综述：肌酸与啮齿类动物认知功能：行为学与神经生物学证据的系统评价

《Behavioural Brain Research》：Creatine and Cognitive Function in Rodents: A Systematic Review of Behavioral and Neurobiological Evidence

　　

一水合肌酸是全球应用最广泛的膳食补充剂之一，越来越多的临床前证据表明，除已确立的能量代谢作用外，其可能具有认知获益效应。然而，此类效应的产生条件及介导其作用的神经生物学机制尚未得到充分表征。研究人员遵循PRISMA 2020指南开展系统评价，检索Scopus、PubMed和Web of Science数据库中2015至2026年发表的实验研究，纳入标准为评估肌酸补充对啮齿类动物模型认知表现的影响并报告行为与/或神经生物学结局的研究，采用SYRCLE动物研究偏倚风险评估工具进行方法学质量评价。共纳入19项研究，涵盖健康动物及神经退行性疾病、代谢性损伤、围产期应激、肌酸生物合成缺陷等多种疾病模型。多数研究显示肌酸可改善学习与记忆功能，认知获益程度受给药途径调节：与口服补充相比，鼻内给药显示出更优的脑摄取率与认知效应，同时受干预时长与性别因素影响。机制层面，认知改善与线粒体呼吸功能增强、通过CaMKII/CREB与PI3K/AKT/mTOR信号通路上调突触可塑性蛋白（CaMKII、PSD-95、BDNF）、通过抑制NF-κB与STAT1减轻神经炎症，以及通过恢复CK-BB降低氧化应激密切相关。临床前证据一致支持肌酸具有认知增强作用，该作用由能量调节、突触调控、抗炎与抗氧化等多重机制共同介导。将此类发现转化为临床应用，需开发脑靶向递送策略、系统考量性别这一生物变量，并采用机制严谨的研究设计。

1. 1.
   引言
   一水合肌酸是目前全球应用最广泛的膳食补充剂之一。一项涵盖16个国家9000余名健身房使用者的系统评价显示，58.3%的受试者使用某种形式的膳食补充剂，肌酸是全球最常用的补充剂之一，主要与体能表现和肌肉肥大目标相关。这种广泛应用也反映在全球肌酸补充剂市场的显著增长中：市场规模从2018年的约4亿美元增至2025年的超过12亿美元，预计2030年将达到近28.3亿美元，复合年增长率为17.8%。肌酸是一种含氮化合物，由精氨酸、甘氨酸和蛋氨酸衍生而来，主要在肝脏和肾脏内源性合成，胰腺有少量贡献。人体内约95%的总肌酸储存于骨骼肌，其余分布于大脑和肝脏等组织。其中一部分肌酸以游离形式存在，其余以磷酸肌酸形式储存，在高强度、短时间的运动中作为快速ATP再生系统发挥作用。除内源性合成外，肌酸也可通过饮食摄入，主要来源为肉类和鱼类，正常情况下每日饮食摄入量约为1-2 g，与内源性合成量相当。肌酸的主要生理作用与其参与磷酸肌酸-ATP系统有关，这是维持细胞能量供应的核心机制：通过肌酸激酶的作用，磷酸肌酸作为高能磷酸基团储备，可在高能量需求期间将磷酸基团快速转移给二磷酸腺苷（ADP）以再生ATP。该系统在能量需求高且ATP需求波动大的组织中尤为重要，如骨骼肌和大脑。除能量代谢作用外，肌酸还与调节细胞代谢、膜稳定、钙稳态和潜在神经保护作用等功能相关，使科学界对该化合物的关注远超运动表现领域。但系统性肌酸补充的一个关键限制是其进入中枢神经系统的生物利用度有限：口服摄入后，肌酸在小肠被动吸收进入体循环，而进入大脑完全依赖于通过SLC6A8肌酸转运体的血脑屏障主动转运。该转运体主要表达于脑内皮细胞，而在血管周围星形胶质细胞中表达量极低，形成了限制性瓶颈，限制了单纯口服补充可实现的颅内肌酸升高幅度。这种药代动力学限制解释了为何实验模型中探索替代给药途径以实现更高脑生物利用度，以及为何解读认知效应时需明确关注给药途径及其与其他调节变量的交互作用。除传统认知的增强体能和促进肌肉肥大作用外，越来越多的研究开始关注肌酸对脑功能和心理健康的潜在获益。多项动物模型研究显示肌酸对情绪相关结局有影响：Ahn等人证明，在慢性轻度应激诱导的抑郁小鼠中，单次肌酸处理即可产生部分抗抑郁效应，行为学指标与中缝核血清素表达升高均证实了这一点；Okwuofu等人发现肌酸补充可改善慢性癫痫小鼠模型的焦虑和抑郁样行为，可能通过增强抗氧化能力实现。这些发现得到了啮齿类动物研究meta分析的支持，该分析得出结论：肌酸补充可减少啮齿类动物的抑郁样症状，且雌性获益更显著。将此类发现延伸至人类群体，Bakian等人分析了美国22000余名成年人的数据，发现饮食肌酸摄入与抑郁风险呈显著负相关，且该保护效应在女性和年轻成人中尤为明显。近期研究进一步转向肌酸补充对认知功能的潜在获益：Avgerinos等人开展了首个针对健康人群肌酸补充认知效应的随机对照试验系统评价，发现补充后短期记忆和智力/推理能力可能得到改善，而对注意力、执行功能和长时记忆等其他认知领域的影响尚无定论；值得注意的是，年轻成人未表现出认知获益，而老龄化和生理应激个体似乎反应更佳。McMorris等人开展了更全面的系统评价，纳入15项研究、参与者年龄跨度为11至76岁，得出了类似的模棱两可结论：在非应激条件下，肌酸补充不能可靠地使年轻健康个体获益，而对于应激人群（包括老年人、素食者、睡眠剥夺者和缺氧个体）的证据仍不一致。两项评价均强调了共同的关键方法学局限：纳入研究无法得出机制结论，且均未涉及最佳剂量或补充时长问题。因此，从临床前证据中寻求机制解释具有重要价值，而使用啮齿类动物模型的研究尤为突出——该领域近年来呈现出清晰且稳定的增长态势。啮齿类动物模型提供了人体试验中难以实现的实验控制水平，使研究人员能够分离特定神经生物学通路、系统操纵变量并直接检测脑组织。

