这种蛋白质可以在不运动的情况下增强大脑功能

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你可能听说过运动对大脑的好处。大多数人都知道，保持运动可以促进精神和神经健康。但是，通过理解这种促进作用的生化过程，我们能不能在不经历运动疼痛的情况下获得所有的大脑增益呢？老鼠实验已经证明了这种捷径的可行性。有迹象表明，针对啮齿类动物的研究结果也可能适用于人类。

当我们把“热爱运动”的老鼠的血浆注射到它们“懒洋洋”的同类体内时，那些久坐不动的啮齿动物的记忆力得到了改善，脑部炎症减少。我们不会把奥运会运动员的血液输进“沙发土豆”的手臂里——至少现在不会。但是，轻度认知障碍的人运动六个月后，一种同样存在于运动老鼠血浆中的关键蛋白质会增加。同样的蛋白质可能能够通过众所周知的挑剔的血脑屏障传递化学信号，并触发大脑中的抗炎过程。

这些研究结果发表在《自然》杂志上，关于运动如何有益于大脑，以及由身体活动促进的分子如何与器官严格的“守门人”进行交流，这些结果为其提供了新细节。研究结果还暗示了肝脏和抗凝血系统在这些过程中的惊人作用，并可能为未来的药物研发或血浆注射指明道路。

加州大学旧金山分校解剖学系副教授Saul Villeda（没有参与这项新研究）在谈到这些研究结果（多系统参与锻炼对大脑的影响）时说:“拼图块拼到一起了。”他和他的同事们之前在运动小鼠的血浆中发现了一种蛋白质，它可以更新衰老小鼠大脑中的神经元。他说:“我们开始确定血液中的影响因素，这些因素可以针对衰退或病理的不同方面，这个研究结果确实突出了影响大脑炎症的血液因素。我脑海中不断出现的一个词是‘趋同性’"。

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在研究趋同性的道路上，行为科学家Zurine de Miguel（现在是加州州立大学蒙特雷湾分校的助理教授），以及她在斯坦福大学和帕洛阿尔托医疗保健系统退伍军人事务部的同事首先不得不让老鼠运动。这些动物拼命地运动了28天，然后它们的血浆被转移到在那段时间没有运动过的老鼠身上。接受“跑步者血浆”后，受体动物的学习能力和记忆力有所改善。它们的大脑进而会加速产生蛋白质（这些蛋白质能促进记忆和学习）的基因，并显示出减弱的炎症反应。当研究人员故意在动物体内诱发脑部炎症时，跑步小鼠的血浆也会减弱炎症反应。

研究小组接下来研究了跑步小鼠血浆中的成分。他们发现抗凝血蛋白水平增加，包括一种叫做“簇集素”的抗凝血蛋白，它有助于清除细胞碎片。研究人员将关注点聚集在这个蛋白质上，他们测试了从跑步小鼠血浆中剥离这种蛋白质的效果。接受不含簇集素血浆的久坐小鼠的大脑显示出更少的抗炎活性。

该团队还发现，簇集素很容易附着在构成血脑屏障的细胞上。当他们将蛋白质注射到经过基因改造而患有神经退行性疾病的小鼠的血液循环中来模拟身体活动的影响时，这些动物的脑部炎症也有所下降。

最后，研究人员想看看运动是否会导致人体的簇集素含量升高。他们检测了20名患有轻度认知障碍的退伍军人在进行6个月的结构性体能活动前后的蛋白质含量，发现该蛋白的水平升高。

De Miguel指出，在她和她同事的研究中，雄性和雌性小鼠的结果有所不同。尽管两性之间的抗凝血蛋白谱相似，但雌性表现出更多的变化性。De Miguel说，它们产生的激素会影响抗凝血因子，而在研究期间，一些雌性小鼠处于性接受阶段的可能性解释了这种更大的变化。

该实验表明，人们越来越认识到大脑对神经“禁飞区”之外援助的依赖。作者说，肝脏和心脏是聚集素最可能的来源。De Miguel说，结果表明这两个器官都是体育锻炼产生的有益分子的来源。“它们似乎都在和大脑交流，”她补充道。

Villeda说，他的小组关于衰老小鼠中的“跑步者血浆”的研究也与肝脏有关。该器官产生的一种酶与动物认知改善相关，同样的酶也在活跃的年长人血液中增加。他说，肝脏的关联“让我们感到惊讶，因为当你考虑运动时，肝脏通常不是你关注的焦点。”随着肝脏的关联，“这些机制开始汇合并进入一个相似的领域。”

虽然体育活动与健康密切相关，但人们可能会过度锻炼。有迹象表明，一些经常从事高强度体力活动的人患肌萎缩性侧索硬化的风险可能会增加。De Miguel说:“有一些信息表明，过多的运动会损害你的一些免疫反应，使你容易受到机会性感染。

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如果这些在老鼠身上的效果能在人类身上得到证实，“跑步者血浆”将如何被用于治疗？Villeda说：“我现在比我刚开始做实验的时候更有希望，因为当时很难考虑识别所有这些因素。但现在我们有了候选物，当你有了候选物，你就可以开始考虑开发小分子药物了。”

De Miguel说，第一步可能是测试运动方案，以观察哪种方案能最大限度地增加对大脑有益的蛋白质。和老鼠一样，需要体育锻炼来健脑的人，只需注射“跑步者血浆”，就能获得跑步者的收益，而不会有身体锻炼带来的疼痛。

撰文：Emily Willingham，一位科学作家，也是《Phallacy: Life Lessons from the Animal Penis》(Avery，企鹅出版集团，2020)一书的作者。

翻译：魏书豪

审校：郭晓

引进来源：科学美国人

本文来自：中国数字科技馆