客观日本

日美联合发现摄取虾青素+轻度运动可增强海马体记忆能力

2019年05月21日 生物医药
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日本筑波大学的研究小组与美国洛克菲勒大学、日本国立研究开发法人产业技术综合研究所通过共同研究发现,在摄取虾青素(Astaxanthin, AX)的同时配合低强度运动(Mild exercise,ME)可以增强海马体的记忆能力,同时还从分子水平上查明记忆能力的增强与海马体内的瘦素(Leptin, LEP)有关。

作为成人海马神经发生(Adult hippocampal neurogenesis, AHN)和提高记忆力的最佳运动条件,此前研究小组已经通过动物和人证明了低强度运动的有效性。另外还确认,摄取大马哈鱼和虾等大量含有的一种橙红色类胡萝卜素——虾青素,也具有促进成人海马神经发生及提高学习和记忆能力的效果。根据以上结果,本次研究调查了基于低强度运动的海马体功能增强效果能否通过同时摄取虾青素进一步提高。此外,还通过综合进行基因表达分析,推测了负责发挥组合效果的分子基础,并通过基于人神经母细胞瘤的细胞培养实验和利用瘦素缺陷遗传性肥胖小鼠(ob/ob小鼠)的恢复实验进行了验证。

研究内容与成果

1.摄取虾青素配合低强度运动可以加乘性地提高海马体功能

在本次研究中,研发小组使用有助于提高海马体功能的0.5%浓度的虾青素,和以通气阈(人和动物均具备的生理性运动强度指标)为基准设定的低强度运动模型,通过正常成年小鼠调查了二者的搭配对空间学习记忆能力和成人海马神经发生的影响。结果显示,低强度运动+虾青素群组与二者的单独群组相比,空间记忆能力进一步提高(图1A),海马齿状回的细胞繁殖数量(Ki67阳性细胞)和新生成熟细胞数量(BrdU/NeuN阳性细胞)进一步增加(图1B)。而且还首次发现二者搭配能产生协同效应,其效果超过单独进行低强度运动或摄取虾青素时的效果总和。

日美联合发现摄取虾青素+轻度运动可增强海马体记忆能力

图1:摄取虾青素配合低强度运动能增强海马体功能和神经发生

2.通过摄取虾青素并配合低强度运动提高海马体功能的分子机构:与海马体瘦素有关

接下来,研究小组利用可综合进行基因表达分析的DNA微阵列和功能性分析方法IPA(Ingenuity Pathway Analysis),调查了摄取虾青素搭配低强度运动促进海马体功能加乘性提高的分子机制。结果显示,摄取虾青素并配合低强度运动时,具有神经营养效果的瘦素(Leptin, LEP)发生很大变化,估计是海马体内的瘦素表达量增加形成了协同效应。实际上,海马体内的瘦素蛋白表达量通过摄取虾青素并配合低强度运动出现加乘性增加(图2 A),与空间记忆能力呈正相关(图2B)。另一方面,血浆瘦素未随着摄取虾青素并配合低强度运动发生显著变化(图2C)。以上结果表明,二者搭配能提高海马体功能的效果与脑源性海马体瘦素有关,与末梢瘦素无关。另外,研究小组还利用人神经母细胞瘤(SH-SY5Y),调查了脑源性瘦素会通过虾青素对脑神经细胞产生什么作用,结果确认,虾青素会根据其自身浓度增加瘦素的表达,浓度为10和20μM时,表达量显著增加(图2D)。

日美联合发现摄取虾青素+轻度运动可增强海马体记忆能力

图2:摄取虾青素并配合低强度运动提高海马体功能的分子机制:与海马体瘦素有关

3.摄取虾青素并配合低强度运动在ob/ob小鼠身上的效果

为验证上述瘦素与提高海马体功能的关系,研究小组通过利用ob/ob小鼠以及向其投用脑内瘦素,调查了脑源性瘦素是否有助于通过摄取虾青素并配合低强度运动,对提高海马体功能产生协同效应。结果显示,摄取虾青素搭配低强度运动在普通小鼠身上显示出来的加乘提高记忆能力的效果(图1A),并未在ob/ob小鼠身上出现(图3A)。但在实施低强度运动期间,使用渗透泵向ob/ob小鼠脑内注入瘦素后发现,消失的搭配效果又出现了(图3B)。虽然还不能完全否定来自脂肪细胞的末梢瘦素的效果,但根据目前的结果至少可以确定,海马体瘦素有助于提高在摄取虾青素的同时配合低强度运动的效果(图4)。

日美联合发现摄取虾青素+轻度运动可增强海马体记忆能力

图3:摄取虾青素的同时配合低强度运动在ob/ob小鼠身上的效果

日美联合发现摄取虾青素+轻度运动可增强海马体记忆能力

图4:通过在摄取虾青素的同时配合低强度运动增强海马体的神经发生和功能的分子机制

相关研究成果已率先在美国国家科学院发行的综合科学期刊《PNAS》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)上公开。(日文发布全文

文:JST客观日本编辑部

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