《Food Science & Nutrition》：Combination of Voluntary Wheel Running and Oral Intake of Lactate Improves Object and Spatial Recognition Memory in Association With Hippocampal Insulin-Like Growth Factor-1 in Mice
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乳酸是食品成分之一，有时也被用作食品添加剂。近期研究报道，乳酸可能是一种关键的信号分子和能量底物。此外，乳酸被认为在脑内学习与记忆过程中发挥关键作用。已有研究表明，高强度运动可通过升高血液乳酸浓度改善认知功能。然而，既往多数研究聚焦于乳酸的腹腔注射给药，或通过
乳酸是食品成分之一，有时也被用作食品添加剂。近期研究报道，乳酸可能是一种关键的信号分子和能量底物。此外，乳酸被认为在脑内学习与记忆过程中发挥关键作用。已有研究表明，高强度运动可通过升高血液乳酸浓度改善认知功能。然而，既往多数研究聚焦于乳酸的腹腔注射给药，或通过高强度运动提升内源性乳酸，而非口服摄入。与单独运动或单独乳酸相比，两者联合干预可能进一步增强认知功能。在确认50 mM乳酸（L50）单独摄入不能改善认知功能后，研究人员证明，自主运动联合L50持续4周可显著改善小鼠学习与记忆能力，尽管单独运动并未产生该效应（p < 0.05）。机制上，这种认知增益与突触可塑性标志蛋白表达增强、海马神经发生显著增加，以及海马中胰岛素样生长因子-1（IGF-1）蛋白水平显著升高并伴随钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）活化有关。值得注意的是，该效应独立于脑源性神经营养因子（BDNF）表达水平的变化。上述结果表明，乳酸作为运动期间的膳食补充剂，可能有助于增强青年人与老年人的学习和记忆能力。
该研究发表于《Food Science》。论文围绕“乳酸作为膳食因子能否与运动协同提升认知功能”这一问题展开，聚焦于海马依赖性的物体识别记忆与空间识别记忆。既往研究已证实，乳酸并非单纯的代谢废物，而是能够穿越血脑屏障并在脑内发挥能量底物与信号分子双重作用的重要代谢物。已有动物实验指出，乳酸参与学习记忆形成，阻断其向海马转运会损害记忆；同时，高强度运动可通过提高血乳酸水平促进认知功能改善。然而，现有证据主要来自腹腔或肌肉注射乳酸，或者通过高强度运动提高内源性乳酸，关于口服乳酸摄入是否具有类似认知促进作用，尤其是其与低负荷、自主性运动联用的效果，仍缺乏系统研究。由于持续进行高强度运动对多数人并不现实，因此探索“口服乳酸+运动”的可行协同模式具有明显的营养学与神经生物学意义。
研究人员基于上述背景提出假设：口服乳酸联合运动较任一单独干预更能有效提升认知功能。研究首先评估不同剂量口服乳酸单独作用对认知的影响，随后选取单独无效的低剂量乳酸作为“阈下剂量”，与自主跑轮运动联合干预4周，考察其对小鼠新位置识别（NLR）和新物体识别（NOR）能力的影响，并进一步分析海马中与神经可塑性、神经发生及生长因子信号相关的分子变化。结果显示，高剂量乳酸可在一定程度上改善空间识别记忆，而低剂量乳酸单独无效；但当低剂量乳酸与自主运动联用时，可显著增强物体与空间识别记忆，而单独运动仍未显示统计学显著改善。进一步机制分析表明，这一协同效应与海马神经发生增强、突触可塑性相关蛋白上调、海马IGF-1升高及CaMKII活化密切相关，而并不依赖BDNF进一步升高。研究提示，乳酸可作为运动期间具有潜力的膳食补充剂，用于放大运动对认知的促进效应。
本研究主要采用以下关键技术方法：以7周龄雄性ICR小鼠为实验对象，设置口服乳酸单独干预阶段与自主跑轮运动联合低剂量乳酸干预阶段；采用NLR与NOR行为学实验评估海马依赖性空间识别记忆和物体识别记忆；检测血浆及海马乳酸浓度；以Western blot分析海马、肝脏和骨骼肌相关蛋白表达；通过BrdU与NeuN双重免疫荧光染色评估齿状回神经发生；统计学上采用单因素方差分析（ANOVA）结合Tukey事后检验，并报告主要比较的Cohen's d效应量。
在研究结果部分，论文按照多个小标题系统展示了证据链。
3.1 Effects of Lactate Intake Without Exercise on Cognitive Function
该部分首先检验“单独口服乳酸”能否改善认知。结果表明，4周L100处理可在NLR实验中显著提高记忆表现，说明较高剂量口服乳酸对空间识别记忆具有促进作用；但在NOR实验中未见显著差异。相比之下，L50在NLR和NOR两项测试中均未优于对照组，因此被界定为后续联合干预研究所需的“阈下剂量”。此外，尽管L100改善了部分认知表现，海马BDNF蛋白并未显著升高，提示口服乳酸的认知促进作用不一定通过BDNF上调实现。
3.2 L50 Combined With Exercise Significantly Improves Cognitive Function in Mice
