急性有氧运动与热环境暴露对健康成人外周血单个核细胞脑源性神经营养因子的影响及年龄性别差异研究

《Journal of Thermal Biology》：Brain-derived neurotrophic factor in peripheral blood mononuclear cells from healthy adults following acute aerobic exercise and a 6-hour recovery in temperate and hot environments

本研究探讨了在温带和高温环境中，急性有氧运动及6小时恢复期对健康成年轻年和老年个体外周血单个核细胞（PBMCs）内脑源性神经营养因子（BDNF）含量的影响。研究通过两项回顾性分析发现，在温带环境中，不同强度运动均能提升男性PBMCs中BDNF含量，且效果可持续6小时，其中老年男性在低强度运动下反应更强；而在高温环境中进行高强度运动则普遍削弱了各组的BDNF升高反应。该研究揭示了环境温度与运动强度对细胞内BDNF调节的复杂相互作用，为理解运动诱导的神经保护机制提供了新视角。

　　

在追求健康长寿的现代社会中，规律运动带来的认知益处已得到广泛认可，而脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF）——一种主要由神经元产生的蛋白质——被认为是介导这种益处的关键分子。它像一名辛勤的园丁，滋养着大脑神经元，促进其存活、发育并保持可塑性。以往研究多聚焦于运动后血液中（血浆或血清）BDNF浓度的短暂升高，却忽视了一个重要的“移动仓库”：外周血单个核细胞（Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs）。这类免疫细胞（主要包括淋巴细胞和单核细胞）不仅能够自己合成BDNF的前体，其表面的受体也能与BDNF结合，暗示了神经系统与免疫系统之间存在着一段不为人知的“对话”。然而，运动究竟如何影响PBMCs这个“仓库”里的BDNF库存？这种影响是否会因运动强度、环境温度、以及参与者的年龄和性别而异？特别是在全球热浪事件频发的今天，在高温环境下运动已成为许多人的常态，这种“热情”的运动方式又会给PBMCs内的BDNF带来怎样的变化？这些问题构成了当前研究领域的关键空白。

为了解开这些谜团，由Nicholas Goulet、James J. McCormick等人组成的研究团队，对两项已完成的临床研究数据进行了深入的回顾性分析，相关成果发表在《Journal of Thermal Biology》上。他们的研究旨在精确描绘急性有氧运动后，健康成年轻年与老年个体PBMCs中BDNF含量的动态变化图谱，并重点考察运动强度与环境温度的调节作用。

研究人员为开展此项研究，主要应用了几项关键技术。研究招募了健康的年轻和老年参与者（包括男性和女性），他们均保持规律运动习惯。核心实验环节是让参与者在严格控制的环境舱内，使用半卧式自行车功量计进行标准化的急性有氧运动。研究一（仅男性参与）比较了在温带环境（约25°C）下，分别以低（40% VO_2peak）、中（55% VO_2peak）、高（70% VO_2peak）强度骑行30分钟后的效应。研究二（男女均参与）则重点考察环境温度的影响，让所有参与者在温带（约25°C）和高温（40°C）环境下，均以高强度（70% VO_2peak）骑行30分钟。在整个实验过程中，研究人员严密监测了参与者的核心温度、平均体温、皮肤温度和心率等生理应激指标。关键样本的获取依赖于系列静脉采血，分别在运动前（基线）、运动刚结束、以及恢复期3小时和6小时进行。随后，通过密度梯度离心法从全血中分离出PBMCs。最终，PBMCs中BDNF的蛋白含量通过Western blot技术进行定量分析，并以β-actin作为内参进行标准化。

研究结果

研究一：温带环境下运动强度对PBMCs中BDNF的影响

研究发现，无论运动强度如何，30分钟的骑行均使男性参与者PBMCs中的BDNF含量平均升高约35%，并且这种升高状态在运动结束后长达6小时的恢复期内依然得以维持。出乎意料的是，BDNF的升高幅度并非严格随运动强度增加而递增，40%和70%强度下的BDNF含量均高于55%强度。一个有趣的年龄交互作用显现出来：在低强度（40% VO_2peak）运动后，老年男性PBMCs中的BDNF增加幅度显著大于年轻男性。这表明，对于男性而言，即使是低强度的运动也足以有效提升PBMCs内的BDNF库存，且效果持久，而老年男性对低强度运动可能表现出更强的BDNF应答。

研究二：高温环境下高强度运动对PBMCs中BDNF的影响

当在高温环境（40°C）下进行高强度（70% VO_2peak）运动时，与温带环境下的同等运动相比，所有参与者（包括年轻和老年人，男性和女性）PBMCs中的BDNF升高反应均受到了抑制，平均降低了约15%。这种削弱效应不受年龄组或生物性别的影响。尽管高温环境下的运动导致了更高的平均体温和皮肤温度，但其对PBMCs内BDNF积累的促进作用反而减弱。进一步的性别特异性分析确认，生物性别并未改变BDNF对运动和热应激的反应模式。

研究结论与意义

本研究系统地揭示了急性有氧运动后PBMCs内BDNF含量的动态变化规律，并首次明确了环境温度在此过程中的关键调节作用。主要结论可归纳为：首先，在温带环境中，运动诱导的PBMCs内BDNF升高具有持久性（可持续6小时），且对运动强度的依赖性不强，低至40% VO_2peak的强度即有效，这为将低强度运动纳入促进脑健康的运动处方提供了分子依据。其次，老年男性在低强度运动下表现出更强的BDNF反应，这可能是年龄相关的免疫细胞功能改变所致，提示老年人或许能从更低强度的活动中获得显著的神经滋养益处。最后，也是最重要的发现是，高温环境会削弱而非增强运动引发的PBMCs内BDNF升高，这与以往关于血清BDNF在热应激下升高的报道相反。

这一发现具有重要的理论和实践意义。它提示PBMCs作为BDNF的“细胞内仓库”，其调控机制可能与血清BDNF不同，高温可能通过影响PBMCs的免疫功能或BDNF的分泌动力学，导致细胞内储存减少。在热浪频发的当下，这一发现也敲响了警钟：高温环境下运动虽然可能提升血液循环中的BDNF水平，但可能以消耗免疫细胞内BDNF库存为代价，这或许会增加细胞对热损伤的易感性，因为BDNF本身具有抗炎和抗氧化应激的神经保护潜力。因此，在制定高温环境下的运动建议时，需更加审慎地权衡其潜在益处与风险。

总之，这项研究深化了我们对运动-环境-免疫-神经轴相互作用的理解，揭示了PBMCs在介导运动益处的复杂图景中扮演着独特而持久的角色。它不仅为不同年龄和性别个体在多变环境下的运动策略提供了科学参考，也为未来探索神经保护、免疫调节与环境应激的交叉领域开辟了新的方向。