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为探究有氧运动训练对高原缺氧暴露大鼠 L&M 性能的影响及相关机制，扬州大学研究人员开展研究。结果发现有氧运动可缓解缺氧导致的 L&M 性能下降，激活 PKA–CREB–BDNF 通路。该研究为改善高原缺氧认知障碍提供依据，值得一读。
在大脑的奇妙世界里，学习和记忆（Learning and Memory，L&M）就像两把神奇的钥匙，打开我们获取知识、存储经验的大门，是大脑至关重要的高级神经功能。蛋白质激酶 A（Protein Kinase A，PKA） - cAMP 反应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）信号通路在维持长期记忆所需的新蛋白质合成过程中，扮演着举足轻重的角色。CREB 如同一个勤劳的 “指挥官”，存在于真核细胞的细胞核中，尤其是大脑各类神经元里，它能调控基因转录，在学习和记忆的形成过程中起到决定性作用，是记忆存储不可或缺的转录因子。当神经递质促进突触后膜中环状 AMP（cyclic AMP，cAMP）合成时，PKA 被激活，进而使 CREB 磷酸化。磷酸化的 CREB 就像被点燃的 “导火索”，能促进 CRE 序列的转录，调控众多下游基因的表达，比如编码突触素 I 和脑源性神经营养因子（Brain - Derived Neurotrophic Factor，BDNF）的基因，影响神经元的存活、生长以及突触可塑性，推动长期记忆的形成。
然而，大脑这个 “娇弱的小公主” 对缺氧极为敏感。慢性高原缺氧如同一个潜伏的 “破坏者”，会悄无声息地引发大脑功能障碍，学习和记忆、行为以及情绪等方面都会受到影响。急性缺氧、慢性缺氧和间歇性缺氧，这三个 “捣蛋鬼” 都会导致记忆受损和学习能力下降。急性缺氧时，糖酵解、氧化应激、线粒体功能障碍、神经毒性和炎症反应等就像一群 “小怪兽”，会造成学习和记忆缺陷；而慢性缺氧更 “厉害”，它会引起神经血管耦合受损、细胞凋亡和转录因子介导的炎症，这些损伤恢复起来难度更大。
尽管大家都知道适当的运动训练对学习和记忆有好处，就像给大脑注入了一股活力，但在不同海拔缺氧环境下，运动训练对学习和记忆性能会产生怎样的影响，背后的机制又是什么呢？这就像一团迷雾，笼罩在科研人员的心头。为了揭开这团迷雾，扬州大学的研究人员在《BMC Neuroscience》期刊上发表了一篇名为 “Effect of aerobic exercise training on learning and memory performance in rats exposed to altitude hypoxia and its relationship with hippocampal plasticity and the PKA–CREB–BDNF signaling pathway” 的论文。他们发现，有氧运动训练就像大脑的 “保护神”，可以缓解高原缺氧暴露导致的学习和记忆性能下降，这可能是通过激活海马体的 PKA - CREB - BDNF 信号通路来实现的，这一发现为改善高原缺氧环境下人们的认知功能提供了重要线索。
为了开展这项研究，研究人员采用了几种关键技术方法。首先，他们将实验大鼠分为不同的组，有的在正常氧气环境，有的在缺氧环境，还有的在不同环境下进行运动训练。然后，利用莫里斯水迷宫（Morris Water Maze，MWM）测试来评估大鼠的学习和记忆能力，就像给大鼠们设置了一个 “智慧挑战关卡”。接着，通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）观察海马组织中突触和线粒体的结构变化，看看细胞内部发生了什么 “小秘密”。最后，运用逆转录聚合酶链式反应（Reverse Transcription - Polymerase Chain Reaction，RT - PCR）技术，检测海马组织中 PSD95、SYP、PKA、CREB、CBP 和 BDNF 等基因的 mRNA 表达水平，了解这些基因在不同条件下的 “活跃度”。
下面我们来看看研究人员都有哪些重要发现吧。
不同组大鼠学习和记忆能力的变化
