高巧婧
成都体育学院 四川成都 610041
摘要：海马组织（Hippocampus）是脑内主要负责学习与记忆的场所，但其功能会随着衰老而出现减退，出现例如阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)等神经退化性疾病，严重影响老年生活。人们认为，运动对脑功能的积极影响是通过大脑海马脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、酪氨酸激酶受体B(Tropomyosin-related kinase B,TrkB)、环磷酸腺苷效应元件结合蛋白(Cyclic AMP response element binding protein,CREB)信号通路介导的。
关键词：海马；运动；BDNF；TrkB；CREB
1前言
脑作为哺乳动物最高级、复杂的器官，是中枢神经系统的主要组成部分，对一系列的行为起着调控的作用，位于大脑内的海马体（Hippocampus）主要负责学习和记忆，是记忆处理储存的主要场所。有研究显示，有氧运动能影响海马BDNF、TrkB、CREB的表达，提高学习与记忆的能力[1]。
2海马体与学习、记忆的概述
海马体（Hippocampus），又名海马回、海马区、大脑海马，海马体位于大脑丘脑和内侧颞叶之间，属于边缘系统的一部分，主要负责长时记忆的储存转换和定向等功能。如果海马神经元被破坏或丢失，大鼠的学习、记忆能力均表现为下降[2],所以海马神经元的功能对认知、学习及记忆起着至关重要的影响。
学习是个体后天与周围环境接触、获得经验而产生的行为变化的过程。哺乳动物的大脑通过神经系统获得和接收外界环境信息，从而对其自身的行为产生适应性变化和影响的过程就是脑学习的过程[3]。
3学习记忆的相关蛋白和信号通路
脑源性神经营养因子(BDNF)分泌到突触内，激活原肌球蛋白受体激酶B(TrkB)及其下游信号级联，参与突触可塑性和认知功能的关键基因转录事件[4]。BDNF的受体主要是酪氨酸激酶受体（Tyrosine kinase receptor,Trk），酪氨酸激酶受体家族包含了TrkA、TrkB、TrkC三种亚型。其中TrkB介导BDNF和神经营养因子4/5（Neurotrophin-4/5,NT4/5）。CREB在脑内所有细胞中均有表达，对长期记忆的形成很重要，涉及代谢、学习与记忆、细胞周期调控、细胞信号、生长繁殖发育等多种功能。CREB是BDNF/TrkB通路的下游靶点，也是细胞外调节蛋白激酶(Extracellular Regulated protein kinases,ERK)磷酸化底物之一，通过诱导多种基因的作用使得丝氨酸133的磷酸化控制激活CREB。
4运动对海马BDNF/TrkB/CREB信号通路的影响
长期的运动能够显著上调大鼠海马组织内BDNF的表达，BDNF的含量上升会促使其与TrkB充分结合，或者使TrkB表达的显著增加，激活下游信号通路分子，实现海马组织CREB表达的显著增加[5]。BDNF通过使树突轴突面积增大、数目增多，复杂化突起之间的联系来促进突触形态的改变[6]，运动可通过改变BDNF/ TrkB的表达量影响突触结构可塑性，最终促进或抑制空间学习和记忆能力。运动通过提升BDNF的表达来提高个体对空间关的认知和记忆能力，药物抑制BDNF的表达可阻断运动对此能力的促进作用[7]。运动可改善因酒精暴露引起的海马神经元树突复杂化降低，并伴随海马BDNF的表达升高[8]。以上的实验结果都表明，进行长期中等强度的有氧运动会促使BDNF基因的转录，增加BDNFmRNA的数量，从而进一步提高海马BDNF的表达量，并且通过激活海马组织对记忆进行恢复，影响BDNF/TrkB/CREB信号通路，促进神经可塑性和长期记忆。
5小结与展望
综上所述，长期的适宜运动会上调与记忆有关的蛋白，比如BDNF/TrkB/CREB通路的表达，引发一系列的离子通道和信号通路，减缓海马神经元的衰老、减少海马神经元的凋亡，增强学习与记忆的能力。面对目前的老龄化趋势，运动作为一种非药物干预手段，应该成为研究的重点，所以，运动已被证明能减缓衰老过程中所出现的认知记忆减退的相关疾病，值得被提倡。
参考文献
[1]魏宁. 有氧跑台运动对海马BDNF、TrkB、CREB的表达及学习记忆的影响[D].南京体育学院,2020.
[2]熊翱,金戈,许建中.创伤性脑损伤对大鼠海马神经元骨架蛋白及学习记忆功能的影响[J].中国生物化学与分子生物学报,2019,35(11):1242-1251.
[3]Clark RE. A History and Overview of the Behavioral Neuroscience of Learning and Memory. Curr Top Behav Neurosci. 2018;37:1-11.
[4]Chao MV. Neurotrophins and their receptors: a convergence point for many signalling pathways. Nat Rev Neurosci. 2003 Apr;4(4):299-309.
[5]孙梦雅. 运动对大鼠空间学习和记忆能力、海马功能蛋白表达量的影响[D].南京体育学院,2019.
[6]Figurov A, Pozzo-Miller LD, Olafsson P, Wang T, Lu B. Regulation of synaptic responses to high-frequency stimulation and LTP by neurotrophins in the hippocampus. Nature. 1996 Jun 20;381(6584):706-9.
[7]Vaynman S, Ying Z, Gomez-Pinilla F. Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition. Eur J Neurosci. 2004 Nov;20(10):2580-90.
[8]Boschen KE, McKeown SE, Roth TL, Klintsova AY. Impact of exercise and a complex environment on hippocampal dendritic morphology, Bdnf gene expression, and DNA methylation in male rat pups neonatally exposed to alcohol. Dev Neurobiol. 2017 Jun;77(6):708-725.