随着年龄的增长,大脑中的血清素回路能够逆转身体活动量的下降趋势

《Metabolism》:Brain serotonin circuit reverses decline in physical activity with age

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月07日 来源:Metabolism 16.7

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  摘要随着年龄的增长,身体活动量逐渐减少,这成为导致死亡的第四大风险因素。然而,迄今为止,我们仍难以明确导致年龄增长伴随活动量下降的机制,也难以找到相应的解决办法。与较年轻的(17-30岁)英国参与者相比,较年长的(50-70岁)参与者表现出较低的身体活动水平,这一现象在小鼠实验中

  

摘要

随着年龄的增长,身体活动量逐渐减少,这成为导致死亡的第四大风险因素。然而,迄今为止,我们仍难以明确导致年龄增长伴随活动量下降的机制,也难以找到相应的解决办法。与较年轻的(17-30岁)英国参与者相比,较年长的(50-70岁)参与者表现出较低的身体活动水平,这一现象在小鼠实验中也得到了有效验证。通过对背侧缝核(5-HTDR)中血清素神经元的分析,发现老年小鼠的神经元放电活动发生了变化。通过基因手段模拟年轻小鼠的5-HTDR活性,可以观察到类似老年小鼠的身体活动模式。而在5-HT2C受体上基因性地阻断5-HT活性,则能够防止随着年龄增长而出现的活动量下降。重要的是,仅在腹侧被盖区特异性地抑制5-HT2C受体的作用,能够使老年小鼠恢复到年轻时的活动水平和体力。这些数据填补了长期以来关于控制年龄增长相关活动量下降的脑部神经回路的知识空白,并为逆转这一过程提供了可能。

引言

定期进行身体锻炼与全因死亡率以及多种疾病风险(包括心血管疾病、2型糖尿病、癌症、抑郁症和痴呆症)呈负相关 [1], [2], [3], [4], [5], [6]。大量研究(包括随机对照试验 [7], [8], [9], [10]、机理研究 [11], [12], [13], [14] 以及哺乳动物模型 [15], [16], [17], [18])都证实了身体活动与健康之间的强烈关联。Chapman及其同事在1968年进行的一项早期且有影响力的研究展示了缺乏活动对健康的迅速且可逆的影响:健康20岁的男性在强制卧床休息三周后,其心血管和代谢指标与年龄大一倍的男性相当,而重新开始锻炼后,他们的健康状况得以恢复 [19]。过去50年的多项研究进一步证明了身体活动/久坐行为与生理老化之间的因果关系及其动态演变。
尽管定期锻炼对维持身心健康至关重要,但人们的日常活动量会随着年龄的增长而逐渐下降 [20], [21]。大约从30岁开始,成年人每十年会损失约3-8%的骨骼肌质量,同时能量消耗也会减少,这对代谢健康、功能独立性和生活质量产生不利影响 [22], [23], [24]。因此,中年时期是保持年轻时活动水平、预防疾病并延长寿命的关键阶段 [25], [26], [27]。50-70岁年龄段在此背景下尤为重要,但相关研究相对较少 [28]。值得注意的是,到2038年,某些国家这一年龄段的人口可能占成年人口的四分之一 [29],这凸显了针对这一群体开展身体活动行为和机制研究的必要性。
历史上,研究主要集中在中等至高强度身体活动(MVPA)对疾病预防和寿命的影响上。然而,越来越多的证据表明,即使是低强度或偶尔的身体活动也能带来显著的健康益处,而长期不活动则会产生负面影响 [10], [30]。步行是最常见且最容易进行的身体活动形式,现在可以通过可穿戴技术对其进行测量。研究发现,步行速度与中年及老年人全因死亡率、心血管疾病、2型糖尿病和认知能力下降呈负相关 [6], [31], [32], [33]。这些结果表明,健康保护不仅取决于活动量,还与步行的强度和速度有关 [34]。
虽然近年来控制运动活动的主要脑区和神经递质已逐渐被阐明,但年龄相关的身体活动量下降背后的神经机制尚未完全清楚。血清素(5-羟色胺;5-HT)这种在进化上高度保守的神经递质,对多种物种的行为和生理功能都有广泛的影响 [35], [36],其中尤其是与运动活动之间存在负相关关系 [37]。通过选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)增加5-HT的生物利用度,可以降低多种生物体的运动活动水平,包括无脊椎动物(如果蝇)、水生脊椎动物(如斑马鱼)和陆地哺乳动物(如啮齿类和人类) [37], [38], [39]。在老年人群中,使用SSRIs与运动能力、握力和步行速度的下降有关 [40]。
在哺乳动物中,5-HT通过至少14种不同类型的受体发挥作用,每种受体的分布和功能各不相同 [44]。药理学和遗传学证据表明,Gq偶联的5-HT2C受体(5-HT2CR;由Htr2cr基因编码)是5-HT抑制运动行为的主要介质。激活5-HT2CRs会减少活动量,而拮抗该受体或通过基因手段使其失活则会增加活动水平 [45], [46], [47]。5-HT2CRs在大脑中表达 [48],但具体调控身体活动的神经细胞群体尚未明确。5-HT2CR激动剂可以抑制中边缘系统多巴胺(DA)的活性和释放 [49], [50], [51],这表明5-HT可能调节与动机和运动相关的DA通路。我们在腹侧被盖区(VTA)激活DA神经元,显著增强了大鼠的自发活动量 [52]。因此,我们研究了5-HT2CR在VTA中调节DA神经元活动及年龄相关身体活动下降的具体作用。
鉴于身体活动是慢性疾病和早逝的关键可改变风险因素,本研究提出了几个关键问题:(i) 不同物种中年龄相关的身体活动量下降在生物学上有多大的共性?(ii) 调节5-HT信号传导是否足以模拟或逆转年龄相关的身体活动模式?(iii) 持续阻断5-HT2CRs能否防止年龄相关的身体活动量下降?(iv) 选择性清除在VTA中表达5-HT2CR的神经元能否使老年小鼠恢复年轻时的活动模式?这些问题共同探讨了衰老生物学中的一个基本机制:随着年龄增长,自愿身体活动是如何逐渐下降的,以及这一过程是否可以被逆转。

