规律与不规律运动通过差异调节海马-肝脏乙酰胆碱流协调恐惧记忆消退与肝脏炎症的机制研究

本综述深入探讨了规律运动（EX-R）与不规律运动（EX-IR）对大脑-身体相互作用的差异化调控机制。研究发现，EX-R通过强烈抑制隔区胆碱能神经元向海马的轴突mRNA运输及ChAT局部翻译，降低海马ACh水平，进而抑制星形胶质细胞上的α7-nAChR激活，不仅显著促进恐惧记忆消退，还通过海马-杏仁核-迷走神经背核（DMV）-肝脏迷走神经回路抑制肝脏ACh释放，避免肝脏炎症。相反，EX-IR对该通路抑制不足，导致肝脏ACh升高，招募新型FBXL6high中性粒细胞亚群，通过异常铁转运促进花生四烯酸（AA）代谢为前列腺素H2（PGH2）和白三烯B4（LTB4）等促炎介质，加剧非酒精性脂肪肝病（NAFLD）。该研究为运动神经代谢益处的机制及不规律运动的病理风险提供了变革性见解。

　　

引言

尽管运动益处广为人知，但针对规律与不规律运动模式对脑-体相互作用及其分子机制的深入比较研究仍显不足。规律运动（EX-R）指固定强度、固定日程的典型运动方案，而不规律运动（EX-IR）则以其间歇性、碎片化的特点，愈发适应快节奏的现代生活。本研究旨在通过小鼠跑步机模型，探索EX-R与EX-IR在认知功能（如恐惧反应、空间学习记忆、焦虑、空间恐惧记忆消退）、主要器官（如肝脏、心脏）代谢以及免疫状态（特别是循环免疫细胞异质性及其对NAFLD的影响）等方面的差异化效应，并系统研究其相关分子与通路，为通过不同运动模式调控体内平衡的分子机制提供宝贵见解，并为开发模拟运动的药物干预奠定基础。

运动有效改善恐惧记忆消退

行为学评估表明，EX-R不仅能增强恐惧记忆消退，还能抑制恐惧记忆的提取，效果显著优于EX-IR组和对照组（无运动小鼠）。在旷场实验中，EX-R和EX-IR组小鼠的活动水平（总移动距离、平均速度、中心区域停留时间）均显著增加，静止时间减少，焦虑水平降低，这与既往研究一致。Y迷宫实验评估空间记忆则显示三组无显著差异。这些结果提示，规律和不规律运动均能抑制恐惧记忆的持续，但规律运动在促进此类记忆消退方面效果远为显著。

海马ACh水平降低及星形胶质细胞ACh-α7-nAChR信号减弱有助于运动介导的恐惧记忆消退改善

转录组与代谢组学整合分析发现，海马区乙酰胆碱转移酶（ChAT）的mRNA水平在运动组显著降低，且此变化具有区域特异性。RNAscope及蛋白水平验证均证实了运动后海马区ChAT mRNA和蛋白表达下降，伴随ACh水平降低，而ACh合成、运输及代谢通路（CHT1, AChE）未见显著变化。这表明运动特异性诱导了海马的ChAT减少，进而下调ACh水平，且EX-R组的下降程度更为显著。已知脑内ACh参与调节注意力、记忆形成等过程，而海马区ChAT的分布被认为是本模型中恐惧记忆消退的主要原因。

鉴于ACh是α7-nAChR的天然配体，且该受体在星形胶质细胞上对恐惧记忆持续起关键作用，研究进一步探讨了运动是否通过改变ChAT和ACh水平影响海马星形胶质细胞的ACh-α7-nAChR活性。利用光纤光度术记录星形胶质细胞Ca²⁺瞬变，发现EX-R组在恐惧记忆提取阶段星形胶质细胞Ca²⁺瞬变幅度显著降低，冻结水平也相应降低。EX-IR组的降低则不显著。此外，星形胶质细胞条件性敲除α7-nAChR的小鼠表现出与运动类似的促进恐惧记忆消退的效果。这些结果表明，海马ACh水平降低减少了星形胶质细胞上α7-nAChR的激活，介导了运动训练对恐惧记忆消退的改善。

