《GeroScience》：Common and distinct plasma proteomic signature of aerobic and motor physical activity interventions and their link to episodic memory
编辑推荐：
：
衰老伴随着慢性低度炎症，而慢性低度炎症已被认为与认知衰退相关。体力活动可能调节血浆中炎症相关蛋白的水平，并可能有助于认知获益，但其潜在机制仍知之甚少。本探索性二次分析旨在评估不同类型的体力活动模式是否与健康老年人中不同的炎症相关血浆蛋白质组学特征相关联，并
：
衰老伴随着慢性低度炎症，而慢性低度炎症已被认为与认知衰退相关。体力活动可能调节血浆中炎症相关蛋白的水平，并可能有助于认知获益，但其潜在机制仍知之甚少。本探索性二次分析旨在评估不同类型的体力活动模式是否与健康老年人中不同的炎症相关血浆蛋白质组学特征相关联，并探讨这些蛋白质组学变化是否与认知表现的变化相关。研究人员对34名健康老年人在12周干预项目前后的血浆样本进行了以炎症为中心的蛋白质组学分析。参与者被随机分配至有氧运动（aerobic exercise, AE）、粗大运动能力（gross motor abilities, GMA）或认知训练（cognitive training, COG）组。利用蛋白质组学数据探索蛋白质水平变化与认知功能变化之间的关联。研究人员进行了差异蛋白表达分析、通路富集分析及探索性关联分析，以研究蛋白质组学变化与认知结局之间的关系。比较分析确定了AE和GMA共有的24种差异丰度蛋白的共同特征，以及33种与AE特异性相关的额外蛋白特征。通路富集分析提示，这些特征与涉及免疫调节和血管适应的生物学过程相关。AE组的情景记忆得到改善，探索性分析确定了与延迟回忆（Delayed Recall）表现变化相关的51种蛋白特征。在本探索性二次分析中，不同的运动模式与健康且缺乏体力活动的老年人中共享且不同的炎症相关血浆蛋白质组学特征相关。这些蛋白质组学特征还与情景记忆的改善相关，为运动相关认知获益的生物学过程提供了假说。
一、研究背景与问题
全球人口老龄化进程不断加速，2021年全球约有5700万人患有神经认知障碍或痴呆，且这一数字以每年约1000万的速度增长。尽管衰老通常伴随一定程度的认知功能下降，但下降程度因人而异。高血压、糖尿病、超重或肥胖、吸烟及久坐不动等神经认知障碍的可调控风险因素，同时也是心血管疾病（cardiovascular diseases, CVD）的共享风险因素，其病理生理恶性循环均涉及慢性炎症。衰老的一个标志性特征是慢性炎症，即“炎症衰老”（inflammaging），其概念整合了细胞衰老与系统性低度炎症环境。衰老细胞的积累会通过衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）释放一系列促炎分子，这种系统性炎症是所有衰老相关慢性疾病的共同特征，包括导致神经退行性疾病的认知功能障碍。
已有充分证据表明，体力活动可减缓老年人的认知衰退。从机制角度看，体力活动被认为可调节脑血流量、释放神经营养因子、增强海马神经发生、强化神经可塑性，并降低神经炎症。在血浆水平，长期体力活动可调节包括C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）、白细胞介素6（interleukin 6, IL-6）、白细胞介素1β（interleukin 1-beta, IL-1β）和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor alpha, TNF-α）在内的系统性免疫和炎症标志物。近期证据进一步提示，外周炎症通路可能介导体力适能与认知健康之间的关系。在一项包含648名认知未受损老年人的大型队列研究中，IL-6在统计学上介导了心肺适能与多个认知领域（包括执行功能、情景记忆、视觉空间加工和工作记忆）之间的关联。
然而，既往研究主要集中于有氧运动，且多基于有限的循环炎症生物标志物。不同运动模式是否在老年人中诱导不同的炎症相关蛋白质组学特征，以及这些分子适应是否与运动相关的认知改善（尤其是情景记忆）相关联，仍知之甚少。因此，本研究旨在比较两种运动模式后的炎症相关血浆蛋白质组学特征，并探索这些变化与健康且缺乏体力活动的老年人认知变化之间的关联。