1.1 研究目标

鉴于此，本研究旨在系统梳理和综合这一不断增长的临床前文献。主要目标是识别并综合评估肌酸补充对啮齿类动物模型认知表现影响的实验证据，同时考虑行为结局和相关神经生物学机制。次要目标包括：表征关键方法学变量（尤其是给药途径、干预时长和性别）对认知效应大小和方向的调节作用；确定补充未能产生可测量获益的边界条件；绘制肌酸发挥认知效应的神经生物学机制图谱。

1. 2.
   方法
   2.1 研究设计与报告规范
   本系统评价遵循《系统评价和荟萃分析优先报告条目》（PRISMA）2020指南，并在PROSPERO注册（CRD420261348912）。评价目标是识别并综合评估肌酸补充对啮齿类动物模型认知表现的实验研究。

2.2 文献检索策略

在Scopus、PubMed和Web of Science三个电子数据库中进行系统文献检索，限定检索过去10年内发表的一手实验研究，选择这三个数据库作为主源是因为其多学科和生物医学覆盖的综合优势。同时在Embase和Google Scholar中进行了补充性非系统检索以检验检索饱和度，未发现超出三个主数据库已识别记录的文献。检索策略结合了肌酸补充、认知过程和啮齿类物种相关术语，最终布尔检索式为：（creatine OR "creatine monohydrate" OR phosphocreatine）AND（cognition OR "cognitive function" OR memory OR "spatial learning" OR "working memory" OR "recognition memory" OR learning OR "Morris water maze" OR "novel object recognition" OR "Y maze" OR "T maze" OR "radial arm maze" OR "passive avoidance"）AND（mouse OR mice OR rat OR rats OR rodent OR rodents）。初始检索共获得1295条记录，限定2016-2026年发表周期后，Scopus剩余290条、PubMed剩余145条、Web of Science剩余275条。

2.3 研究筛选流程

研究筛选遵循PRISMA工作流程，包括识别、筛选、资格评估和最终纳入。移除非一手研究（综述、社论、书籍章节和不相关学位论文）后，通过人工去重得到358篇独特文章进入进一步筛选。通过标题和摘要初筛判断相关性，潜在合格研究进行全文审查，不符合预设纳入标准的文章被排除。最终15项研究符合纳入标准，同时通过纳入文章的手工参考文献追溯识别出4项额外研究（Alimohammadi等人2015年、Iqbal等人2015a、Iqbal等人2015b、AllahYar & Iqbal 2015年）。尽管这4项研究发表于2016年之前，超出了预设的时间限制，但因属于直接评估肌酸补充对啮齿类动物认知表现影响的相关实验研究而被纳入，且其来自已纳入文献所代表的研究团队和实验路线，有助于更全面地理解相关研究的方法学和发现。最终纳入19项研究，其中15项发表于预设的2016-2026年窗口期，4项发表于2015年作为合理例外纳入。

