文章标题

《运动改善认知功能障碍分子机制的研究进展》

《Recent advances on the molecular mechanisms of exercise-induced improvements of cognitive dysfunction》

文章发表情况介绍

该文章由四川大学华西护理学院2021级硕士生路仪、生物治疗国家重点实验室2020级硕士生卜发倩、华西护理创新研究中心助理研究员王方为第一作者，四川大学华西医院华西创新研究中心/华西护理学院胡秀英教授、王贯副研究员为通讯作者，于2023年2月28日在Translational Neurodegeneration（影响因子12.6；中科院分区：综合1区；JCR：Q1区；Top期刊）期刊上发表。

第一部分：文章内容解读

研究背景

随着全球老龄化的加剧和人口寿命的增长，认知功能障碍逐渐成为一种高发的疾病。认知功能障碍常常伴随着老年人神经退行性疾病而产生，以神经元的结构破坏和功能障碍为特征，一旦发病，患者常常出现记忆力衰退、失语、定向力减弱等症状，无法拥有正常的生活及丰沛的精神享受，这严重影响了身心健康，降低了生活质量，对家庭和社会造成较大的照护负担和经济负担。

认知功能障碍目前没有特效的治疗方法，现有的治疗、管理手段大多数以维持现有认知功能水平及延缓恶化为目的。运动/体育锻炼是一种非药物的保健形式，具有无毒性、低成本及普及性等优点。近年来的研究证据表明，运动有改善大脑状态、提高认知的效果。不同形式、不同剧烈程度的运动可能通过多样的机制，达到改善认知的效果。

基于上述背景，本文总结了运动改善认知功能的分子机制的最新进展，讨论了运动影响机体的各种分子机制，及其在诱导认知改善方面的贡献。通过本文对已有知识的梳理，期望促进认知障碍运动疗法的更深入研究，并为认知功能障碍人群、失智风险人群的健康管理与护理实践提供依据。

研究内容

运动，即体育锻炼，有改善认知功能障碍的效果。不同剂量（程度）和类型的运动可能会产生不同的效果，其相关分子机制是复杂的。围绕运动对大脑可塑性的影响、运动影响健康的线粒体相关机制、运动通过促进细胞因子释放改善认知、运动通过提高大脑代谢改善认知、运动对肠道菌群的调节作用五个要点，本文对运动改善认知障碍的分子机制进行了梳理与分析。值得注意的是，运动对认知的有益影响没有最低阈值。与不运动相比，任何形式、程度的运动都是有益的。

（1）运动对大脑可塑性的影响

通过总结动物模型和人类实验的数据，提出锻炼可以增加神经元的生成和突触的数量，并且可以增强神经元的生存、再生能力。从组织的层面，锻炼可以增加大脑海马体等区域的体积和功能，这些区域与学习和记忆有关。故一些与海马体区域关联密切的神经退行性疾病 (例如阿尔茨海默病) 的症状可以通过锻炼得到部分缓解。同时，锻炼可以增加脑内脑源性神经营养因子（BDNF）的产生。BDNF被证实是运动和认知功能改善的关键介质。BDNF是研究最广泛的神经营养因子之一，它在海马体中表达。BDNF可以促进大脑运动单元的轴突发芽和新分支生长，增强相邻存活神经元新分支的生长，并促进神经肌肉接触周围关键结构的产生，以恢复肌肉神经元的通讯。同时，有研究表明BDNF可能在海马突触长时程增强中也起关键作用。此外，运动可改善突触可塑性。大脑区域控制的认知功能越高，它们所包含的突触多样性就越大。

（2）运动影响健康的线粒体相关机制

线粒体在神经元中具有重要功能，线粒体的维持直接影响神经元的发育、功能和生存。神经元是高度分化的细胞，具有很大的能量需求，因此高度依赖线粒体功能。神经退行性疾病的一个独特的神经生物学特征是大脑中存在过度的氧化应激和炎症反应，而线粒体功能损伤是神经退行性病变的早期病理标志。运动已被证明可以促进线粒体生物发生，维持神经元线粒体的平衡，减少线粒体损伤引起的过度氧化应激，并提高ATP的产生。同时，运动可以通过调节线粒体的生物发生、动力学（融合/分裂）和自噬来改善大脑中的线粒体健康。

