营养对认知功能与大脑网络的调控：一项综合性评述

《Brain Science Advances》：Nutritional Modulation of Cognitive Function and Brain Networks: A Comprehensive Review

　　

大型脑网络和神经可塑性过程支持整个生命周期的认知功能，并可能受到营养的影响。本综述整合了流行病学研究、随机饮食干预、分子神经科学和多模态神经影像学证据，以检验饮食模式、营养素组成、脑网络组织与认知表现之间的关联。现有证据表明，坚持地中海饮食（Mediterranean diet）和MIND饮食（MIND diet）模式以及摄入较多的omega-3脂肪酸（omega-3 fatty acids）、多酚（polyphenols）和必需微量营养素（micronutrients）与更好的记忆力、执行功能和处理速度相关，而大量摄入超加工食品（ultraprocessed foods）则与认知衰退相关。营养可能通过多种相互关联的机制影响认知功能，包括神经营养信号（neurotrophic signaling）、突触可塑性（synaptic plasticity）、神经炎症（neuroinflammation）、脑血管功能（cerebrovascular function）和肠-脑轴（gut–brain axis）通讯。神经影像学研究还发现，营养相关差异存在于大型脑网络（包括默认网络（default mode network, DMN）、中央执行网络（central executive network, CEN）和突显网络（salience network, SN））的组织和连接性中，其中一些差异与认知表现相关。然而，纵向研究和设计良好的随机对照试验（randomized controlled trials, RCTs）的有限可用性限制了因果推断。新兴的精准营养（precision nutrition）方法整合了代谢组学（metabolomics）、微生物组（microbiome）分析、遗传易感性和基于网络的神经影像学，可能有助于制定更有针对性的策略来支持整个生命周期的认知健康。未来研究可优先开展大规模纵向研究、RCTs以及整合神经影像学、代谢组学和微生物组分析的多模态方法，以加强因果推断并推进针对认知健康的精准营养策略。

1 Introduction
营养神经科学是一个跨学科领域，研究饮食摄入、脑功能、认知和心理健康之间的相互作用。大脑虽仅占体重约2%，却消耗约20%的静息能量，因此充足营养对神经元信号、突触可塑性、神经递质合成和细胞完整性至关重要。认知功能包括注意、记忆、执行功能等。全球老龄化推动了膳食策略作为可调控因素的研究。地中海饮食、DASH饮食和MIND饮食等富含抗氧化、抗炎和血管调节物质的模式，与更好的认知表现和较低认知障碍风险相关。机制涉及脑源性神经营养因子（BDNF）、氧化应激、神经递质代谢、肠-脑轴和表观遗传。目前存在观察性研究混杂、干预试验样本量小等挑战，未来需整合生物标志物、代谢组学和神经影像学，开展纵向研究和随机对照试验（RCTs）。

2 Methods
本文采用叙事综述方法，检索PubMed/MEDLINE、Scopus和Web of Science数据库（2000-2025年），使用营养、认知、脑网络相关检索词。共识别1,021条记录，经去重和筛选，评估82篇全文，最终18项符合条件的RCTs纳入定性综合。观察性队列、神经影像和机制性研究在叙事综合中作为背景证据。报告遵循PRISMA-ScR原则以增强透明度。

3 Conceptual Framework and Biological Basis of Nutritional Modulation of Brain Networks and Cognition
提出系统层面的概念框架，强调饮食模式与营养、代谢、分子、细胞和网络水平的相互作用，而非仅孤立考虑营养素。

3.1 Brain Energy Metabolism and Cognitive Function
大脑以葡萄糖为主要能量底物，酮体在发育期和代谢灵活中起作用。必需微量营养素如B族维生素（B₆、B₉、B₁₂）、铁、锌和镁作为酶辅助因子参与线粒体呼吸和神经递质合成。能量代谢紊乱可损害突触效率和脑网络完整性。

3.2 Molecular and Cellular Mechanisms Linking Nutrition to Cognition
营养通过脑源性神经营养因子（BDNF）信号、氧化应激与神经炎症、神经递质代谢等途径影响认知。抗氧化剂如维生素C、E、类胡萝卜素和类黄酮可清除自由基，减轻神经损伤。氨基酸作为血清素、多巴胺和γ-氨基丁酸（GABA）的前体，调节情绪和认知。

3.3 Gut-Brain Axis and Epigenetic Integration
饮食通过肠-脑轴影响认知，肠道菌群产生的短链脂肪酸可调节神经炎症和神经营养信号。表观遗传方面，叶酸、胆碱和蛋氨酸参与一碳代谢，影响DNA甲基化和组蛋白修饰，产生长期效应。

3.4 Large-Scale Brain Networks and Cognitive Outcomes
营养可能影响灰质体积、白质完整性和功能连接，尤其是默认网络、中央执行网络和突显网络。富含营养和抗炎的饮食模式与更好的网络组织相关，而超加工食品与加速脑老化相关。

3.5 Lifespan Sensitivity and Interindividual Variability
营养与认知的关系受发育阶段、遗传、代谢、菌群和生活方式影响。