2.4 纳入与排除标准

纳入标准为：（1）在啮齿类动物模型（大鼠或小鼠）中开展的实验研究；（2）以肌酸或肌酸相关化合物作为实验干预措施的研究；（3）包含评估空间学习、工作记忆或识别记忆等认知功能的行为任务的研究；（4）报告与认知表现相关的行为结局的研究。排除标准为：（1）使用非啮齿类物种的研究；（2）仅将肌酸用作生物标志物而非干预措施的研究；（3）聚焦遗传性肌酸缺乏模型但未进行补充干预的研究；（4）无行为或认知评估的研究；（5）使用肌酸类似物（如环肌酸）用于转运体缺陷模型的研究，因被认为与标准肌酸补充不可比而被排除。

2.5 偏倚风险

采用SYRCLE工具（专为动物实验改编的Cochrane偏倚风险工具的版本）评估纳入研究的偏倚风险，该工具从选择偏倚、实施偏倚、检测偏倚、 attrition偏倚、报告偏倚和其他偏倚6个领域共10个条目进行评价。每个条目评为“是”（低风险）、“否”（高风险）或“不清楚”（不确定风险），计算各领域的低风险百分比为：（是的数量 + 0.5 × 不清楚的数量）/ 总条目数 × 100%。为减少主观性，由两名研究人员独立进行评估。

1. 3.
   结果
   3.1 纳入研究的特征
   最终样本包含19项2015至2026年间发表的实验研究，涵盖两种啮齿类物种：大鼠（Rattus norvegicus，9项）和小鼠（Mus musculus，10项）。大鼠研究使用Wistar和Long-Evans品系，小鼠研究使用更广泛的背景品系，包括C57BL/6、BALB/c和转基因品系如3xTg-AD、APP/PS1（5×FAD）和SLC6A8敲除（CrT KO）小鼠。1项研究使用刺毛鼠（Acomys dimidiatus），该非常规模型的选择是因其与围产期生理的相关性。性别分布方面，11项研究仅使用雄性动物，4项仅使用雌性动物，4项同时纳入两性，但部分研究中未按性别分层分析。干预方式上，15项研究采用一水合肌酸口服补充，通过饲料添加（通常为1-3% w/w）或溶于饮用水给予；2项研究采用替代递送形式：十二烷基肌酸酯（DCE），一种旨在绕过肌酸转运体（SLC6A8）并穿过血脑屏障的亲脂性肌酸衍生物，经鼻内给药；1项研究在健康大鼠中比较肌酸盐酸盐的鼻内与口服给药，以直接评估脑摄取差异；1项研究采用脑室内直接注射肌酸，以模拟不依赖外周吸收的其中枢效应；另有1项Kolling等人的研究采用腹腔注射肌酸。肌酸剂量在各研究中差异较大：饲料补充方案中浓度为1-5% w/w，2-3%为最常用的范围（约占研究的68%）；按体重计算的方案中，剂量范围为50 mg/kg/天至约2 g/kg/天。干预时长从10天至约15周不等，多数研究采用6-10周的方案。研究可根据实验模型大致分类：6项（32%）在无非诱导病理的健康动物中开展，涵盖成年小鼠和大鼠以及新生儿和母体补充范式；其余13项（68%）采用疾病或损伤模型，涵盖阿尔茨海默病、新生儿缺氧缺血性脑病、慢性束缚应激、高同型半胱氨酸血症、神经炎症/轻度认知障碍和遗传性肌酸缺乏等多种神经系统疾病。各研究的具体模型将在下文结果中描述，干预的发育阶段覆盖全生命周期：产前/妊娠期补充、新生儿/出生后早期补充（4项研究）和成年补充（其余样本）。

3.2 认知行为结局

在19项纳入研究中，14项（74%）报告肌酸或DCE补充后至少一项认知结局改善，3项未发现任何认知测量的显著效应，2项报告混合或无效结果（取决于性别或补充时机）。无研究报道肌酸导致明确且无歧义的认知损害，但有1项研究指出，在双侧Aβ_1-42注射前启动并持续维持的肌酸补充未减轻——甚至可能加重——淀粉样蛋白沉积诱导的认知恶化；另有1项研究观察到，在某些条件下，母体肌酸联合出生窒息的子代青春期新颖物体探索得分低于单独窒息组。以下按使用的认知范式分别描述结局。

