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单一蛋白质可以锻炼大脑的益处

加州大学旧金山分校埃利分校和伊迪斯医学研究中心和干细胞研究中心的科学家对小鼠进行的一项新研究表明,对肝衰老运动众所周知的益处可能是对肝脏蛋白质的研究很少。这些发现可能会导致新的疗法,使体育活动对由于身体限制而无法运动的人产生神经保护作用。

运动是保护大脑免受与年龄有关的认知下降的最佳方法之一,也是最有效的方法之一,并且已被证明可以改善患有神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏病和额颞痴呆)的人的认知,即使那些基因稀有的人不可避免地导致痴呆的变异。

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。

这项于2020年7月9日在《科学》杂志上发表的新研究表明,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与老年小鼠的认知功能改善相对应,与加州大学旧金山分校记忆与衰老中心的合作发现,经常运动的老年人血液中的这种酶也升高。但是研究人员表明,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。

研究高级作者索尔·维莱达(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可能会以丸剂的形式获得。” ,是加州大学旧金山分校的解剖学和物理治疗与康复科学系的助理教授。

Villeda的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与年龄相关的认知能力下降。

这些先前的结果导致维莱达实验室的研究生Alana Horowitz和博士后研究员Xuelai Fan,Ph.D.追求可能通过血液传播的因素,这些因素也可能带来锻炼的益处,众所周知,这也可以使大脑衰老的方式与人们看到的类似。在实验室的“年轻血液”实验中。

Horowitz和Fan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,这种治疗的四个星期对老年小鼠的学习和记忆产生了显着改善,类似于定期运动的小鼠所见。当他们检查动物的大脑时,他们发现了在称为海马区的新神经元产生增强的证据,海马区是有据可查的运动恢复活力的替代药物。

为了发现血液中哪些特定的生物学因素可能是这些作用的原因,Horowitz,Fan及其同事测量了活跃和久坐小鼠血液中不同可溶性蛋白质的含量。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。

维莱达说:“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,那么您不妨大放异彩!”

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UCSF记忆和衰老中心的Hillblom衰老网络研究的一部分,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。

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着增加。

“说实话,我没想到会成功地找到一个可以解释运动对大脑的好处的分子。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。”维莱达说。“当我看到这些数据时,我完全陷入了困境。”

维莱达补充说:“通过这种蛋白质,肝脏对身体活动做出了反应,并告诉老大脑变年轻。”“这是肝脑交流的一个杰出例子,据我们所知,尚无人存在。这使我想知道我们在神经科学中还缺少什么,因为它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。大脑,反之亦然。”

进一步的实验室实验表明,肝脏产生的Gpld1不会通过所谓的血脑屏障,从而保护大脑免受血液中有毒或传染性物质的侵害。取而代之的是,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,该实验室正在努力更好地准确理解Gpld1如何与其他生化信号传导系统相互作用,以产生增强大脑的作用,以期希望为治疗方法确定特定的靶标,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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