研究人员通过对正常氧对照组（Normoxic control group，NC）、缺氧对照组（Hypoxic control group，HC）、正常氧运动组（Normoxic exercise group，NE）和缺氧运动组（Hypoxic exercise group，HE）进行分析发现，缺氧和运动训练这两个 “小伙伴” 在缩短大鼠找到平台的逃避潜伏期和增加穿越平台次数方面，并没有明显的相互作用。但是，慢性缺氧这个 “坏家伙” 可真不省心，它会显著延长逃避潜伏期，减少穿越平台的次数，就好像给大鼠的大脑 “戴上了枷锁”。而运动训练则像一阵 “清风”，可以明显缩短逃避潜伏期，增加穿越平台的次数。对比一下，HC 组的大鼠在水迷宫中找平台的速度比 NC 组慢很多，穿越平台的次数也少；NE 组虽然有所改善，但差异不明显；而 HE 组的大鼠就厉害啦，逃避潜伏期明显缩短，穿越平台次数显著增加，这说明有氧运动训练在缺氧环境下对改善大鼠学习和记忆能力效果显著。
各组大鼠海马中 PSD - 95 和 SYP 的 mRNA 表达变化
研究发现，缺氧和运动训练在提高海马中 PSD - 95 或 SYP 的 mRNA 表达方面，也没有显著的相互作用。缺氧会像 “霜打的茄子” 一样，让海马中 PSD - 95 和 SYP 的 mRNA 表达明显下降。而长期运动训练则像给这两个基因 “打了一针兴奋剂”，可以显著增加 PSD - 95 的 mRNA 表达，对 SYP 的 mRNA 表达也有提升，只是差异不太明显。具体来看，HC 组海马中 PSD - 95 和 SYP 的 mRNA 表达比 NC 组低很多；NE 组有所增加，但不显著；HE 组的 PSD - 95 的 mRNA 表达则显著增加，SYP 的 mRNA 表达也有所上升。这表明慢性缺氧和运动训练会通过调节 PSD - 95 和 SYP 的 mRNA 表达，影响海马突触可塑性，进而影响学习和记忆性能。
各组海马超微结构的变化
通过透射电子显微镜观察，研究人员发现 NC 组的海马突触结构清晰，突触间隙明显，突触后密度（Postsynaptic Density，PSD）厚实，突触小泡丰富，线粒体结构正常。HC 组就惨啦，海马突触数量减少，突触间隙模糊，线粒体结构变形。NE 组则呈现出一派 “繁荣景象”，突触数量多，间隙清晰，PSD 厚度增加，线粒体数量也增多。HE 组比 HC 组好多了，突触、突触小泡、PSD 厚度和线粒体数量都增加了，线粒体结构也接近正常。进一步分析发现，缺氧会减少海马突触数量、PSD 厚度和长度，而运动训练可以增加这些参数。这说明慢性缺氧会破坏海马突触结构的可塑性，而适当运动训练则能在正常氧和缺氧条件下，增加海马 CA1 区突触结构的可塑性，对缺氧导致的海马突触结构损伤有保护作用。
各组大鼠海马 BDNF mRNA 表达的变化
研究结果显示，缺氧和运动训练对增加海马 BDNF mRNA 表达没有显著的相互作用。慢性缺氧会让海马 BDNF mRNA 表达大幅下降，就像给 BDNF 基因 “泼了一盆冷水”。而运动训练则像温暖的 “阳光”，可以显著增加 BDNF mRNA 表达。具体到各组，HC 组的海马 BDNF mRNA 表达比 NC 组低很多，NE 组有所增加但不明显，HE 组则显著增加。这表明在高原缺氧环境下，适当的有氧运动训练可以提高海马 BDNF mRNA 表达，从而增强学习和记忆性能。
各组海马 PKA、CREB 和 CBP 的 mRNA 表达变化
同样，缺氧和运动训练对海马 PKA、CREB 和 CBP 的 mRNA 表达也没有显著的相互作用。长期高原缺氧会像 “刹车” 一样，显著下调这些基因的 mRNA 表达，而运动训练则像 “油门”，可以显著上调它们的表达。对比各组，HC 组的这些基因 mRNA 表达比 NC 组低很多，NE 组有所增加但不显著，HE 组则显著增加。这意味着长期高原缺氧会抑制海马 PKA - CREB - BDNF 信号通路，而适当的有氧运动训练可以在高原缺氧条件下，通过上调该信号通路，有效减轻学习和记忆损伤。
综合这些研究结果和讨论部分，我们可以得出这样的结论：长期高原缺氧暴露就像一个 “大反派”，会抑制海马 PKA - CREB - BDNF 信号通路，从而损害学习和记忆性能；而有氧运动训练则是 “超级英雄”，可以显著逆转高原缺氧导致的学习和记忆能力下降。慢性缺氧暴露和运动训练会调节海马 PKA - CREB - BDNF 的表达，这可能是影响学习和记忆性能的关键机制。这项研究的意义非凡，它为生活在高原缺氧环境中的人们带来了希望。人们可以通过定期进行有氧运动训练，缓解缺氧对认知功能的损害，提高生活质量。同时，也为后续进一步研究运动训练对高原缺氧环境下学习和记忆性能的影响及机制，提供了重要的实验依据，让我们离解开大脑在缺氧环境下的奥秘又近了一步。