3.2.1 Morris水迷宫

Morris水迷宫（MWM）是最常用的行为范式，19项研究中有13项（68%）使用，通过获得试验期间的逃避潜伏期和探查试验期间在目标象限的停留时间来评估海马依赖性空间学习和记忆。在这13项研究中，9项报告显著认知改善，2项未发现显著效应，2项得出混合或情境依赖性结果。在健康和疾病模型中，肌酸补充广泛与空间学习和记忆改善相关，在物种、性别和一系列病理条件（包括新生儿缺氧缺血、遗传性肌酸生物合成缺陷、慢性应激、加速衰老和LPS诱导的神经炎症）中均观察到一致效应。效应的大小和可靠性似乎受剂量影响：至少1项研究报告3% w/w膳食肌酸有显著改善，而1%无显著效应；同时也受干预时长影响，更长的方案通常产生更稳健的空间记忆获益。给药途径也被证明相关：在健康大鼠中，鼻内给药产生的MWM相关空间表现优于口服补充，该效应直接归因于更高的脑肌酸摄取。在已确立的阿尔茨海默病病理模型中，结果一致性较低。值得注意的是，Alimohammadi-Kamalabadi等人发现，在双侧Aβ_1-42注射至CA1区前启动并全程维持的肌酸补充，使MWM表现较仅淀粉样蛋白组更差。这与其它AD模型的结果形成对比：Snow等人在3xTg-AD小鼠中发现肌酸的效应完全取决于性别，仅在雌性中观察到显著的MWM改善，雄性无任何获益。该范式中两项无效结果值得注意：Wideman等人在健康年轻大鼠中、Alimohammadi-Kamalabadi等人（2015年）在Aβ注射后模型中均未发现效应，这两项研究均涉及较短的补充周期，且前者为相对年轻、认知完整的群体。

3.2.2 Barnes迷宫

Barnes迷宫是MWM的低应激替代方案，同样评估海马依赖性空间记忆，共有3项研究使用该范式，均报告肌酸补充相关的认知改善。Bahari等人发现，肌酸补充（2 g/kg/天，持续14天，与成年Wistar大鼠14天慢性束缚应激方案同步给予）可保护空间记忆免受应激诱导的损害，该效应伴随慢性束缚应激诱导的海马CA1区长时程增强（LTP）缺陷的逆转。Mao等人在LPS诱导的轻度认知障碍模型中使用Barnes迷宫作为主要结局，发现明确的认知改善。Chen & Hu在健康大鼠中使用Barnes迷宫直接比较鼻内和口服给药途径，结果显示鼻内给药产生更优的空间表现。

3.2.3 新颖物体识别

新颖物体识别（NOR）测试通过辨别指数评估依赖嗅周皮层的识别记忆，共有5项研究（26%）使用该范式，其中4项报告识别记忆改善，1项结果为不明确。在肌酸转运体缺陷模型（CrT KO，SLC6A8敲除小鼠）中，Ullio-Gamboa等人证明，经鼻给予DCE微乳剂10天可显著改善NOR表现，且该改善与纹状体ATP水平升高和突触标记物表达增强相关。Mabondzo等人在CrT KO小鼠中也使用NOR和Y迷宫，发现经鼻给予DCE 30天可显著改善物体辨别和工作记忆，并确定KIF1A和PLCB1是认知恢复的关键蛋白质组驱动因子。Mao等人报告，在LPS处理的雌性大鼠中，肌酸补充改善了NOR中的识别记忆，与Barnes迷宫的发现一致。Kolling等人使用非厌恶陈述性记忆范式，发现肌酸共处理可预防严重高同型半胱氨酸血症诱导的新生大鼠NOR损害。Tran等人检测了接受母体肌酸（5% w/w，从妊娠第20天至分娩）的刺毛鼠子代的NOR表现（出生窒息模型）：虽然肌酸对新生儿焦虑样行为有有益效应，但在同时暴露于肌酸和窒息的青春期子代中，NOR表现较仅窒息对照组的新颖物体探索减少。

3.2.4 Y迷宫和T迷宫（自发交替和工作记忆）

Y迷宫被用于3项研究，通过自发交替评估短时空间工作记忆，其中2项报告显著改善。Mabondzo等人发现，经鼻给予DCE可显著提高CrT KO小鼠的Y迷宫交替率，表现部分恢复至野生型水平。Zhu等人在D-半乳糖衰老模型中使用Y迷宫作为补充测量，报告3%肌酸补充可显著提高交替率，与该组动物的MWM发现一致。

