《Ibrain》：The impact of exercise on cognitive function and brain health across the lifespan: A systematic review
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运动在不同生命阶段对认知功能与脑健康具有深远的积极作用。本系统综述旨在评估运动对全生命周期内认知功能、神经可塑性、神经递质表达、脑血管功能以及年龄相关性认知衰退的多维影响。研究遵循系统综述与Meta分析优先报告项目（PRISMA）2020指南，系统检索了Pub
运动在不同生命阶段对认知功能与脑健康具有深远的积极作用。本系统综述旨在评估运动对全生命周期内认知功能、神经可塑性、神经递质表达、脑血管功能以及年龄相关性认知衰退的多维影响。研究遵循系统综述与Meta分析优先报告项目（PRISMA）2020指南，系统检索了PubMed、Web of Science和Scopus数据库中有关运动干预与认知功能的研究。纳入标准包括涵盖所有年龄组人类参与者的研究，以及聚焦分子机制的动物模型研究。该综述采用定性综合方法考察不同运动方式及其年龄特异性效应。偏倚风险采用乔安娜·布里格斯研究所（JBI）批判性评价清单进行评估。最终共纳入37项研究（青年成人：2项，中年成人：7项，老年成人/神经退行性疾病：13项，分子机制：15项）。规律性身体活动，包括有氧训练、抗阻训练及联合训练，均可显著增强认知能力，促进神经可塑性，并缓解年龄相关性认知衰退。关键分子机制包括脑源性神经营养因子（BDNF）和血管内皮生长因子（VEGF）的上调，以及对多巴胺能系统和5-羟色胺能系统的调节。运动可作为维持认知活力与心理健康的强效非药物性干预手段。其局限性在于各研究之间运动方案与结局指标存在异质性。未来研究应聚焦多组学方法，以进一步阐明细胞类型特异性效应。
1 INTRODUCTION
引言部分系统阐述了运动作为非药物性干预在全生命周期促进认知功能与脑健康中的核心地位。文章指出，大量研究已经证实，规律性身体活动能够积极影响神经可塑性、神经发生以及脑结构和功能整体状态。其中，有氧运动可增加海马体体积并促进神经发生，同时上调脑源性神经营养因子（BDNF）表达，从而支持神经元存活与突触可塑性。运动还能够通过促进血管生成、提高脑血流量改善脑血管功能，这对于维持认知健康具有关键意义。
在不同年龄阶段，运动所呈现的认知获益具有一定差异。青年成人中，运动主要增强认知灵活性、注意力和执行功能，即使是短时活动也可产生积极效应，这些改变与BDNF升高及复杂任务中前额叶皮层激活改善相关。中年阶段，运动的重要价值体现在构建认知储备。较高心肺适能（CRF）与更大的灰质体积相关，尤其表现在对衰老敏感的脑区，同时还可能减缓白质高信号（WMH）的进展。对于老年人群，运动被视为维持认知功能、降低神经退行性疾病风险的重要因素。长期有氧运动能够通过增强突触可塑性、减轻神经炎症来改善记忆和空间认知，而抗阻训练则可通过提高白细胞介素-6（IL-6）和胰岛素样生长因子1（IGF-1）等肌因子水平支持神经可塑性及肌肉—脑相互作用。
此外，文章在引言中强调了运动神经保护效应的多重机制。分子层面上，运动可下调肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-1β等促炎性细胞因子，并上调白细胞介素-10（IL-10）等抗炎性因子；同时激活脑源性神经营养因子-原肌球蛋白受体激酶B（BDNF-TrkB）及磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）等与神经元存活和可塑性相关的信号通路。该综述的目的在于整合不同年龄群体、不同运动形式以及潜在分子机制方面的证据，并弥补既往综述多局限于单一人群而缺乏全生命周期整合的不足。
2 METHODS
方法部分说明，本研究依据系统综述与Meta分析优先报告项目（PRISMA）2020指南实施，但未在前瞻性注册平台进行预注册。研究基于预先设定的纳入与排除标准、检索策略和综合方法开展。
2.1 Eligibility criteria