抑制隔区投射至海马的胆碱能神经元中ChAT mRNA的轴突运输和局部翻译介导了运动诱导的海马ACh水平降低

内侧隔核（MS）是海马胆碱能支配的主要来源。研究发现，运动后MS神经元胞体内的ChAT mRNA荧光强度保持稳定，但在海马齿状回（dHP）区域的ChAT mRNA浓度显著降低，EX-R组尤为明显。这表明运动并未改变胞体mRNA合成，而是显著抑制了其从MS到海马的轴突运输。

为探究ChAT mRNA轴突运输的机制，RNA pull-down测序鉴定出其结合蛋白，富集分析显示mRNA处理通路最为显著，并发现丝氨酸/苏氨酸激酶受体相关蛋白（STRAP）等七个共有蛋白。免疫荧光证实STRAP与ChAT mRNA共定位，且在EX-R组中显著减少。进一步研究发现，STRAP与脑酸溶性蛋白1（BASP1）相互作用形成复合物，该复合物的缺乏（尤其在EX-R后）抑制了ChAT mRNA从MS到海马的轴突运输。

规律运动减弱的海马星形胶质细胞α7-nAChR激活也通过海马星形胶质细胞/杏仁核/肝脏迷走神经末梢回路抑制肝脏ACh释放以控制运动后肝脏炎症反应

令人惊讶的是，EX-R并未显著影响肝脏ACh水平，而EX-IR则显著升高了肝脏ACh，这与脑内的调节效应相反。考虑到海马-杏仁核回路以及杏仁核-外周迷走神经回路在疾病模型中的作用，研究发现EX-IR显著增加了杏仁核中央核（CeA）和迷走神经背核（DMV）的c-Fos表达，而EX-R组无显著变化。在星形胶质细胞α7-nAChR条件性敲除小鼠中，EX-IR诱导的CeA和DMV c-Fos表达被取消，肝脏ACh表达降低。这表明EX-R通过抑制海马星形胶质细胞ACh-α7-nAChR信号，进而抑制了海马-杏仁核-肝脏迷走神经回路的兴奋，避免了肝脏ACh的升高。

代谢组学结果显示，两种运动模式显著改变了肝脏代谢物，脂质最为富集，脂肪酸合成与延长相关通路高度富集。靶向代谢组学分析发现，EX-R组肝脏中有益的多不饱和脂肪酸ω3/ω6比率显著升高，而EX-IR组肝脏中的花生四烯酸（AA）及其代谢产物PGH2和LTB4水平升高，表明EX-IR诱导了肝脏炎症。

不规律运动诱导肝脏募集的 neutrophils 是一种新型的FBXL6^high neutrophils 亚群

除肝脏ACh水平升高外，EX-IR还诱导了明显的中性粒细胞肝脏浸润，而EX-R组则无此现象。scRNA-seq分析了骨髓中性粒细胞的异质性，发现EX-IR组中出现了一个新的、较大的簇（簇13）。该簇高表达Cd14, Fos, Srgn, Fbxl6以及Cxcl2, Il1b等经典促炎细胞因子和转录因子，KEGG通路富集显示其与炎症信号、铁死亡等通路最相关。FBXL6在簇13中高表达，可作为EX-IR诱导的该中性粒细胞亚群的特异性标志物。约80%的肝脏浸润中性粒细胞高表达FBXL6。该亚群的另一个特征基因是Fth1（编码铁蛋白重链FTH1），其细胞内铁离子（Fe）和FTH1水平均较高，功能与铁调节密切相关。构建FBXL6高表达的转基因小鼠模型（FBXL6^KI/+）发现，即使不运动，FBXL6阳性中性粒细胞也会显著浸润肝脏。

不规律运动诱导的肝脏ACh与招募的FBXL6^high neutrophils 相互作用促进炎症和脂质沉积

研究发现FBXL6与α7-nAChR存在潜在相互作用，并通过Co-IP实验在FBXL6^high neutrophils中得到证实。FBXL6与α7-nAChR相互作用，抑制了ACh-α7-nAChR信号下游的JAK2-STAT3磷酸化，从而促进了NF-κB的激活。转录因子分析证实，FBXL6^high neutrophils的其他特征基因如Fth1, Cxcl2, Il1b等均为NF-κB的靶基因。NF-κB激活增加Fth1表达可解释该亚群细胞内的高铁水平。