在确认L50单独无效后，研究人员进一步评估L50联合自主运动的作用。结果显示，运动组与运动+L50组总食物摄入无差异，且两运动组总跑动距离相近，说明认知差异并非由运动量不同造成。行为学方面，运动+L50组在NLR实验中的识别指数与辨别指数均显著高于对照组和单纯运动组；在NOR实验中，该联合组的识别指数与辨别指数同样显著升高。单独运动则未见显著改善。由此可见，低剂量乳酸与自主运动联用具有明显协同效应，可显著提升海马依赖性的学习记忆表现。
3.3 L50 Combined With Exercise Significantly Induces Neurogenesis in the Hippocampus in Mice
为明确认知改善是否伴随神经发生增强，研究人员采用BrdU/NeuN双阳性细胞计数评估海马齿状回新生神经元形成。结果显示，运动+L50组双阳性细胞数显著高于对照组，表明联合干预促进了新生细胞向成熟神经元分化并提高了其存活。该结果提示，联合干预带来的认知提升与海马神经发生增强密切相关，为其神经生物学基础提供了形态学证据。
3.4 Effects of L50 Combined With Exercise on the Plasma and Hippocampal Lactate Concentration, and MCT2 Expression in the Hippocampus
该部分主要考察联合干预是否通过持续提高外周或海马乳酸水平发挥作用，以及乳酸转运体MCT2是否参与其中。结果显示，各组血浆与海马乳酸浓度均无显著差异，海马MCT2蛋白表达虽有轻度上升趋势，但未达到统计学显著性。这提示本研究观察到的认知增强并非单纯源于干预末期乳酸浓度的持续升高，也未能直接证实MCT2显著上调是协同效应的主要原因。
3.5 L50 Combined With Exercise Significantly Increases the Expression of Markers of Neural and Synaptic Activity but Does Not Affect BDNF Levels in the Hippocampus of Mice
该部分进一步分析海马内与突触和神经活动相关的蛋白。研究显示，BDNF在运动组和运动+L50组中均较对照组显著升高，但两组间无差异，而认知改善仅见于联合组，说明BDNF升高本身不足以解释联合干预的特异性增效。相反，联合组的突触后致密物蛋白95（PSD95）和活动调节细胞骨架相关蛋白（Arc）表达显著增加，提示突触可塑性和神经活动增强可能是联合干预改善认知的重要分子基础。
3.6 Hippocampal IGF-1 Levels Were Significantly Increased in the Exercise + L50 Group
这是论文机制阐释的核心部分。结果显示，仅运动+L50组海马IGF-1蛋白表达显著升高，而肝脏、骨骼肌及血浆IGF-1均无显著变化，提示IGF-1变化主要发生在海马局部而非外周来源增加。进一步分析下游信号发现，IGF-1受体β（IGF-1Rβ）磷酸化未见显著增强，但磷酸化CaMKII及其与总CaMKII的比值在联合组显著升高；与之相对，ERK通路未见显著变化。同时，VEGF与FGF-2在海马中也未显示显著差异。综合这些结果，研究支持联合干预通过增强海马局部IGF-1表达并激活CaMKII通路，促进神经发生与突触可塑性，进而改善学习与记忆。
讨论部分围绕“为何联合干预优于单独运动或单独低剂量乳酸”展开。论文指出，单独高剂量乳酸可改善部分认知指标，而阈下剂量L50虽本身无效，却能在与运动结合后产生显著认知增益，并表现出比高剂量单用更大的效应量。这说明口服乳酸可作为运动效应的放大因子。研究同时强调，尽管BDNF常被视为运动促进认知的关键分子，但在本模型中，单独运动已足以提高海马BDNF，却未改善行为学表现，表明BDNF升高并不是此次认知增强的决定性解释。相较之下，IGF-1/CaMKII信号轴、神经发生增加以及PSD95、Arc上调与行为学改善更为一致，因此更可能构成此次协同效应的核心机制。论文还指出，VEGF和FGF-2并未发生显著改变，进一步缩小了潜在机制范围。研究局限性方面，作者明确说明实验对象为健康青年期小鼠，尚不能外推至老龄或认知障碍模型；同时，本研究虽提示IGF-1/CaMKII参与其中，但尚未通过受体抑制或基因沉默等手段建立直接因果关系。
研究结论部分可译为：乳酸摄入与运动的联合可改善学习和记忆能力，而单独运动则不能。该效应很可能与海马中IGF-1表达升高及与IGF-1信号相关的CaMKII活化有关。研究结果提示，乳酸可作为运动期间的膳食补充剂，用于增强青年人与老年人的学习和记忆能力。
总体而言，该研究建立了口服乳酸与自主运动协同增强认知的新证据，提出海马局部IGF-1/CaMKII信号激活、神经发生增强和突触可塑性提升是其关键生物学基础。论文的价值在于将乳酸从“运动代谢副产物”进一步拓展为可操作的营养干预因子，并为开发面向认知健康促进的“运动+营养”组合策略提供了实验依据。