纳入标准依据PICO框架制定。研究对象覆盖青年、中年、老年人群以及用于探讨衰老和神经退行性病变相关分子机制的动物模型。干预措施包括任何形式的身体运动，如有氧运动、抗阻训练、高强度间歇训练（HIIT）和多模式联合训练。对照组包括无干预、久坐生活方式或其他非身体活动干预。主要结局包括记忆、执行功能、注意力、认知灵活性等认知功能指标，灰质体积和白质完整性等脑结构变化，以及BDNF、血管内皮生长因子（VEGF）、炎症细胞因子和神经递质等分子标志物。研究设计纳入随机对照试验、准实验研究和纵向队列研究，排除综述、社论和未经同行评议的文献。
2.2 Information sources
信息来源包括PubMed、Web of Science和Scopus三大数据库，检索时间范围为2010年1月至2025年12月。研究同时对纳入文献及相关综述的参考文献进行手工追溯筛查。作者明确指出未检索灰色文献数据库、临床试验注册平台和学位论文库，因此未发表的阴性或无效结果可能未被充分覆盖。
2.3 Search strategy
检索策略结合医学主题词与自由词，围绕“运动”“认知功能”“全生命周期”等主题构建，并根据不同数据库语法进行适配。该策略体现出研究在主题覆盖和术语设计上的系统性。
2.4 Selection process
文献筛选由两名独立研究者完成，先进行题目与摘要筛查，再对潜在符合条件的全文进行独立评估。分歧通过讨论、共识或第三位研究者裁决解决。该流程有助于提升纳入决策的客观性和一致性。
2.5 Data collection process and data items
数据提取由两名研究者基于标准化表格独立完成，内容包括研究基本特征、样本人口学信息、干预类型与强度、干预时长和频率、对照方式以及认知和神经生物学结局。该步骤确保综合分析具备较好的结构化基础。
2.6 Study risk of bias assessment
偏倚风险和方法学质量采用乔安娜·布里格斯研究所（JBI）批判性评价清单评估，并由两名研究者独立完成。评价结果用于支持后续结果综合与解释。
2.7 Synthesis methods
由于纳入研究在临床特征和方法学上存在显著异质性，包括运动方案从单次急性运动到持续6个月干预不等，认知评估工具多样，研究对象亦涵盖健康成人、临床人群和动物模型，因此不适合开展正式Meta分析。研究最终采用叙述性综合方法，并按年龄组、神经退行性疾病类型及分子机制主题进行组织与讨论。
3 RESULTS
3.1 Study selection
结果部分首先报告研究筛选过程。初始检索获得120条记录，经过去重和题录摘要筛查后，最终纳入37项研究，其中青年成人2项、中年成人7项、老年人及神经退行性疾病13项、分子机制15项。纳入研究中21项为动物模型研究，16项为人类参与者研究或人类生物样本研究。整体上，文献构成体现出机制研究占较高比例。
3.2 Quality appraisal
质量评价结果显示，纳入研究的方法学质量总体为中等至高等。多数随机对照试验较清楚地描述了随机化过程和结局测量方式，准实验研究与动物研究总体上也具有适当的对照设计和较可靠的结局评估。
3.3 Types and intensity of exercise
本节总结了不同运动类型的作用。有氧运动是研究最广泛的方式，可在短期和长期改善认知功能。例如，跑台运动能够通过增加海马神经发生、突触可塑性、白质体积和微血管总长度改善老龄动物空间学习与记忆。短期有氧运动提升BDNF水平，中等强度有氧运动可改善记忆并减轻神经炎症，而HIIT则更突出地改善认知灵活性并减轻焦虑。抗阻训练除改善肌肉功能外，还能提高BDNF并上调IL-6、IGF-1等肌因子，从而支持认知功能和骨骼肌健康。联合运动方案则体现出协同效应，尤其在帕金森病（PD）患者中，跑台训练结合认知训练有助于步态和认知表现的同步改善。
3.4 Effects of exercise on cognitive functions across age groups
青年成人中，运动尤其对认知灵活性、注意力和执行功能具有显著促进作用。文中提到，在双任务步行任务中表现改善的青年成人还呈现额叶脑电图（EEG）活动下降，提示认知资源重分配效率提升和抑制控制增强。即便仅10 min有氧运动，也可能提升执行功能。
中年成人中，运动更主要表现为增强认知储备和心血管健康。较高CRF与颞中回、嗅周皮层以及额叶皮层灰质体积增加相关，尤其对遗忘型轻度认知障碍个体更具意义。同时，较高CRF还与白质高信号增加减缓相关，提示其对脑小血管病相关认知衰退具有潜在保护作用。
