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硒支持新神經元的生長並介導有氧運動對大腦的促進作用

硒支持新神經元的生長並介導有氧運動對大腦的促進作用

科學家曾經認為神經發生——新神經元的產生——在生命的最初幾年後就會停止。 然而,過去幾十年的研究不斷擴大,顯示新腦細胞的產生可以延續到成年期,為支持老化或患病大腦的認知、學習和記憶提供令人興奮的新途徑。 一種行之有效的促進神經發生的方法是透過運動——但原因尚不完全清楚。 

現在, 澳洲昆士蘭大學大腦研究所的研究人員 提出運動誘發的神經發生是透過釋放運輸礦物質硒的蛋白質來介導的。 在最近發表的一項研究中 細胞代謝Leiter 及其同事展示了運動小鼠如何產生更多這種促進新神經元生長的硒穿梭蛋白,從而支持記憶和學習,即使是最老的小鼠也是如此。 此外,澳洲研究小組報告稱,膳食補硒可以模仿運動對神經發生的有益影響,這可以為這種現成礦物質的治療用途奠定基礎,以支持老年人的認知功能。 

培育新神經元 

神經發生程度較高的大腦在受傷或受損後可以更好地自我修復,從而產生更好的認知功能和神經可塑性——大腦適應和改變其結構以及重新連接的能力。 神經發生還可以讓大腦獲得新技能,改善情緒控制和記憶鞏固,並不斷增強認知能力。  

先前認為成年人無法形成新腦細胞的觀點源自於成熟神經元無法進行細胞分裂的觀點,這意味著神經系統中的細胞不會像體內其他細胞一樣再生。 

然而,研究人員發現,成體神經發生確實發生——不是透過成熟神經元的細胞分裂,而是透過神經幹細胞或神經祖細胞 (npc) 的分化(成熟)和自我更新。 與幾乎可以分化為體內任何細胞類型的多能幹細胞不同,npc 專門在某些大腦區域成為神經元或稱為神經膠質細胞的非神經元細胞,為神經元提供支持和保護。 

大腦中有兩個主要區域發生神經發生-也稱為神經源性生態位。 其中一個區域是海馬體的齒狀回(dg),這個大腦區域在學習以及短期和長期記憶鞏固中發揮著至關重要的作用。 第二個神經源性生態位是側腦室的室下區(svz)。 除了作為可以繼續形成腦細胞的神經幹細胞的來源之外,svz 還參與腦損傷後星狀細胞(稱為星狀細胞)的生成。

硒支持新神經元的生長並介導有氧運動對大腦的促進作用

挑出硒

在這項研究中,萊特和同事旨在揭示運動誘發的神經發生過程中幕後發生的事情。 當鍛鍊的肌肉發出各種可以影響大腦功能的化學訊號時,他們對久坐的小鼠和在運動輪上跑步的小鼠的血漿中的蛋白質水平進行了篩檢,以尋找差異。 雖然他們發現了數十種蛋白質因運動而改變,但其中一種蛋白質在活躍小鼠的血漿中含量增加了一倍多,這是一種將硒轉運到大腦和其他組織的抗氧化蛋白質,稱為硒蛋白p (sepp1)。

在確定 sepp1 是介導神經發生的潛在蛋白質後,研究團隊進入實驗室研究硒在過程中的作用。 leiter 及其同事以兩種形式的硒治療npc(可以成熟為神經元的細胞):亞硒酸鈉(水和土壤中的一種鹽形式)或硒代蛋氨酸(飲食中的一種有機形式) 。 兩種形式的硒都能顯著促進 npc 增殖(生長)和成熟為腦細胞——在短短 14 天內,這些神經元前體細胞的數量增加了一倍。

他們也研究了直接向小鼠大腦注射亞硒酸鈉的效果,發現注射一週的硒使海馬齒狀回中的 npc 數量增加了兩倍,其中大多數分化為神經元。 然而,服用硒後,在第二個神經源性生態位(svz 區域)中沒有看到有益的影響。 

為了確認 sepp1 是他們正在尋找的關鍵蛋白質,他們研究了缺乏創建 sepp1 所需基因的小鼠。 當這些缺乏 sepp1 的小鼠在跑步機上跑步時,npc 的生長或成熟並未出現預期的促進作用,這表明 sepp1 是這些神經源性益處所必需的。

研究小組對這些結果感到驚訝。 昆士蘭大學昆士蘭腦研究所研究員、首席研究員 tara walker 表示: 說它”,“我從事神經發生研究近 20 年了……我們以前從未見過這樣的事情。 

硒支持老化或受傷大腦的認知

萊特和他的同事隨後旨在確定補充硒是否可以幫助老化大腦的認知能力喪失。 他們在年長小鼠的飲用水中添加了硒代蛋氨酸,這些小鼠的年齡相當於人類的 60 歲左右。 經過一個月的補充後,結果同樣令人印象深刻——海馬區新神經元的數量增加了一倍。 

這些益處也與認知能力的提高有關,因為接受硒處理的老年小鼠在測試記憶和學習能力的兩個迷宮和謎題中比對照小鼠表現更好。 正如作者在論文中所述,“總的來說,這些發現表明補充硒可以恢復與年齡相關的海馬功能缺陷。”

最後,研究團隊檢視了補充硒是否可以逆轉小鼠海馬損傷後的認知缺陷。 接受硒治療的受傷小鼠在記憶測試中的表現與正常未受傷小鼠相比要好。 相反,未接受硒的腦損傷小鼠的記憶力和執行這些任務的能力顯著下降。

硒支持新神經元的生長並介導有氧運動對大腦的促進作用

 

跳過健身房? 嘗試使用硒代替

雖然有氧運動對神經元建設的好處幾十年來一直為人所知,但其潛在機制仍不清楚——現在,這個謎題又增加了一部分。 透過這項研究,leiter 及其同事發現,含硒蛋白 sepp1 對於運動誘發的神經發生至關重要。 

不僅如此,透過補充硒來模仿運動的效果還可以恢復神經發生,並扭轉因老化或受傷而導致的認知喪失。 作為首席研究員沃克 結論”,“這是第一項研究表明,補充硒可以介導運動引起的成人神經發生,並逆轉損傷和衰老引起的學習缺陷。 雖然這並不是放鬆日常運動的藉口,但作者反映了這項研究「對於治療因高齡、虛弱或殘疾而無法運動的人尤其重要」。

缺乏硒與許多與大腦相關的疾病有關,血液中硒的含量往往會隨著年齡的增長而降低。 由於硒是一種容易取得且價格低廉的補充劑,並且存在於許多食物中,包括巴西堅果、海鮮、家禽和內臟肉,因此可以輕鬆地將其納入老年人的飲食或補充劑方案中,以支持大腦健康。 需要注意的是:高劑量服用或食用硒是有毒的,因此請確保不要超過成人每天 400 微克的可耐受攝取上限。 對於未來,研究共同帶頭人侯 狀態 他們“將繼續與我們的合作者合作,研究硒在其他神經系統疾病中的潛在益處。”

參考: 

Leiter o、zhuo z、rust r 等人。 硒介導運動引起的成人神經發生,並逆轉海馬損傷和老化引起的學習缺陷。 細胞代謝物. 2022;S1550-4131(22)00005-5。 doi:10.1016/j.cmet.2022.01.005



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