（3）运动通过促进细胞因子释放改善认知

骨骼肌被认为是身体的一个分泌器官，它通过向循环系统释放各种细胞因子，与身体其他器官交流。体育锻炼促进包括骨骼肌在内的外周组织和器官分泌细胞因子和激素分子，后者穿过脑血屏障后作用于大脑中的神经元，从而促进神经营养因子的分泌，减少免疫炎症反应，缓解脑组织压力，提高突触可塑性和对神经元的保护作用。目前，这些因子包括鸢尾素、簇集素和糖基磷脂酰肌醇特异性磷脂酶D1。

（4）运动通过提高大脑代谢改善认知

运动可以通过调节大脑代谢，包括调节葡萄糖代谢、缓解胰岛素抵抗、影响小胶质细胞活动等方面来促进大脑健康，从而提高认知功能。大脑对葡萄糖的摄取和代谢对于维持正常的认知功能至关重要。研究表明，体育锻炼可以提高大脑对葡萄糖的摄取和利用，进而促进其代谢，提高认知功能。胰岛素抵抗是一种常见的代谢失调问题。运动可以通过改善胰岛素敏感性缓解胰岛素抵抗状态，进而调节大脑代谢。小胶质细胞（Microglia）在大脑代谢中扮演着重要的角色。研究发现，锻炼可以调节小胶质细胞的活动，减少其对大脑健康的负面影响，从而改善认知功能。

（5）运动对肠道菌群的调节作用

神经退行性疾病通常伴有肠道菌群失调和肠道屏障破坏。不健康的肠道会导致异常的神经炎症和氧化应激。肠道菌群的一些产物，如脂多糖和淀粉样蛋白，也参与了认知功能障碍中异常蛋白质聚集的病理学。运动可能通过维持正常的肠粘膜和肠屏障，例如增加紧密连接蛋白的表达，降低肠道产物脂多糖的产生，来发挥神经保护作用。

第二部分：研究结果对实践的指导意义

作为协助患者恢复和维持健康的专业人士，护理人员能够通过指导和协助患者从事适当的运动来促进认知功能的改善。通过了解不同类型、强度的运动对认知障碍改善的效果和分子机制，护理工作者可更精准地识别照护对象需求，为不同照护对象精准地制定个体化照护方案，从而提高护理质量和患者康复率。所以，本研究可助力于认知功能障碍人群及风险人群的护理实践。

第三部分：专家点评

随着全球人口老龄化的加剧和人口平均寿命的增长，伴随衰老及神经退行性疾病产生的认知功能障碍的发病率在老年人中逐年上升。运动疗法是最常见的非药物疗法之一，已被证实可有效延缓老年人认知功能减退及神经退行性疾病进展，并改善抑郁和睡眠障碍等不良精神心理问题。目前已有临床和基础研究探索了体育锻炼的积极效果及其与认知功能改善之间的分子作用机制和病理生理过程，本研究在充分了解该领域已有论据的基础上，对运动改善认知障碍的分子机制研究进行了系统的总结、分析和阐释，并对运动类型、强度对认知功能改善的特定影响进行了探讨。研究结果可为护理实践提供重要的理论指导与实践依据，基于运动对认知状态的影响及其作用机制，护理工作者可更精准识别患者的健康状况及认知功能状态，并为其提供个体化、针对性的健康管理策略，从而进一步提升临床护理质量。

