运动如何改善大脑的健康
凯莉?塞菲科（Kelly Servick）
http://news.siencemag.org/biology/2013/how-exercise-beefs-brain
尽管我们的肌肉输送铁离子，我们的细胞输送其他的一些物质：这些分子有助于保持一个健康的大脑。但是，科学家们一直在为解释众所周知的运动有益于心智的问题而努力，运动具有从拮抗抑郁和衰老到与阿尔茨海默氏症及帕金森氏病作斗争的好处。现在，一个研究团队可能终于找到了运动和健康大脑之间的一种分子联系。
许多运动研究，主要集中于我们身体的负重活动部分。肌肉在运动期间，一种称为FNDC5（内含蛋白质5的纤连蛋白Ⅲ型结构域）的蛋白质产量上升。这种蛋白质的一个片段称为鸢尾素（irisin），被切下并释放进入血液，它促使棕色脂肪细胞的形成，一般认为棕色脂肪可防止一些疾病如糖尿病和肥胖症的发生（白色脂肪是传统的坏东西）。
位于波士顿的哈佛医学院的细胞生物学家布鲁斯?施皮格尔曼（Bruce Spiegelman），在研究肌肉中FNDC5的作用期间，偶然发现了一些令人吃惊的结果：不产生一种称为PGC-1α（过氧化物酶体增殖激活受体γ共激活因子1-α）的小鼠，它们大脑的一些部分异常活跃并有微小的孔，PGC-1α是FNDC5的辅激活剂。其他研究表明FNDC5和PGC-1α不只在肌肉中有，也存在于大脑中，这二者在神经元的发育中可能发挥作用。
施皮格尔曼和他的同事们怀疑，FNDC5（和它所形成的鸢尾素）具有能使运动有益于大脑的功能——特别是一种称为脑源性神经营养因子（BDNF）的关键蛋白质水平升高，这对维持神经细胞的健康和形成新的神经细胞是必不可少的。这些功能，对延缓和避免神经系统疾病包括阿尔茨海默氏症及帕金森氏病是至关重要的。而运动和BDNF之间的联系，已被人们广泛地接受。位于纽约的威尔?康乃尔医学院的神经科学家芭芭拉?亨普斯特德（Barbara Hempstead），他没有参与这项新研究，他说：“这种现象，在过去的十年中已被轻易地确立。”“我们只是不了解它的机制。”
为了搞清楚这种机制，施皮格尔曼和他的同事们在活小鼠和培养的小鼠脑细胞中进行了一系列的实验。首先，他们安排小鼠实施了一个30天的耐力训练方案。他们不必强迫小鼠跑动，因为跑动是小鼠自然觅食行为的一部分。施皮格尔曼指出：“这是很难让它们捧起的重量。”小鼠进入一个正在运转的轮子，每晚相当于跑步5公里。研究论文的共同作者也是哈佛医学院的形体丰满的克里斯蒂娜?然（Christiane Wrann）说，轮子训练的小鼠和不爱活动的更有点像沙发土豆的小鼠之间，除了身体差异之外，该团队还证明存在神经系统的差异。跑动小鼠的海马中含有更多的FNDC5，海马是大脑中负责学习和记忆的区域。
该团队接着利用在培养皿中发育的小鼠脑细胞，证明提升辅激活剂PGC-1α的水平，增加了FNDC5的产生，FNDC5则驱动BNDF基因编码更多生成神经元的关键BDNF蛋白。他们今天把这些结果，在线报告于《细胞代谢》杂志。施皮格尔曼说，如我们运动时在肌肉中发生的那样，发现了神经元反射活动中发生的分子过程，这是令人惊讶的。他说：“很奇怪的是，大脑中被诱导的是相同的通路，正如你所知道的，运动时大脑没有改变位置。”
那么，大脑是如何得到信号来产生BDNF的？有些人推测，运动期间的神经活动（例如像我们协调自己身体的运动），可以用来解释大脑中的变化。不过，脑外的因素如肌肉细胞分泌的一些蛋白质，也可能是驱动的力量。为了测试所生成的鸢尾素，是否在身体的其他部位仍然能够驱动大脑产生BDNF，该团队把一种载有FNDC5的腺病毒注入小鼠的血液，导致肝脏形成和分泌鸢尾素并提高其水平。他们观察到了像运动中相同的效果：海马中的BDNF水平升高。施皮格尔曼说，这表明鸢尾素具有通过血脑屏障的能力，或者它调节一些其他（未知）分子穿越进入大脑。
亨普斯特德认为，这些结果“非常令人兴奋”，并认为这项研究终于开始解释运动如何与BDNF以及其他所谓的神经营养因子保持大脑健康的功能有关。“我认为，要回答的这个问题，已经在我们大多数人的头脑中提出了许多年。”
瑞典卡罗琳斯卡研究所的糖尿病研究人员庞特斯?博斯特伦（Pontus Bostr?m）说，肝脏产生的鸢尾素对大脑的影响是一个“非常酷和有些令人惊讶的发现。”不过，博斯特伦是确定肌肉组织中鸢尾素的首批科学家之一，他说这项研究还没有回答根本的问题：由运动肌肉细胞产生的鸢尾素，经过血流到达大脑，促进BDNF生成的作用有多少，以及大脑产生了多少的鸢尾素？
尽管作者们指出其他重要的调节蛋白可能在驱动BDNF和另外的大脑营养因子中发挥作用，但他们仍专注于鸢尾素的有益作用，希望开发出一种可注射状态的FNDC5，作为神经系统疾病的潜在治疗剂，并改善大脑的健康和延缓衰老。
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