3.2.5 被动回避和抑制性回避

厌恶记忆范式被用于2项研究，均报告肌酸对记忆巩固的显著保护效应。Bahari等人除Barnes迷宫外还使用了抑制性被动回避任务（穿梭箱），证明肌酸可显著保护应激诱导的短期（3小时）和长期（7天）厌恶记忆损害。Kolling等人采用步下抑制性回避任务，发现肌酸共处理可预防高同型半胱氨酸血症诱导的CK抑制所造成的新生大鼠回避潜伏期缩短（训练后3小时和7天均如此）。

3.3 与认知结局相关的神经生物学机制

19项研究中有12项（63%）在行为结局之外纳入了分子、生化或组织学测量。证据显示四个主要的机制领域：能量代谢、突触可塑性、氧化应激和神经炎症。多项研究报告了跨多个领域的发现，此处提出的机制解释必然受限于大多数分子数据的观察性和相关性性质。

3.3.1 能量代谢

肌酸/磷酸肌酸/肌酸激酶（Cr/PCr/CK）系统是被引用最一致的机制通路，8项研究提及。Snow等人证明，健康中年小鼠的慢性肌酸补充可增强海马线粒体生物能量学，包括通过Seahorse呼吸测定法测得的偶联和最大耗氧率升高，且这些生物能量学改善与MWM表现增益相关。Snow等人在3xTg-AD小鼠的两性中复制了这些线粒体呼吸发现，补充肌酸后无论性别如何，偶联和最大O₂消耗率均显著升高，即使雄性无认知改善。在CrT KO模型中，Ullio-Gamboa等人发现，经鼻给予DCE微乳剂治疗可恢复敲除小鼠的纹状体ATP水平，首次在体内概念验证了通过亲脂性肌酸衍生物绕过肌酸转运体可恢复正常的中枢能量代谢。Zhu等人确定海马CK-BB（脑特异性肌酸激酶同工型）是关键介质：D-半乳糖诱导的衰老降低了CK-BB活性和表达，3%肌酸补充使CK-BB活性恢复36%，且该恢复与认知改善和海马结构可塑性恢复显著相关。在遗传性肌酸缺乏模型中，Iqbal等人证实肌酸补充显著增加了AGAT和GAMT KO小鼠的大脑和尿液肌酸浓度，证明有效实现了全身摄取和Cr/PCr池的恢复，且与认知恢复同步。同样，Kolling等人显示高同型半胱氨酸血症导致海马CK活性显著降低，肌酸共处理可预防这种抑制。值得注意的是，本综述中有两项研究援引Cr/PCr/CK能量缓冲系统作为其认知假设的理论基础，但未纳入任何分子或生化测量来证实该机制：Wideman等人和Allahyar等人仅依赖行为结局，未在组织水平检验所提出的能量通路。

3.3.2 突触可塑性

7项研究检测了突触可塑性标记物，所有情况下肌酸补充均与突触可塑性相关蛋白或电生理参数的保存或上调相关。Snow等人发现肌酸补充升高了海马CaMKII（Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II）和PSD-95（突触后密度蛋白95）的水平，这两种是长时程增强和突触强化核心的关键支架蛋白。Snow等人在3xTg-AD模型中部分重复了这些发现：雌性（而非雄性）小鼠在认知改善的同时显示CaMKII和PSD-95显著升高，提示性别调节肌酸对突触可塑性的反应。同一研究中的雌性小鼠还表现出磷酸化CREB（记忆巩固必需的转录因子）升高，以及提示部分NF-κB抑制的IκB水平升高。Mao等人报告，在LPS处理的雌性大鼠中，肌酸补充上调了齿状回的mTORC1信号传导（p-mTOR和p-p70S6K升高），伴随突触素和PSD-95蛋白水平升高（分别为突触前囊泡可用性和突触后密度完整性的标记）。Bahari等人证明，肌酸可保护慢性束缚应激诱导的海马CA1锥体神经元LTP振幅和树突分支化退化，为应激模型中肌酸的突触可塑性维持作用提供了直接的电生理学证据。Zhu等人显示，在D-半乳糖衰老模型中，肌酸补充恢复了海马CA1树突棘密度和分支以及突触蛋白表达，这些结构变化与CK-BB活性恢复密切相关。最后，Mabondzo等人确定KIF1A（突触囊泡运输必需的动力蛋白）和PLCB1（参与细胞内信号传导的磷脂酶Cβ1）是DCE在CrT KO小鼠中产生认知和突触恢复的关键蛋白质组驱动因子，提供了本综述中最具分子粒度的机制见解。

