《Molecular Brain》：Synergistic actions of corticosterone and BDNF on rat hippocampal LTP
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為探究運動改善認知的機制，研究人員對比皮質酮（CORT）和腦源性神經營養因子（BDNF）對海馬長時程增強效應（LTP）的影響。發現 CORT 無單獨作用，BDNF 增強 LTP，二者聯用效果更顯著且使 PKA 磷酸化，這或為運動改善認知提供新視角。
運動能改善學習和記憶，這在正常和病理狀態下都得到了證實，因此運動成為了治療許多腦部疾病的寶貴方法。然而，運動究竟是如何發揮這一神奇作用的，背后的機制卻如同神秘的面紗，尚未完全揭開。長時程增強效應（Long-Term Potentiation，LTP）作為研究學習和記憶分子及突觸基礎的常用指標，在其中扮演著關鍵角色。在海馬的 CA3-CA1 突觸處，LTP 又可細分為 LTP1 和 LTP2 兩種形式，它們在依賴的信號通路和作用機制上存在差異 ，其中 LTP2 被認為在聯想性長期記憶的形成和維持中起著舉足輕重的作用。
皮質酮（Corticosterone，CORT）和腦源性神經營養因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor，BDNF）這兩種物質，在運動過程中都會被釋放出來，而且它們在下游有著許多共同的作用靶點。但它們單獨以及聯合作用對 LTP 的影響并不明確，這就促使研究人員開展了此項研究，以揭示它們之間的關系，從而為理解運動改善認知的機制提供線索。
來自加拿大的 Lunenfeld-Tanenbaum 研究所、多倫多大學等多個研究機構的 Jonathan S. Thacker、Liam T. Ralph 等研究人員共同開展了這項研究。研究發現，CORT 和 BDNF 聯合作用時，對 LTP 的促進效果比 BDNF 單獨作用更為顯著，且這種聯合作用能夠使蛋白激酶 A（Protein Kinase A，PKA）發生磷酸化。這一研究成果發表在《Molecular Brain》上，為運動改善認知的機制研究提供了新的方向。
研究人員采用了多種關鍵技術方法。首先，使用六周齡的雄性和雌性 Sprague-Dawley 大鼠，在異氟烷麻醉下獲取大腦，并制作 400μm 的海馬冠狀或橫向切片 。接著，通過在不同處理組中分別灌注含 CORT、BDNF 或二者組合的人工腦脊液（ACSF），對海馬切片進行處理。然后，利用場興奮性突觸后電位（fEPSP）記錄技術，記錄 Schaffer 側支 - 連合纖維刺激誘發的反應，以此來評估 LTP。最后，運用 Western blotting 技術檢測 PKA 的磷酸化水平。
研究結果
- CORT、BDNF 對 LTP 的單獨和聯合作用：研究人員利用壓縮式 θ 爆發刺激（cTBS）方案研究不同處理對 LTP 的影響。結果顯示，CORT 對 cTBS 誘導的 LTP 沒有影響；BDNF 能夠增強 cTBS 誘導的 LTP；而 CORT 和 BDNF 聯合使用時，增強 LTP 的效果顯著優于 BDNF 單獨使用 。
- CORT、BDNF 對 PKA 磷酸化的影響：研究人員通過測量 PKA 催化亞基的 T197 磷酸化位點來評估 PKA 的激活情況。結果表明，單獨使用 CORT 或 BDNF 時，PKA 的磷酸化水平沒有明顯變化；但 CORT 和 BDNF 聯合使用時，能夠強烈誘導 PKA 磷酸化 。
研究結論與討論
本研究證實了 CORT 和 BDNF 聯合作用能夠更有效地促進 LTP，這一發現意義重大。由于 CORT 和 BDNF 在運動時都會釋放，所以它們很可能是運動增強認知功能的重要生理介質。雖然本研究是在體外進行的，不能完全模擬體內運動時這兩種分子的釋放模式，但為進一步研究它們在突觸可塑性中的協同關系奠定了基礎。
從機制方面來看，研究人員推測 CORT 和 BDNF 的聯合作用可能通過 PKA 依賴的機制來促進 LTP，不過這還需要后續實驗使用 PKA 抑制劑來進一步驗證。此外，還有一些問題有待深入研究。例如，CORT 和 BDNF 是如何協同發揮作用的？為何 CORT 單獨就能促進高頻刺激（HFS）誘導的 LTP，而對 cTBS 誘導的 LTP 卻需要與 BDNF 聯合才能發揮作用？未來的研究可以從這些方面入手，進一步揭示運動改善認知的分子機制。
總的來說，該研究為理解運動、激素和神經因子之間的關系提供了新的視角，為后續探索運動對大腦認知功能影響的研究指明了方向，有望推動相關領域的進一步發展，為腦部疾病的治療和預防提供新的理論依據。