专家简介

胡晓林，博士，教授，主任护师，博士研究生导师，博士后合作导师。美国凯斯西储大学联合培养博士和博士后，美国克利夫兰诊所访问学者。四川省海外高层次留学人才，四川省学术和技术带头人后备人选，中华护理学会社区护理青委会副主委，省医学传播学会癌症防治分会副主委，成都市抗癌协会肿瘤康复专委会副主委等，担任 International Journal of Nursing Studies 等20余本国际顶级期刊审稿人。聚焦肿瘤康复、肿瘤临床和基础研究，与美国克里夫兰诊所、加州大学旧金山分校等国际顶级科研团队合作，第一/通讯作者高水平SCI国际论文70余篇，多篇研究成果被主编专刊点评，并被多部指南引用。主持国家自然科学基金面上项目和青年基金项目、国家重点研发计划子项目、四川省重大项目等，获“四川省科技进步二等奖”“四川省优秀科普作品奖” “四川省新时代健康卫士”“成都市科普先进个人”等奖项或荣誉。

第四部分：通讯作者、第一作者简介

通讯作者

胡秀英，博士，教授/主任护师，博士生导师，博士后合作导师，首届四川省卫生计生领军人才，第十一批/第十四批四川省学术和技术带头人，入选美国护理科学院院士（FAAN）。健康保健与护理职业生涯近40载，2013年～2018年任四川大学华西护理学院院长兼华西医院护理部主任，2019年创建华西护理创新研究中心担任主任，首任护理学四川省重点实验室主任。兼任国务院学位委员会第七/八届学科评议组成员、教育部第三届全国医学专业学位研究生教育指导委员会委员，国家卫健委服务指导中心首届护理专家委员会成员，国家卫健委首届中国现代医院管理智库高质量发展专家委员会委员，中华护理学会老年专委会副主委，四川省护理学会老年专委会主委，成都护理学会理事长；“中华护理杂志”编委、“中华现代护理杂志”副总编、SCI期刊Journal of Nursing Scholarship中文版主编等。长期致力于老年护理、灾害护理、护理管理等领域研究，承担科研项目20余项，发表学术论文200余篇，主编国家级规划教材《老年护理学》等著书20余本，获各类科学技术进步奖一、二、三等奖等6项，获四川省教育厅科研创新团队1个，获“第六届全国优秀科技工作者”“2017年全国优秀护理部主任”“2023年成都榜样•最美科技工作者”等称号。

王贯，四川大学华西医院华西护理创新研究中心/华西护理学院/护理学四川省重点实验室，副研究员。中国生物医学工程学会高级会员、中国药学会高级会员、美国ACS高级会员、国家卫健委人口文化发展中心基层卫生健康推进项目专委会委员、中国康复医学会药学与康复专委会委员、中国民族医药学会方药量效研究分会理事等。主持国家自然科学基金4项（2项子课题负责）、四川省科技厅项目2项等10余个项目。长期从事神经退行性疾病、自身免疫性疾病、肿瘤耐药相关的靶向分子研究和精准护理研究，以第一或通讯作者在国际期刊发表论文50余篇（部分入选ESI高被引论文、封面文章），申请专利、著作权等30余项。任8个国际期刊青年编委/客座编辑，任博士研究生班主任，指导多名本科生和研究生获得省级校级优秀毕业生、大创计划、国家奖学金等。

第一作者

路仪，四川大学华西护理学院2021级护理学硕士，主要研究方向为“老年护理学”。目前以第一作者发表学术论文2篇，其中1篇为SCI索引论文，1篇为中文北大核心期刊。在读期间，参加中日樱花科技交流活动，参加1次国内外学术会议并做发言。

卜发倩，四川大学生物治疗国家重点实验室2020级药学专业硕士研究生，主要研究方向为肿瘤药理学，以第一/共同第一作者发表SCI论文4篇、北大核心期刊论文1篇，参与纵向课题3项，获得四川大学“优秀研究生”和“优秀毕业研究生”荣誉称号。

王方，四川大学华西护理创新研究中心助理研究员。主要研究方向为护理+分子生物学研究，包括疾病发生、发展机制与护理的联系，疾病照护相关实验模型研究等。主持包括国家自然科学基金青年基金项目、四川省自然科学基金项目、四川大学华西护理学科发展专项基金项目、四川大学“从0到1”学科前沿自由探索类项目在内的项目4项。发表高水平学术论文30余篇，获四川大学专利实施转化优秀奖。