近日，暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院张力副教授、苏国辉院士课题组联手在《科学进展》上发文，揭示了运动改善学习记忆能力的分子机制[1]。原来运动会激活脑内的mTOR通路，进一步促进突触形成，从而改善学习能力~这也是目前首个证实mTOR在学习记忆中重要作用的体内研究。
不知道大家有没有运动之后耳清目明的感觉，有很多研究都证实，短期或长期的体育锻炼能够改善心理健康和认知功能[2]，试验中也观察到志愿者相关大脑区域的激活[3]。
至于这又是为什么，目前广泛认为，运动能够增加脑源性神经营养因子（BDNF）的表达[4]，至于更进一步的机制，那就不好说了。考虑到BDNF可能与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）有关[5]，而近年来也有一些研究张明外周组织中也存在运动激活mTOR的现象[6]，研究者们自然把目光放到了mTOR上。
于是研究者们给小鼠制定了一个运动计划，三周里每天让小鼠在跑步机上运动1小时，然后利用体内成像技术观察小鼠大脑的变化。
简单来说，神经元之间以树突和轴突形成的突触传递消息，此间结构会随着学习记忆的形成发生动态变化。
与前人的研究一致，小鼠参加运动计划之后，BDFN表达上调，而且mTOR核心蛋白的磷酸化水平升高，这说明持续的运动激活了mTOR通路。同时，mTOR-S6途径也被激活，这可以促进突触蛋白的合成、增强突触传递[6,7]。果然，电子显微镜下再看小鼠的大脑皮层，运动皮层中突触密度明显增加了。
当然，数量增加并不能说明质量增加，所以研究者还另外检测了突触传递强度。研究者选择了作为运动皮层主要兴奋性输出的L5PRN神经元。运动之后L5PRN的突触后电流显著增强了。可见运动让小鼠拥有了更强神经活动。
当研究者给小鼠注射雷帕霉素抑制mTOR通路，纵使天天锻炼，小鼠的大脑也不会形成更多新突触，足以说明mTOR通路的重要性。
进一步研究发现，运动激活mTOR还可以促进少突胶质细胞的成熟，增加轴突髓鞘形成，促进树突棘的生成，这都是可以改善运动相关学习能力的[8-10]。研究者也在实验中观察到，持续锻炼的小鼠的确表现得更好。
研究者们表示，依据这项研究成果，可以继续探索精神疾病和认知缺陷等疾病的临床运动干预，闲着没事跑两步说不定真是个“变聪明”的好办法~
参考资料：
[1] https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw1888
[2] Be smart, exercise your heart: Exercise effects on brain and cognition C. H. Hillman, K. I. Erickson, A. F. Kramer Nat. Rev. Neurosci., 9: 58-65, 2008
[3] Changes in fMRI activation in anterior hippocampus and motor cortex during memory retrieval after an intense exercise intervention G. Wagner, M. Herbsleb, F. de la Cruz, A. Schumann, S. Köhler, C. Puta, H. W. Gabriel, J. R. Reichenbach, K.-J. Bär Biol. Psychol., 124: 65-78, 2017
[4] Exercise-enhanced neuroplasticity targeting motor and cognitive circuitry in Parkinson’s disease G. M. Petzinger, B. E. Fisher, S. McEwen, J. A. Beeler, J. P. Walsh, M. W. Jakowec Lancet Neurol., 12: 716-726, 2013
[5] The mechanistic target of rapamycin: The grand conducTOR of metabolism and aging B. K. Kennedy, D. W. Lamming Cell Metab., 23: 990-1003, 2016
[6] Genetic removal of p70 S6 kinase 1 corrects molecular, synaptic, and behavioral phenotypes in fragile X syndrome mice A. Bhattacharya, H. Kaphzan, A. C. Alvarez-Dieppa, J. P. Murphy, P. Pierre, E. Klann Neuron, 76: 325-337, 2012
[7] Motor skill learning depends on protein synthesis in motor cortex after training A. R. Luft, M. M. Buitrago, T. Ringer, J. Dichgans, J. B. Schulz J. Neurosci., 24: 6515-6520, 2004
[8] REM sleep selectively prunes and maintains new synapses in development and learning W. Li, L. Ma, G. Yang, W.-B. Gan Nat. Neurosci., 20: 427-437, 2017
[9] Emergence of reproducible spatiotemporal activity during motor learning A. J. Peters, S. X. Chen, T. Komiyama Nature, 510: 263-267, 2014
[10] Motor skill learning requires active central myelination I. A. McKenzie, D. Ohayon, H. Li, J. P. de Faria, B. Emery, K. Tohyama, W. D. Richardson Science, 346: 318-322, 2014