与代谢组学结果一致，EX-IR组肝脏中AA代谢的关键酶环氧化酶-2（COX-2）和5-脂氧合酶（5-LOX）的活性（而非表达）显著增加。体外共培养实验表明，FBXL6^high neutrophils通过膜铁转运蛋白（FPN）释放的Fe，被肝细胞通过转铁蛋白受体1（TFRC）接受，进而促进了肝细胞内COX-2和5-LOX的激活。分子对接分析（CB-Dock2）证实了Fe与酶活性中心的结合。这些数据表明，EX-IR诱导的肝脏ACh水平升高，通过调节浸润的FBXL6^high neutrophils的Fe代谢，增加了肝细胞中COX-2/5-LOX介导的AA代谢，从而加剧而非缓解小鼠的NAFLD。

在NAFLD小鼠模型中，EX-R显著减轻了肝脏脂质沉积，而EX-IR则加重了肝脏脂质产物的积累。将EX-IR训练小鼠的FBXL6^high neutrophils过继转移至NAFLD小鼠，会加重其肝脏脂质沉积；反之，在EX-IR训练前给NAFLD小鼠施用FBXL6 siRNA，则能显著减轻NAFLD相关的肝脏炎症。这些发现不仅证明了EX-IR诱导的FBXL6^high neutrophils对NAFLD的加剧作用，也证实了FBXL6与α7-nAChR在该中性粒细胞中的功能相互作用 contributes to its deleterious effect。

讨论

本研究揭示了一个运动敏感的大脑-肝脏回路，它将运动对大脑恐惧记忆消退和肝脏炎症的影响联系起来。海马和肝脏的ACh水平受运动调节。运动诱导的海马星形胶质细胞ACh-α7-nAChR变化不仅调节恐惧记忆消退，还通过影响杏仁核-DMV-肝脏迷走神经回路影响肝脏ACh水平，从而促进肝脏炎症。在脑中，运动（尤其是规律运动）显著减弱恐惧记忆的持续。在周围调控方面，不规律运动激活杏仁核-DMV-肝脏迷走神经回路，增加肝脏ACh水平，招募新型FBXL6^high neutrophils亚群，通过Fe促进肝细胞中COX-2/5-LOX介导的AA代谢，加剧而非缓解小鼠NAFLD。

恐惧学习和消退的调节涉及胆碱能机制。本研究的新颖发现在于ChAT参与轴突运输和局部翻译机制，且该运输依赖于STRAP与BASP1形成的复合物。肝脏作为主要代谢中心，与大脑在生理和病理条件下密切相关。本研究首次证明海马ACh流在调节肝脏ACh流中起重要作用，为脑-肝相互作用提供了新见解。关于ACh与运动的关系，本研究首次表明不同运动模式对脑内ACh产生 distinct 效应，最终导致记忆能力的差异结果。

关于ACh与肝脏疾病，本研究报道了不规律运动增加肝脏ACh水平，并伴随FBXL6介导的中性粒细胞浸润，其中FBXL6与α7-nAChR相互作用，将下游信号从抗炎转换为促炎，改变了ACh对NAFLD的作用。本研究首次报告了不规律运动的潜在危害和风险，并证实规律运动对肝脏和心血管健康有益。

实验部分

研究使用了C57BL/6雄性小鼠、条件性基因敲除小鼠及转基因小鼠模型。通过跑步机进行规律与不规律运动干预。采用了行为学测试（恐惧条件化、旷场、Y迷宫）、转录组学、代谢组学、scRNA-seq、组织学与Confocal成像、光纤光度记录、病毒注射、Western blot、Co-IP、RNA pull-down、RNAscope、ELISA、铁测定、siRNA、qRT-PCR、油红O染色、分子对接等多种技术方法。数据采用GraphPad Prism进行统计分析，组间比较采用t检验或ANOVA。