3.3.3 氧化应激

3项研究评估了氧化应激标记物，所有情况下肌酸均一致与氧化负担降低相关。Zhu等人发现，肌酸补充显著降低了D-半乳糖衰老小鼠的海马丙二醛（MDA）水平，并升高超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，提示与CK-BB介导的认知改善同步发生的广谱抗氧化效应。Bahari等人未直接测量经典氧化应激标记物，但观察到肌酸逆转了慢性束缚应激诱导的树突萎缩，这可能部分反映了对海马神经元氧化和兴奋毒损伤的防护。Kolling等人测量的是CK活性而非经典氧化应激指标，但由于高同型半胱氨酸血症通过氧化作用灭活CK，肌酸对酶活性的恢复可被解释为酶水平的间接抗氧化保护效应。

3.3.4 神经炎症

19项研究中有3项评估了神经炎症标记物，结果异质性较高。Shao等人报告，在APP/PS1 5×FAD小鼠中，脑室内注射肌酸显著增强了GFAP阳性星形胶质细胞反应性，减少了Iba1阳性小胶质细胞活化，同时伴随淀粉样斑块负荷和细胞衰老标记物降低，所有这些均与MWM认知改善相关。Snow等人在雌性3xTg-AD小鼠中发现肌酸补充后IκB水平升高，与一定程度的NF-κB抑制一致，且同一批动物中Aβ三聚体减少。相比之下，Mao等人发现，尽管产生了认知改善，肌酸并未降低LPS诱导的齿状回TNF-α或IL-1β mRNA水平。

3.4 偏倚风险

使用SYRCLE工具在六个领域评估偏倚风险：报告偏倚和其他偏倚的风险最低（均为97.4%），失访偏倚也较低（86.8%），因为大多数研究提供了完整的结局数据。选择偏倚为中低风险（66.7%），部分研究序列生成和基线可比性良好，但几乎所有研究均未隐藏分配方案或情况不明。检测偏倚为中等水平（52.6%），使用自动跟踪软件的研究部分缓解了这一问题。实施偏倚风险最高（25.0%），原因是普遍缺乏对护理人员的设盲，也未报告随机饲养。结果总结于表2。方法学质量的变化将在讨论中与报告的认知结局相关联进行分析。

1. 4.
   讨论
   尽管实验模型、动物品系和认知范式存在相当大的异质性，肌酸补充在本综述纳入的绝大多数研究中均产生认知获益。但这种图景并非没有细微差别：少数研究报告无效或混合结果，且获益出现的条在给药途径、性别、剂量和干预时长方面差异很大。这些差异与相似性一起，为更好地理解肌酸对认知和脑功能效应的范围和限度提供了宝贵机会。以下讨论既考察研究间的一致性，也考察差异性，旨在更精确地描述肌酸补充何时、如何以及对谁发挥认知和神经生物学效应。

4.1 调节因素：塑造肌酸补充认知获益的因素

在可能调节肌酸补充认知效应的变量中，给药途径从机制角度尤为相关。如前所述，大脑的肌酸池主要通过内源性合成和通过专用肌酸转运体的血脑屏障主动转运来维持，口服补充在这方面存在公认的限制：包围血脑屏障的星形胶质细胞不表达肌酸转运体，这意味着只有一小部分口服摄入的肌酸能到达大脑。Chen和Hu在大鼠中比较了鼻内和口服给药：仅鼻内途径显著增加海马、嗅球和内侧前额叶皮层的肌酸水平，并改善Barnes迷宫表现。口服组仅显示不显著的趋势，无认知获益，可能归因于较短的补充周期（14天）。这与不完全的、剂量依赖性的口服生物利用度的药代动力学证据一致。关于剂量，纳入研究采用了广泛的方案，从1-3%的膳食浓度到75 mg/kg至超过1.5 g/kg/天的体重调整剂量，部分研究采用负荷加维持设计，其他研究使用固定的连续剂量。Allahyar等人发现，在雌性小鼠中，3%膳食肌酸比1%更有效，提示可能需要超过最小阈值才能产生可测量的认知效应。结合本综述结果和更广泛的文献，大鼠的大多数方案处于50-300 mg/kg/天的范围，小鼠研究通常采用约2%的膳食浓度，尽管文献中也报告了剂量依赖性的神经保护效应。负荷阶段是否对认知结局（而非肌肉肌酸饱和）具有附加价值仍不清楚。基于本综述纳入的研究，负荷阶段似乎并非获得认知获益所必需，尽管没有研究专门设计方法来解决这一问题。现有证据表明，负荷阶段加速了肌肉肌酸和PCr储存的增加，并产生更早的运动增强效应，但无负荷方案最终会产生相同的获益，只是更渐进。干预时长似乎是纳入研究中最一致的调节因素。绝大多数报告显著认知获益的研究采用4至15周的慢性补充方案。这种模式广泛支持这样的观点：肌酸的认知效应（尤其是口服时）依赖于持续的补充，足以产生超越简单能量缓冲的神经生物学适应。这与人类临床文献一致：有意义的效应需要极高负荷剂量下至少7天，或更温和的4-5 g/天摄入下数月。重要的是，在所有研究的发育阶段均观察到认知获益，提示剂量和时长比补充发生的特定生命阶段更重要。性别也是一个相当有趣的调节变量，尽管本综述的证据是细微的。在纳入两性的四项研究中，最引人注目的发现来自Snow等人，他们报告在3xTg-AD小鼠中，慢性肌酸补充产生的空间认知和相关分子标记的益处仅见于雌性，而雄性无改善。这与啮齿类动物研究报告雌性抗抑郁效应大于雄性的证据广泛一致，也与人类文献提示雌性可能对肌酸补充反应更佳（尤其在改善抑郁方面）一致。这种性别特异性的机制尚不清楚。Snow等人指出，不同的认知结局不能归因于线粒体反应的差异，并提出肌酸可能差异性地调节在病理条件下已经存在性别差异的分子谱。Wideman等人借鉴先前研究，承认性激素在转录水平影响肌酸代谢，但这并未在其健康大鼠样本中转化为差异性的认知效应。第四个调节变量是实验模型本身：幼稚动物与转基因动物。携带疾病相关突变的转基因模型表现出改变的基线生理，包括终身遗传修饰导致的组成性神经炎症、线粒体功能障碍和代谢紊乱，这可能募集了幼稚动物中不存在的代偿机制。这种区别体现在Snow等人的研究中：在3xTg-AD小鼠中，肌酸仅在雌性中产生认知获益，尽管两性均有等效的线粒体增强，提示性别与模型基线病理相互作用的方式尚不清楚。相比之下，本综述中的幼稚动物研究报告无论性别如何均获益更一致。这表明转基因模型中改变的基线生理可能限制或修改肌酸认知效应的表达。