二、研究设计与主要结论
本研究是一项已发表随机对照试验的二次分析，为三臂、随机、开放标签干预研究。研究人员从原始研究的78名参与者中纳入34名社区居住的老年人（AE=14，GMA=14，COG=6），年龄60至79岁（平均70.0±5.2岁）。参与者被随机分配至三种为期12周的训练项目之一：有氧运动（AE）、粗大运动能力（GMA）或计算机化认知训练（COG），每周3次、每次60分钟，共36次训练。AE训练旨在提升心肺适能，包含高强度间歇训练和中等强度持续训练；GMA训练旨在改善协调、平衡和敏捷性；COG训练旨在改善执行功能。研究人员在干预前后采集血浆样本，使用Olink Explore 384炎症panel进行蛋白质组学分析，经质量控制后保留356种蛋白用于分析。
研究得出以下主要结论：第一，AE组干预后PLXNA4和DAPP1两种蛋白显著上调，而GMA和COG组干预前后无显著差异蛋白；第二，与COG相比，AE训练诱导57种蛋白上调，GMA训练诱导25种蛋白上调；第三，AE和GMA共有24种共同上调蛋白，构成体力活动的共同炎症相关蛋白质组学特征，富集于MAPK级联调控、代谢应激、免疫受体信号及细胞适应等通路；第四，AE特异性上调33种蛋白，富集于Toll样受体信号、钙调磷酸酶-NFAT通路及血管重塑过程；第五，认知测试显示AE组在情景记忆（BVMT-R延迟回忆）方面改善显著优于COG组；第六，全样本分析发现51种蛋白的变化与BVMT-R延迟回忆得分变化显著相关，富集于NF-κB信号通路调控、抗菌体液免疫应答、内部信号转导和凋亡负调控等生物学功能；第七，ΔVO?峰值与BVMT-R延迟回忆变化呈正相关，但调整干预组后不再显著，且ΔVO?峰值与蛋白质组学特征无关联。
三、主要技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：基于Olink平台邻近延伸分析（proximity extension assay, PEA）技术的Olink Explore 384炎症panel进行血浆蛋白质组学分析，样本来自蒙特利尔大学老年病医院研究中心，血液样本于清晨空腹采集并储存于-80°C；使用R软件及Limma包进行差异蛋白表达分析，采用Benjamini-Hochberg错误发现率（false discovery rate, FDR）校正，差异表达蛋白（differentially expressed proteins, DEP）判定标准为校正p值<0.05且绝对log2倍数变化>0.25；采用基线校正的协方差分析（ANCOVA）比较三组干预对体能和认知测试的影响；使用线性回归模型评估蛋白水平变化与认知结局变化之间的关联，模型调整年龄、性别、BMI、基线VO?峰值、基线CRP浓度和教育年限；使用EnrichR平台进行通路富集分析。
四、研究结果
人群一般特征：34名参与者中，AE组14人（2名男性）、GMA组14人（2名男性）、COG组6人（4名男性）。三组基线特征无差异，且该子集与原始队列其余参与者的基线特征亦无差异。
心肺适能测试：干预引起的VO?峰值变化在组间存在显著差异（基线校正ANCOVA干预p值=0.019，?2p=0.25）。事后分析显示，AE组表现显著优于GMA组（估计值=3.02，p=0.016，Cohen's d=1.17），但与COG组相比仅呈趋势性差异（估计值=2.67，p=0.084，Cohen's d=1.03）。
12周干预对炎症特征的组内差异效应：在356种蛋白的干预前后比较中，AE组有PLXNA4（L2FC=0.77，校正p=0.035）和DAPP1（L2FC=0.45，校正p=0.035）两种蛋白显著上调，另有IRAK4、LAT和MAP2K6三种蛋白在校正p<0.10水平上调。GMA和COG组均无显著差异蛋白。