章节摘录

研究对象

作为The Full4Health项目的一部分 [53],我们在苏格兰通过广播、报纸和社交媒体公开招募了72名健康的成年参与者,包括44名较年轻的(17-30岁)和28名较年长的(50-70岁)参与者。纳入研究对象的标准是:非吸烟者;没有病态肥胖(BMI > 40 kg/m2);未怀孕;没有已知的内分泌源性的肥胖;没有神经系统疾病;未服用任何药物。

为了探究身体活动变化是否具有生物学基础,我们将人类的年龄相关身体活动模式与在恒定环境和条件下游养的小鼠进行了比较。我们分析了Full4Health研究中的45名女性和29名男性参与者的数据 [53]。较年轻的成年人(17-30岁)和较年长的成年人(50-70岁)……

讨论

随着年龄的增长,身体活动量逐渐减少,这是导致疾病、残疾和死亡的重要可改变因素 [91], [92]。本研究的优势在于,它通过连续加速度计在自然生活条件下评估了参与者的身体活动情况,使参与者能够保持日常习惯。因此,与工作、通勤或休闲相关的休息时间也被记录在内。

总之,本研究确定了控制年龄增长相关身体活动自然下降的脑部神经回路。通过发现VTA中的5-HT2CR信号传导在调节自发身体活动中的作用,我们意识到保持活跃的驱动力不仅是一种生活方式的选择,而是一种可以被调控的生物学状态。理解和针对这一机制为保持行动能力、独立性和生活质量提供了新的途径。

**Pablo B. Martinez de Morentin**:负责撰写初稿、数据可视化、软件开发、资源准备、方法论设计、实验设计、数据分析、数据整理和概念构思。**Alasdair Leeson-Payne**:负责撰写初稿、数据可视化、软件开发、实验设计、数据分析。**Shuwen Mu**:负责撰写审查与编辑、实验设计、数据分析。**Yuliia Martynova**:负责撰写审查与编辑、实验设计、数据分析。**Aida Mohammadkhani**:负责撰写审查与……

所有参与者或其法定代表均已签署书面知情同意书,同意参与本研究并发表研究结果。同时,我们确保了参与者的隐私权得到保护。
本研究符合所在地区的相关法律、监管框架和指南。该研究已获得苏格兰北部国家卫生服务研究伦理委员会的批准(批准编号:12/NS/0007)。
本临床试验的结果及其……

我们支持包容、多样且公平的研究行为。

所有作者均声明与本研究无财务利益冲突。AMJ在英国营养学会和肥胖研究协会担任志愿者委员会成员,并为食品行业提供咨询服务。

作者感谢Lourdes Valencia Torres博士、Cristian Olarte Sanchez博士、Celine Cansell博士以及阿伯丁大学医学研究设施和显微镜设施的工作人员提供的技术支持。同时,作者感谢Brendan Gabriel博士的智力贡献。还要感谢Full4Health研究的参与者们的积极参与。实验中使用的PetYFP小鼠由Case Western Reserve大学的Evan Deneris教授慷慨提供。

Pablo B. Martinez de Morentin | Alasdair Leeson-Payne | Shuwen Mu | Yuliia Martynova | Aida Mohammadkhani | Drew M. Neyens | J. Antonio Gonzalez | Janis Lazovskis | Claudia Cristiano | Daniel R. Crabtree | Claire L. Fyfe | William Buosi | Daniel Powell | Raffaella Chianese | Matevz Arcon | Guy S. Bewick | Arimatantas Lionikas | Graham Horgan | Ran Levi | Alexandra M. Johnstone | Lora K. Heisler
阿伯丁大学Rowett研究所,英国阿伯丁
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