4.2 受影响的认知领域：普遍效应的证据

纳入研究评估了广泛的认知领域：空间记忆（Morris水迷宫、Barnes迷宫）、物体识别、被动回避和工作记忆；肌酸补充均与所有领域的表现改善相关。但在得出这是真正普遍效应的结论前，需谨慎解读：许多使用的任务共同依赖海马空间处理，跨范式的改善可能反映了重叠神经底物的会聚敏感性，而非广泛的跨领域效力。更精确的描述是，肌酸对海马依赖性认知产生一致的获益，补充范式的证据将该图景扩展至识别和记忆。这种海马特异性也得到了本综述以外证据的支持：Pazini等人证明肌酸可预防皮质酮诱导的海马增殖和分化减少，Sartini等人报告即使在母体补充模型中也观察到对海马突触可塑性的获益。但这种效应广度仍需一定程度的解读谨慎，特别是考虑到若干所用范式固有的混淆因素。Morris水迷宫等任务不仅依赖空间认知，还依赖运动能力和游泳耐力；而肌酸作为一种公认的 ergogenic 化合物，可能独立增强这些变量。这种可能性并非仅理论上的：Allahyar等人和Iqbal等人（2015b）均报告肌酸补充动物在MWM获得期间的游泳速度增加。但关键是，多项研究在认知测试组合中纳入了运动协调测试作为对照，且运动改善通常无法解释观察到的认知获益幅度。第二个解读考虑是肌酸可能通过其焦虑和抑郁样行为效应间接改善认知表现的潜在通路。啮齿类动物模型的大量证据指向肌酸补充可靠的抗焦虑和抗抑郁样效应，正如Tirupachur的啮齿类动物研究meta分析所记录的那样。本综述中的多项研究与这种模式一致，如Tran等人和Bahari等人。由于焦虑和抑郁状态本身已知会损害海马依赖性记忆，这些状态的减少可能独立于对记忆回路的任何更直接效应，促成观察到的认知改善。