老年人群中，运动对记忆、空间认知及神经保护作用尤为突出。6个月有氧运动可通过增加脑血流、降低血管阻力改善脑血管功能和认知表现。较高CRF与关联编码任务中前额叶、丘脑及海马等脑区功能性磁共振成像（fMRI）激活增强有关。动物研究进一步显示，跑台训练可提升BDNF、抑制小胶质细胞活化、改善糖酵解谱并降低衰老标志物，从而减轻神经炎症并支持认知维持。
3.5 Effects of exercise on brain structure and function
在神经可塑性方面，运动可增加海马突触密度和神经发生，并减少神经元凋亡。相关机制涉及核因子-κB（NF-κB）/miR-503信号与BDNF表达调控。脑血管功能方面，运动通过促进血管生成、提高脑灌注及脑血管反应性产生保护作用，相关分子包括膜型1基质金属蛋白酶（MT1-MMP）和VEGF。神经递质及神经营养因子调控方面，运动可提高BDNF，增加纹状体多巴胺和海马5-羟色胺水平，从而支持运动功能、情绪和认知改善。
3.6 Effects of exercise on mental health
文章指出，不同运动方式对情绪调节与心理健康具有差异化影响。有氧运动可通过丝裂原活化蛋白激酶通路减轻焦虑样行为，抗阻运动则通过PI3K/AKT和神经营养素通路改善抑郁样行为。运动还可通过上调BDNF和钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）以及调节Wnt5a/CaMKII通路，改善高脂饮食诱导的抑郁样行为和突触可塑性。与此同时，规律运动还可通过降低IL-6、升高IL-10增强认知储备和心理韧性。
3.7 Exercise as an intervention for neurodegenerative diseases
在阿尔茨海默病（AD）中，运动可降低可溶性淀粉样蛋白β水平、增强突触可塑性、增加BDNF阳性细胞并减少活化小胶质细胞，提示其通过改善淀粉样病理和神经炎症发挥保护作用。在PD中，运动干预能够改善双任务步态和认知灵活性；动物模型研究表明，跑台训练可提高多巴胺水平、改善自发运动和运动功能，并降低氧化应激与炎症标志物。
3.8 Molecular mechanisms
单分子机制层面，运动通过上调BDNF、组织蛋白酶B（CTSB）、双皮质蛋白（DCX）和VEGF等分子，支持神经发生、突触可塑性和血管生成；同时通过调控多巴胺能与5-羟色胺能系统及抑制RIPK1介导通路减轻神经炎症。多组学研究则显示，运动可上调与突触可塑性相关基因，下调神经炎症相关通路，并在蛋白质组学、代谢组学和表观遗传学层面引起广泛改变，包括增加保护性蛋白、改善能量代谢、减少氧化应激代谢物以及诱导DNA甲基化和组蛋白乙酰化变化。
4 DISCUSSION
讨论部分将各部分证据整合为全生命周期视角下的连续性框架。文章认为，运动诱导的神经可塑性并非孤立现象，而是通过具有普遍性的分子机制在不同年龄阶段产生特异性认知结局。其中，BDNF被强调为跨年龄组、跨运动类型的核心机制，而转录组学、蛋白质组学和代谢组学证据进一步表明，运动触发的是系统性、多靶点分子应答。
作者还提出，运动对认知的作用在生命周期中呈现“从增强到维持”的转变：青年期更多表现为执行功能和多任务处理能力优化；中年期侧重认知储备积累；老年期及神经退行性疾病背景下则主要体现为延缓退化、减轻神经炎症和维持空间认知。关于运动剂量—反应关系，文章认为由于研究方案差异较大，尚难形成确定性的处方建议，但可初步归纳出不同强度和持续时间与不同认知、分子结局之间的描述性联系：短时中等强度有氧运动偏向改善执行功能和BDNF上调，中短期训练偏向调控炎症和突触结构，HIIT可能更有利于认知灵活性和情绪调节，而长期运动则更明显影响脑血流、血管生成和结构性脑适应。
文章同时指出若干局限性，包括研究异质性显著、检索数据库范围有限、机制研究较多依赖动物模型以及可能存在发表偏倚。尽管如此，作者认为现有证据已足以支持将规律、 多模式身体活动作为各年龄阶段认知健康促进与神经保护的重要策略，并提出未来应借助单细胞组学和长期纵向研究进一步明确细胞类型特异性反应及最佳运动剂量。
5 CONCLUSION
结论部分指出，规律性身体运动是一种强效且多维的干预手段，能够从青年期到老年期持续促进认知功能并支持脑健康。其主要作用基础包括促进神经可塑性、改善脑血管功能以及调节关键分子通路，从而为抵御年龄相关性认知衰退和神经退行性疾病提供重要防线。作者同时强调，许多精细分子机制证据主要来源于动物模型，仍需更多高质量人体转化研究加以验证；但总体而言，将持续性身体活动融入日常生活应被视为维护终生神经系统健康的基础策略。
