”徐进说。

相比于减少阿尔兹海默症患者脑中的淀粉样蛋白病斑,医药公司对以上这种治疗方法关注较少。但是一些学者认为,这种方法值得进一步研究。

美国国家老龄化研究所神经学家Mark
Mattson则认为,这一方法仍然有重要的疑点:首先,海马体区域的神经祖细胞是空间学习、记忆的关键神经元,与阿尔兹海默病患者海马区神经衰退、死亡的神经元不同;其次,即便诱导这些新细胞再生可保护大脑的某些功能,但海马体之外大脑的其他区域依然会受到阿尔兹海默病的影响。

不过,他补充说,这种方法是值得进一步研究的。“在我看来,这项研究也可能将科学家们从β淀粉样蛋白的桎梏中解放出来,探索其他攻破阿尔兹海默病的路径。”Mark
Mattson说。

DOI: 10.1126/science.aan8821

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