4.3 提出的机制：从生物能量学到突触信号传导

肌酸发挥有益效应的认知领域和实验条件的范围表明，其作用不能简化为单一机制。本文回顾的证据汇聚于四个主要通路：能量缓冲、线粒体增强、突触可塑性上调和神经炎症与氧化应激级联的衰减。这些通路并非孤立运作，而是可能相互作用并相互强化。最常援引的机制是PCr/ATP能量缓冲。通过可逆的肌酸激酶（CK）反应，磷酸肌酸作为快速可用的磷酸供体，在高代谢需求下再生ATP，维持神经组织的能量稳态。这一机制框架在更广泛的生化文献中已确立：Wallimann等人将CK/PCr系统表征为履行三种互补功能：即时可用的时间能量缓冲、连接线粒体ATP产生与胞质消耗位点的空间细胞内能量穿梭，以及代谢调节；并具有额外的特性：线粒体CK偶联减少活性氧形成并抑制线粒体通透性转换孔开放（一种早期凋亡事件）。该机制在缺氧缺血性脑病（HIE）研究中尤为突出，其中肌酸被提议保护神经元免受缺氧打击引发的急性生物能量衰竭。除生物能量学外，多项研究指出肌酸介导的突触可塑性标记物上调是关键通路。Snow等人发现，健康中年小鼠的慢性膳食肌酸增加了海马CaMKII、PSD-95和线粒体复合物I的水平，同时降低了IκB水平：这种模式与已确立的可塑性相关信号级联一致，该级联连接突触激酶活性、通过NF-κB的转录调节以及参与长时程增强和空间记忆的突触后结构蛋白。Souza等人早前直接证明了CaMKII对肌酸诱导的空间记忆增强的必要性：他们显示，脑室内注射肌酸促进Barnes迷宫记忆保留，并在30分钟内上调pCaMKII和pCREB；这些效应被CaMKII抑制完全消除，而PKA阻断则无此作用，提供了药理学证据，表明CaMKII是必需的介质而非仅仅是相关物。Zhu等人同样发现，在D-半乳糖衰老模型中，肌酸补充恢复了CK-BB活性，并逆转了PSD-95、BDNF和神经丝轻链的减少，伴随CA1神经元树突棘密度和分支的恢复。Mao等人为这一图景增加了另一个维度，显示肌酸上调了LPS处理大鼠齿状回的mTORC1信号传导和突触蛋白表达（突触素和PSD-95），提出mTORC1介导的突触蛋白翻译上调是一种独立于化合物抗炎效应的可塑性机制。这种mTOR依赖性通路此前已在Pazini等人的药理学不同模型中被确定，他们证明肌酸通过PI3K/AKT/mTOR激活逆转皮质酮诱导的抑郁样行为，同时伴随海马PSD-95和BDNF的增加。此外，Mabondzo等人使用蛋白质组学分析，确定KIF1A和PLCB1是十二烷基肌酸酯在肌酸转运体敲除小鼠中产生认知和突触恢复的关键蛋白质组驱动因子，提供了本综述中最具分子粒度的机制说明。关于神经炎症，图景是异质性的。Shao等人提出了本综述中任何研究中最新颖的机制假说：肌酸通过JAK-STAT信号通路抑制STAT1磷酸化，从而减弱阿尔茨海默病模型中的神经炎症。他们的数据显示，脑室内肌酸减少了小胶质细胞IBA1表达和淀粉样斑块负荷，同时伴随认知改善，并确定STAT1为分子靶点。相比之下，Snow等人在雌性3xTg-AD小鼠中报告肌酸补充后IκB水平升高，同时Aβ三聚体减少，提示NF-κB抑制作为额外的抗炎途径。这种抗神经炎症能力也在Sotelo-Parrilla等人的机制不同背景下得到证明，他们在慢性结肠炎大鼠模型中显示，肌酸补充预防了结肠炎诱导的前额叶和运动皮层IL-1β、IL-6和TNF升高，并阻断了两性中的小胶质细胞活化。最后，关于氧化应激，Zhu等人提供了最直接的证据，显示肌酸补充显著增加了SOD和谷胱甘肽过氧化物酶活性，同时降低了海马组织的MDA水平，提示与CK-BB恢复至少部分相关的广谱抗氧化效应。Cunha等人在独立的离体工作中探索了肌酸在神经组织中抗氧化作用的机制基础：他们在暴露于神经毒素6-OHDA的纹状体脑切片中证明，肌酸减少了ROS产生和脂质过氧化，同时减弱线粒体去极化，并确定PI3K/Akt生存通路是必需的介质。这一发现表明，肌酸在大脑中的抗氧化能力不仅仅是能量缓冲的被动后果，还涉及活跃的细胞内的信号传导。综合来看，这些发现的推断强度差异很大。功能（而不仅仅是相关）分子靶点的直接证据仅限于一个实例：Souza等人显示，药理学抑制CaMKII（而非PKA）消除了肌酸对空间记忆的促进作用，表明CaMKII/CREB信号传导对该特定效应是功能必需的。除这一例外，上述其余分子发现都是相关性的：每个标记物与肌酸给药和认知结局共变，但没有纳入的研究直接操纵这些中介来验证必要性或充分性。这种区别也关系到如何理解这四个通路：