運(yùn)動(dòng)促進(jìn)人體健康的生理機(jī)制研究綜述：基于BDNF的視角

馬偉龍

前言

《2016年歐洲臨床實(shí)踐中預(yù)防心血管疾病的指南》及《心血管疾病歐洲指南（CVD）》都強(qiáng)烈建議將定期體育鍛煉預(yù)防和治療心血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的手段和管理方法，大量研究也證明體育鍛煉是預(yù)防和治療諸如抑郁、焦慮等精神疾病及促進(jìn)身體健康的有效手段。

腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain－derived neurotrophic factor，簡(jiǎn)稱BDNF）是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的一員，對(duì)神經(jīng)元的存活、發(fā)育、分化以及神經(jīng)形成、軸突生長(zhǎng)有重要作用。目前很多研究已經(jīng)證明BDNF在運(yùn)動(dòng)與促進(jìn)人體健康中間起到了關(guān)鍵作用，BDNF對(duì)于人體的多種能力，如學(xué)習(xí)、記憶、理解等能力有著顯著促進(jìn)作用，并且對(duì)諸如阿爾茨海默?。ˋD）、輕度認(rèn)知障礙（MCI）、多發(fā)性硬化癥（MS）等神經(jīng)系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)疾?。–VD）疾病有著預(yù)防和治療作用。探討運(yùn)動(dòng)基于BDNF對(duì)人體健康產(chǎn)生影響的機(jī)制具有重要意義，這可以更好提高運(yùn)動(dòng)促進(jìn)人體健康生理機(jī)制的科學(xué)化研究水平，并且可以更好地指導(dǎo)人們通過(guò)合理的體育運(yùn)動(dòng)來(lái)促進(jìn)身體健康。

1 腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF的作用機(jī)制

研究表明，BDNF往往會(huì)與體內(nèi)其他激素或者生長(zhǎng)因子協(xié)同完成調(diào)節(jié)任務(wù)，可以在一定程度上調(diào)節(jié)其他激素水平，BDNF在微調(diào)細(xì)胞功能方面擁有強(qiáng)大的指揮力，具有高空間選擇性，可以激活神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的基因，制造更多的BDNF以及建立突觸所需要的血清素和蛋白質(zhì)。

1.1 BDNF與神經(jīng)可塑性

通過(guò)對(duì)人體和動(dòng)物的研究，研究人員得到了越來(lái)越多的證據(jù)，并以此來(lái)支持體育鍛煉可以通過(guò)增強(qiáng)神經(jīng)的可塑性來(lái)降低幾類(lèi)疾病的發(fā)生概率，并且使已發(fā)生的病癥得到緩解，如癡呆、癲癇、脂肪堆積等，在西方很多國(guó)家已經(jīng)將缺乏運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)導(dǎo)致癡呆的可改變的危險(xiǎn)因素。在既往研究中，運(yùn)動(dòng)對(duì)于大腦健康的影響已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的核心之一，已有研究證據(jù)表明，運(yùn)動(dòng)通過(guò)BDNF的作用來(lái)誘發(fā)神經(jīng)的可塑性，它通過(guò)不同的途徑（如突觸發(fā)生、神經(jīng)發(fā)生、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)）增強(qiáng)神經(jīng)可塑性，BDNF是運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的一個(gè)重要潛在介質(zhì)。很早以前，研究者發(fā)現(xiàn)往皮氏培養(yǎng)皿內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞撒上些BDNF，細(xì)胞就會(huì)形成新的分支，BDNF還與突觸上的受體結(jié)合，釋放離子流，增加電壓后迅速擴(kuò)大信號(hào)強(qiáng)度。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)可通過(guò)不同的機(jī)制影響大腦，而運(yùn)動(dòng)對(duì)BDNF信號(hào)通路的影響是最重要的機(jī)制之一。