组间炎症蛋白质组学特征的差异调节：AE和GMA两种体力活动项目之间差异较小，仅各有3种蛋白上调（AE组为FGF19、FCRL3和EPO；GMA组为SCGB3A2、IL12RB1和PNLIPRP2）。与COG相比，AE训练诱导57种蛋白上调（COG仅5种），GMA训练诱导25种蛋白上调（COG仅7种）。值得注意的是，GMA上调的25种蛋白中有24种同样被AE上调，构成两种体力活动模式的共同特征。通路富集分析显示，这24种共有蛋白富集于MAPK级联调控、代谢应激（“应激反应中翻译的正调控”）、免疫受体信号（“抗原受体介导信号通路的负调控”、“B细胞受体信号通路的调控”）和细胞适应（“细胞生长的调控”）等通路，提示这是对不同运动模式肌肉收缩的共享分子反应。AE特异性上调的33种蛋白富集于Toll样受体信号（“Toll样受体9信号通路”、“Toll样受体4信号通路”）、钙调磷酸酶-NFAT通路（“钙调磷酸酶-NFAT信号级联”、“钙调磷酸酶介导的信号”）和血管重塑过程（“血管相关平滑肌细胞分化的调控”、“平滑肌细胞分化的负调控”），提示有氧训练诱导了炎症适应与重塑。
认知测试：九项认知测试中有五项（Stroop抑制、Stroop转换、双任务SP、双任务SM和BVMT-R延迟回忆）的干预效应显著，表明认知表现变化取决于干预类型。事后比较显示，COG组在四项测试（Stroop抑制p=0.017、Stroop转换p=0.002、双任务SP p=0.005、双任务SM p=0.042）中的改善幅度大于AE组，但AE组在情景记忆（BVMT-R延迟回忆，p=0.020）方面的改善显著优于COG组。COG组在Stroop抑制（p=0.017）、Stroop转换（p<0.001）和双任务SP（p=0.009）三项测试中的改善也大于GMA组，AE组在Stroop转换测试中的改善大于GMA组（p=0.008）。
炎症蛋白质组学变化与延迟记忆表现的探索性正相关：全样本（n=34）线性回归分析中，仅BVMT-R延迟回忆测试发现显著关联，51种蛋白的变化与该测试得分变化显著相关（校正p<0.05）。敏感性分析额外调整干预组后，这51种蛋白的效应估计值与主模型高度一致（Pearson r=0.996，R2=0.992，p<2.2×10?1?），所有蛋白保持相同关联方向，但FDR校正后均不再显著。通路富集分析显示，这51种蛋白富集于NF-κB信号通路调控、抗菌体液免疫应答、内部信号转导和凋亡负调控四大生物学功能，提示适应性免疫和促生存分子反应可能与延迟记忆表现改善相关。ΔVO?峰值与BVMT-R延迟回忆变化呈正相关（Spearman ρ=0.41，p=0.017），但调整干预组后该关联减弱，多变量模型中ΔVO?峰值并非认知变化的独立预测因子（β=0.08，p=0.64）。蛋白质组学特征（基于z评分的复合得分）与ΔVO?峰值之间无关联（Spearman ρ=-0.04，p=0.84），调整干预组后结果不变。
五、讨论与结论
讨论部分指出，本探索性二次分析发现，不同体力活动模式与老年人中不同的炎症蛋白质组学特征相关。两种体力活动模式共享24种蛋白的共同特征，提示存在对肌肉收缩的普遍适应性反应；AE另有33种蛋白的特异性特征，富集于先天免疫和血管重塑过程。研究还发现炎症相关蛋白变化与情景记忆改善之间存在正相关，且这种关联与有氧能力变化无关，提示有氧适能改善不能完全解释观察到的认知和分子适应。研究人员强调，TLR9识别有氧运动后细胞应激释放的线粒体DNA，钙调磷酸酶-NFAT通路参与骨骼肌适应、血管生成和血管重塑，这些发现与有氧训练后的适应性血管重塑一致。与记忆改善相关的51种蛋白富集于NF-κB和PI3K/AKT通路，这两条通路已知支持突触可塑性、神经元存活和记忆巩固过程，提示存在适应性神经免疫信号环境。然而，研究存在样本量小且组间分配不均衡（尤其COG组仅6人）、缺乏非干预对照组、探索性分析性质等局限性，结果应视为假说生成性质。
研究结论为：尽管存在局限性，本探索性二次分析提示，不同的体力活动模式可能与健康且缺乏体力活动的老年人中不同的炎症蛋白质组学特征相关。研究结果进一步表明，炎症相关蛋白的变化可能与情景记忆表现的改善相关。鉴于样本量有限且不均衡以及分析的探索性性质，这些结果应被解读为假说生成性质。本探索性分析将有助于更好地理解体力训练与老年人认知功能获益之间关系的生物学机制，但仍需在更大规模、充分把握度且包含非干预对照组的队列中验证研究结果，以更好地推广至其他老年人群，并更深入地理解这些炎症变化对认知表现的影响。对这一关系的更好理解将有助于设计最佳干预方案，以更好地保护认知功能并促进健康老龄化。
