精神

下肢影响大脑!

作者:佚名 来源:奇点网 日期:2018-06-04
导读

         下肢影响大脑!腿部运动竟会调节大脑神经干细胞的数量、增殖以及分化

关键字:  大脑 | 运动 

        在这个鸡汤盛行的时代,奇点糕经常被一些好像很美很有道理的橘子(划掉)句子刷屏,前段时间是“一切都是最好的安排”。

        最近一个刊登在《神经科学前沿》(Frontiers in Neuroscience)杂志上的研究让奇点糕看完之后,脑子里一下就浮现出了这句话。

        这个研究表明,我们的腿部运动不仅仅是被大脑支配的一个被动行为,反过来,它对大脑中神经干细胞的数量、增殖以及分化都有着积极的影响 [1]!也就是说,我们“被安排”用腿部跑跳走路,以及负重锻炼肌肉(比如健身党们熟悉的杠铃深蹲什么的)不是“偶然”的,它的意义不仅仅在于行为层面,更在于神经层面。大脑神经与腿部肌肉的信号传递不是单行线,大脑指挥了腿部的动作,同时,它的健康与发育也在接受着腿部运动的调节。

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        迷人的小东西~

        神经干细胞作为干细胞,具有自我更新和分化成其他细胞的能力,它主要能够分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。

        神经元就不用多说了,另外的星形胶质细胞和少突胶质细胞都可以为神经元提供营养和支持,星形胶质细胞还可以调节大脑内电信号的传导,在神经元受损后修复神经。神经发育障碍领域中还有观点认为,星形胶质细胞的功能障碍在自闭症谱系障碍和精神分裂症等精神障碍疾病中发挥作用 [2]。少突胶质细胞的损伤也与脑瘫、脊髓损伤、中风和多发性硬化症等都有关系。

        不说分化出的细胞,神经干细胞本身在再生医学领域中,对包括帕金森病、阿尔茨海默氏病等等与衰老有关的疾病的治疗也有着重要意义。

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        星形胶质细胞

        这项新的研究是由意大利米兰大学的研究人员完成的,他们表示,近几年来,不断有研究发现,运动对大脑或是大脑中的神经元有好处,不过,这些研究普遍关注的是疾病症状或是神经通路的改变,而对于它们的“基础”——神经干细胞的影响却几乎没什么关注。

        这是一方面,另一方面呢,研究人员还发现,那些被送到太空里去执行任务的宇航员和因为疾病长时间卧床不起的患者除了肌肉出现不同程度的萎缩外,大脑的功能也会受到一定的影响。不管是卧床的患者还是宇航员,细想一下,他们主要缺乏的都是下肢锻炼,而不是上肢。

        所以,本着填补空白,查漏补缺的心态,研究人员对“缺乏下肢运动”对大脑中神经干细胞会产生怎样的影响进行了研究。

        要限制运动再解剖大脑检查神经干细胞,这肯定是不能在人类中做了,所以研究人员祭出了得力助手——小白鼠。怎么让它们不使用下肢呢?研究人员在小鼠的尾巴上系上绳子,栓到鼠笼的顶部,调节绳子的长度,让小鼠的两只前爪可以接触地面,小鼠与地面呈 30-40°的角度,后爪悬空,也就失去了正常使用后爪运动的能力。从 1979 年开始,这种小鼠模型就在类似的需要控制下肢运动的研究中被使用了 [3]。

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        一个示意图,大家意会一下,滑竿让小鼠可以随意用两只前爪在鼠笼中活动,就是这个画的吊起来的角度有点太大了......

        在 14 天的实验时间内,这些小鼠和可以随意活动的对照组一样正常进食,休息。研究人员安排了兽医在第 1、7 和 14 天时来给小鼠做检查,确定它们的健康和精神状况,结果它们和对照组的小鼠没有太大差别,实验期间,没有一只小鼠因为“难以忍受”而退出实验。(没做过此类实验的奇点糕对这个操作表示目瞪口呆呆呆,兽医应该根据小鼠的行为、生理和精神状况的指标进行了判断,毕竟小鼠填写不了调查问卷不是)

        实验完成后,两组小鼠在麻醉状态下为科学献身。对于哺乳动物来说,成年神经形成主要发生在少数几个大脑区域里:侧脑室脑室下区(SVZ)、海马体齿状回的亚颗粒区以及脊髓。

        研究人员这次将主要目标锁定在 SVZ 区域,通过一系列处理和染色,他们对神经干细胞从数量到特征都进行了对比。首先从数量上来说,缺少下肢运动的小鼠处于增殖期的干细胞比对照组要少 70%!对照组平均有 157.7±50.0 个(每平方毫米),而实验组只有 60.4±8.30 个。

        数量少了这么多,活跃度能不能找回点面子,比对照组好一点呢?可惜并不能。实验组的小鼠干细胞增殖速度更慢,停留在休止期的细胞明显增加,分裂期的细胞则相应减少。

        除了这些,神经干细胞的分化能力也变弱了,在对照组中,分化出的神经元百分比为 6.8±1.74,而实验组只有 0.56±0.2,其中的成熟神经元也更少。少突胶质细胞就更可怜了,对照组的百分比有 1.74±0.54,而实验组是 0.00±0.01。(虽然想到会很少,但是没想到能这么少)

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        E、H:分化出的神经元、少突胶质细胞的百分比

        F、G:少突胶质细胞(蓝色)数量对比

        最后,研究人员发现,实验组神经干细胞的代谢能力也变差了,从代谢产物水平上来说,比对照组少了一半左右。

        让我们来思考一下,这个结果说明,神经干细胞的方方面面,从里到外,在失去下肢运动的情况下都受到了损伤。小鼠可以在笼子里用前爪随意溜达,但是不能使用后爪让它们失去了攀爬等技能,虽然它们的后肢可以随意伸展,晃来晃去,但是肌肉没有任何重量负荷,肌肉力量也不能得到发展。(大家可以想一下,平时我们走路、跑跳、健身练腿,即使不绑沙袋、扛杠铃,做额外负重,但也承担着自身重量,可是被吊起来的小鼠是完全没有重量负荷的)所以说,研究人员认为,神经干细胞的损伤正是来自于下肢运动的减少。

        虽然说,我们的久坐习惯,腿部运动的缺乏达到不了宇航员或是长期卧床病人的程度,但是反过来想,腿部运动对于大脑中神经干细胞的塑造如此重要,神经干细胞又是为我们提供新的神经元和神经胶质细胞的“储存库”,我们要是能多运动运动,会不会也能多得到些好处呢?(关于神经元在成年后是否能一直产生这点争论很多,至今也没有共识,奇点糕以前也介绍过相关研究)

        对于这个“最好的安排”,请大家服从安排,坚持运动,不要懈怠~

        编辑神叨叨

        研究的第一作者 Daniele Bottai 博士在神经系统疾病领域中摸爬滚打了十几年,他表示:“我们对大脑健康的了解,才刚刚开始而已。”奇点糕深以为然。

        参考资料:

        [1] Adami R, Pagano J, Colombo M, et al. Reduction of movement in neurological diseases: effects on neural stem cells characteristics[J]. Frontiers in Neuroscience, 2018, 12: 336.

        [2] Sloan S A, Barres B A. Mechanisms of astrocyte development and their contributions to neurodevelopmental disorders[J]. Current opinion in neurobiology, 2014, 27: 75-81.

        [3] Morey E R, Sabelman E E, Turner R T, et al. A new rat model simulating some aspects of space flight[J]. 1982.

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