1.2 BDNF對(duì)于LTP的影響

BDNF屬于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（NT）家族，在哺乳動(dòng)物中還包括神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3（NT－3）和NT－4／5。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)神經(jīng)發(fā)生、突觸發(fā)生、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）和蛋白質(zhì)合成效率等重要神經(jīng)生物學(xué)過(guò)程具有重要的調(diào)控作用。BDNF可以激活神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的基因，制造更多的BDNF以及建立突觸所需要的血清素和蛋白質(zhì)，學(xué)習(xí)記憶需要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)增強(qiáng)效應(yīng)（LTP）的動(dòng)態(tài)機(jī)制來(lái)強(qiáng)化神經(jīng)元之間的關(guān)系。BDNF在LTP的誘導(dǎo)及神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮重要作用，被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)改善大腦功能最重要的調(diào)節(jié)因子之一。

Brigadski，T和Huang，E.J等人研究發(fā)現(xiàn)BDNF可以通過(guò)不同的機(jī)制和時(shí)間尺度來(lái)介入和影響神經(jīng)的可塑性。BDNF通過(guò)與TrkB（酪氨酸激酶B）的結(jié)合發(fā)揮作用，在幾秒到幾分鐘內(nèi)誘導(dǎo)谷氨酸能突觸連接處的LTP和新的突觸棘的生長(zhǎng)，從而使新的記憶痕跡在現(xiàn)有的突觸上初步形成。BDNF有助于依賴于持久LTP和記憶形成的蛋白質(zhì)合成的鞏固，甚至在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)元和突觸形成，將新生神經(jīng)元整合到神經(jīng)元回路中，從而形成記憶體。通過(guò)這些方式，BDNF信號(hào)傳導(dǎo)關(guān)鍵地促進(jìn)了神經(jīng)元可塑性的細(xì)胞機(jī)制，從而驅(qū)動(dòng)了記憶的形成，鞏固和恢復(fù)。

1.3 BDNF對(duì)于疾病的積極作用

BDNF對(duì)LTP的積極影響對(duì)于一些疾病的控制和恢復(fù)意義重大，神經(jīng)突觸的增長(zhǎng)有助于形成新的記憶體從而對(duì)例如老年性癡呆、神經(jīng)衰弱、輕度認(rèn)知障礙（MCI）和阿爾茨海默病（AD）產(chǎn)生預(yù)防和恢復(fù)作用。BDNF與精神疾?。ɡ缇穹至寻Y、嚴(yán)重抑郁障礙、焦慮癥）和神經(jīng)系統(tǒng)疾病也存在緊密的聯(lián)系，據(jù)報(bào)道，在輕度認(rèn)知障礙（MCI）或阿爾茨海默病（AD）患者中，大腦海馬體和血液中的BDNF水平降低。BDNF可以提高神經(jīng)細(xì)胞的功能，促使它們生長(zhǎng)，同時(shí)可以鞏固和抵御其細(xì)胞死亡的自然進(jìn)程，BDNF是思想、情感和運(yùn)動(dòng)之間至關(guān)重要的生物學(xué)紐帶。

除此之外，R.Linker等人和F.Luhder等人發(fā)現(xiàn)有一組神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)因子，調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的分化和存活，以及突觸可塑性，并支持神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，C.Ozkul等人和C.P.Mackay等人確認(rèn)了腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）和胰島素樣生長(zhǎng)因子1（IGF－1）是其中兩個(gè)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，在多發(fā)性硬化癥（MS）的緩解或預(yù)防干預(yù)中起到重要作用。Weinstein等人研究發(fā)現(xiàn)，血清中較高的BDNF水平，可以預(yù)防癡呆癥。

