下肢影響大腦！腿部運動竟會調節神經幹細胞的數量、增殖以及分化

在這個雞湯盛行的時代，奇點糕經常被一些好像很美很有道理的橘子（劃掉）句子刷屏，前段時間是「一切都是最好的安排」。

最近一個刊登在《神經科學前沿》（Frontiers in Neuroscience）雜誌上的研究讓奇點糕看完之後，腦子裡一下就浮現出了這句話。

這個研究表明，我們的腿部運動不僅僅是被大腦支配的一個被動行為，反過來，它對大腦中神經幹細胞的數量、增殖以及分化都有著積極的影響[1]！也就是說，我們「被安排」用腿部跑跳走路，以及負重鍛煉肌肉（比如健身黨們熟悉的杠鈴深蹲什麼的）不是「偶然」的，它的意義不僅僅在於行為層面，更在於神經層面。大腦神經與腿部肌肉的信號傳遞不是單行線，大腦指揮了腿部的動作，同時，它的健康與發育也在接受著腿部運動的調節。

神經幹細胞作為幹細胞，具有自我更新和分化成其他細胞的能力，它主要能夠分化成神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。

神經元就不用多說了，另外的星形膠質細胞和少突膠質細胞都可以為神經元提供營養和支持，星形膠質細胞還可以調節大腦內電信號的傳導，在神經元受損後修復神經。神經發育障礙領域中還有觀點認為，星形膠質細胞的功能障礙在自閉症譜系障礙和精神分裂症等精神障礙疾病中發揮作用[2]。少突膠質細胞的損傷也與腦癱、脊髓損傷、中風和多發性硬化症等都有關係。

不說分化出的細胞，神經幹細胞本身在再生醫學領域中，對包括帕金森病、阿爾茨海默氏病等等與衰老有關的疾病的治療也有著重要意義。

這項新的研究是由義大利米蘭大學的研究人員完成的，他們表示，近幾年來，不斷有研究發現，運動對大腦或是大腦中的神經元有好處，不過，這些研究普遍關注的是疾病癥狀或是神經通路的改變，而對於它們的「基礎」——神經幹細胞的影響卻幾乎沒什麼關注。

這是一方面，另一方面呢，研究人員還發現，那些被送到太空里去執行任務的宇航員和因為疾病長時間卧床不起的患者除了肌肉出現不同程度的萎縮外，大腦的功能也會受到一定的影響。不管是卧床的患者還是宇航員，細想一下，他們主要缺乏的都是下肢鍛煉，而不是上肢。

所以，本著填補空白，查漏補缺的心態，研究人員對「缺乏下肢運動」對大腦中神經幹細胞會產生怎樣的影響進行了研究。

要限制運動再解剖大腦檢查神經幹細胞，這肯定是不能在人類中做了，所以研究人員祭出了得力助手——小白鼠。怎麼讓它們不使用下肢呢？研究人員在小鼠的尾巴上繫上繩子，栓到鼠籠的頂部，調節繩子的長度，讓小鼠的兩隻前爪可以接觸地面，小鼠與地面呈30-40°的角度，後爪懸空，也就失去了正常使用後爪運動的能力。從1979年開始，這種小鼠模型就在類似的需要控制下肢運動的研究中被使用了[3]。

圖註：一個示意圖，大家意會一下，滑竿讓小鼠可以隨意用兩隻前爪在鼠籠中活動，就是這個畫的吊起來的角度有點太大了......

在14天的實驗時間內，這些小鼠和可以隨意活動的對照組一樣正常進食，休息。研究人員安排了獸醫在第1、7和14天時來給小鼠做檢查，確定它們的健康和精神狀況，結果它們和對照組的小鼠沒有太大差別，實驗期間，沒有一隻小鼠因為「難以忍受」而退出實驗。（沒做過此類實驗的奇點糕對這個操作表示目瞪口獃獃呆，獸醫應該根據小鼠的行為、生理和精神狀況的指標進行了判斷，畢竟小鼠填寫不了調查問卷不是。

實驗完成後，兩組小鼠在麻醉狀態下為科學獻身。對於哺乳動物來說，成年神經形成主要發生在少數幾個大腦區域里：側腦室腦室下區（SVZ）、海馬體齒狀回的亞顆粒區以及脊髓。

研究人員這次將主要目標鎖定在SVZ區域，通過一系列處理和染色，他們對神經幹細胞從數量到特徵都進行了對比。首先從數量上來說，缺少下肢運動的小鼠處於增殖期的幹細胞比對照組要少70%！對照組平均有157.7±50.0個（每平方毫米），而實驗組只有60.4±8.30個。

數量少了這麼多，活躍度能不能找回點面子，比對照組好一點呢？可惜並不能。實驗組的小鼠幹細胞增殖速度更慢，停留在休止期的細胞明顯增加，分裂期的細胞則相應減少。

除了這些，神經幹細胞的分化能力也變弱了，在對照組中，分化出的神經元百分比為6.8±1.74，而實驗組只有0.56±0.2，其中的成熟神經元也更少。少突膠質細胞就更可憐了，對照組的百分比有1.74±0.54，而實驗組是0.00±0.01。（雖然想到會很少，但是沒想到能這麼少）

圖註：E、H：分化出的神經元、少突膠質細胞的百分比；F、G：少突膠質細胞（藍色）數量對比

最後，研究人員發現，實驗組神經幹細胞的代謝能力也變差了，從代謝產物水平上來說，比對照組少了一半左右。

讓我們來思考一下，這個結果說明，神經幹細胞的方方面面，從裡到外，在失去下肢運動的情況下都受到了損傷。小鼠可以在籠子里用前爪隨意溜達，但是不能使用後爪讓它們失去了攀爬等技能，雖然它們的後肢可以隨意伸展，晃來晃去，但是肌肉沒有任何重量負荷，肌肉力量也不能得到發展。（大家可以想一下，平時我們走路、跑跳、健身練腿，即使不綁沙袋、扛杠鈴，做額外負重，但也承擔著自身重量，可是被吊起來的小鼠是完全沒有重量負荷的）所以說，研究人員認為，神經幹細胞的損傷正是來自於下肢運動的減少。

雖然說，我們的久坐習慣，腿部運動的缺乏達到不了宇航員或是長期卧床病人的程度，但是反過來想，腿部運動對於大腦中神經幹細胞的塑造如此重要，神經幹細胞又是為我們提供新的神經元和神經膠質細胞的「儲存庫」，我們要是能多運動運動，會不會也能多得到些好處呢？（關於神經元在成年後是否能一直產生這點爭論很多，至今也沒有共識，奇點糕以前也介紹過相關研究）

對於這個「最好的安排」，請大家服從安排，堅持運動，不要懈怠~

參考資料：

[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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