2 運(yùn)動(dòng)與BDNF的關(guān)系

Karl Cotman通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)組內(nèi)的老鼠大腦BDNF增幅顯著超過(guò)了對(duì)照組，并且運(yùn)動(dòng)組老鼠大腦BDNF水平與運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)成正相關(guān)。Boehme等人同樣發(fā)現(xiàn)BDNF在大腦中的表達(dá)水平在運(yùn)動(dòng)鍛煉后顯著增加。Choi等人在報(bào)告中說(shuō)，在阿爾茨海默病（AD）小鼠模型中，運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的成年海馬體神經(jīng)發(fā)生了認(rèn)知改善、BDNF水平增加，在健康的人體中，體育鍛煉同樣會(huì)增加外周的BDNF水平。德國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)后學(xué)習(xí)詞匯的速度比運(yùn)動(dòng)前提高了20%，而學(xué)習(xí)速度和BDNF水平有直接的關(guān)系。Duzel等人、Dordevic等人以及Dresler等人證明運(yùn)動(dòng)可以改善人的認(rèn)知水平（如在學(xué)習(xí)、記憶、理解等方面），在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)BDNF，IGF－1、FGF－2等神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)，正式運(yùn)動(dòng)促成了它們的表達(dá)。王燕軍等人也通過(guò)老鼠跑臺(tái)試驗(yàn)證明了體育鍛煉作為一種非藥物方法可有效改善糖尿病大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，Madarshahian等研究發(fā)現(xiàn)有規(guī)律的體育鍛煉有助于提高Ⅱ型糖尿病患者的認(rèn)知功能，已有大量研究表明，運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的神經(jīng)可塑性離不開(kāi)BDNF。這些研究表明，運(yùn)動(dòng)與BDNF在一定程度上是同步變化的，運(yùn)動(dòng)通過(guò)BDNF的中介作用，使運(yùn)動(dòng)達(dá)到了促進(jìn)人體健康的目的。

3 討論

運(yùn)動(dòng)通過(guò)BDNF及其中介作用達(dá)到了促進(jìn)人體健康功能，對(duì)于其功能機(jī)制我們已經(jīng)有了一定的研究和了解，但是在運(yùn)動(dòng)種類(lèi)、強(qiáng)度、頻率以及運(yùn)動(dòng)環(huán)境等對(duì)BDNF水平的影響尚未完全明了，既往研究所得出的結(jié)論也存在不同，有研究發(fā)現(xiàn)，與中高等連續(xù)運(yùn)動(dòng)相比，高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練更能喚醒其BDNF的水平，另有幾項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，BDNF似乎與血液中乳酸水平有關(guān)，乳酸濃度越高，BDNF在血清或血漿中的水平越高。BDNF水平與不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、負(fù)荷之間存在一定聯(lián)系，似乎與持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)也存在關(guān)系，Ozkul等人研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行八周聯(lián)合訓(xùn)練的受試者與普通健康受試者相比BDNF水平?jīng)]有顯著差異，Khademosharie等人研究發(fā)現(xiàn)在MS患者在連續(xù)訓(xùn)練12周后，BDNF水平?jīng)]有顯著差異，Wens等人的研究發(fā)現(xiàn)MS患者在連續(xù)訓(xùn)練24周，BDNF水平顯著增加。因此可以確定運(yùn)動(dòng)對(duì)BDNF的水平有著重要影響，但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)種類(lèi)、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)頻率、運(yùn)動(dòng)環(huán)境等影響因素在其中所起到的作用尚未完全明了，具體影響機(jī)制還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

運(yùn)動(dòng)促進(jìn)人體健康在生理機(jī)制上通過(guò)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF的中介作用調(diào)節(jié)身體其他生理機(jī)制和體成分的變化，從而實(shí)現(xiàn)改善人體機(jī)能、促進(jìn)人體健康的作用。但是不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間等因素對(duì)BDNF的水平也存在著影響。未來(lái)應(yīng)該針對(duì)運(yùn)動(dòng)種類(lèi)、強(qiáng)度、頻率等影響因素做進(jìn)一步深入細(xì)化研究，這可以幫助人們更有針對(duì)性地、更科學(xué)合理地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉，對(duì)于運(yùn)動(dòng)康復(fù)計(jì)劃、運(yùn)動(dòng)處方的制定也具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。