论文标题：Exercise-Induced Neuroplasticity: Adaptive Mechanisms and Preventive Potential in Neurodegenerative Disorders

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-9488/5/2/13

期刊名：Physiologia

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/physiologia

一、引言

神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症）已成为日益严峻的全球健康挑战，其特征为进行性神经元丢失与功能衰退，目前治疗手段十分有限。随着全球人口老龄化加剧，这类疾病给个人、社会和经济带来的负担预计将大幅攀升，因此亟需寻找能够延缓发病或改变疾病进程的有效预防策略。

体育锻炼作为一种极具前景的非药物干预手段，其神经保护效应受到广泛关注。流行病学证据一致表明，规律运动的人群认知衰退和神经退行性疾病发病风险显著降低。然而，运动究竟通过哪些生物学机制发挥脑保护作用，此前尚缺乏系统全面的梳理。本研究采用叙述性综述方法，整合分子、动物和人体层面的研究证据，深入探讨运动诱导神经可塑性的多重机制及其在神经退行性疾病预防中的应用潜力，旨在为制定循证、个性化的运动预防方案提供理论框架。

二、材料与方法

本研究为叙述性综述（narrative review），系统检索并整合了运动诱导神经可塑性与神经退行性疾病预防领域的分子机制、动物模型及人体临床研究文献。研究从神经营养信号、神经内分泌调控、表观遗传修饰、代谢通路优化等分子层面切入，延伸至海马神经发生、突触可塑性、脑血管功能和脑网络连接等结构与功能适应，并进一步分析运动对神经免疫炎症通路、蛋白聚集、兴奋性毒性、氧化应激及线粒体功能等神经退行性疾病核心病理特征的直接干预作用。同时，研究梳理了临床流行病学证据与随机对照试验结果，评估运动类型、强度、剂量与认知获益之间的关系，并对未来精准预防方向进行了展望。

三、分析与结果

分子机制层面：研究揭示运动通过四大类分子通路协同诱导神经可塑性。（1）神经营养信号：运动显著上调脑源性神经营养因子（BDNF）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和血管内皮生长因子（VEGF），促进神经元存活与分化；（2）神经内分泌调控：运动优化下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴功能，增加鸢尾素（irisin）等肌因子释放，增强应激韧性；（3）表观遗传修饰：运动通过DNA甲基化和组蛋白修饰调控基因表达，为短暂运动刺激产生持久脑功能效应提供机制解释；（4）代谢信号通路：运动激活AMPK、PGC-1α、SIRT1和mTOR等通路，促进线粒体生物发生与能量代谢效率，同时间接调控BDNF表达。这些通路之间存在广泛的交叉对话，例如AMPK激活不仅改善线粒体功能，还通过PGC-1α影响BDNF表达，这种分子汇聚效应可能是运动能够同时干预多种病理特征的关键原因。

结构与功能适应层面：运动在大脑中引发多层次的适应性改变。（1）海马神经发生：自愿跑步显著增加齿状回神经前体细胞增殖、存活与分化，新生神经元整合入现有环路，贡献于模式分离和记忆形成，且该效应呈剂量依赖性，中等强度运动效果最佳；（2）突触可塑性与树突重塑：运动增强长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD），上调突触素、PSD-95等突触蛋白表达，增加树突长度、复杂度和棘密度，为认知功能提升提供结构基础；（3）脑血管适应：运动促进海马和运动皮层血管生成，增强脑血流和脑血管反应性，上调紧密连接蛋白维持血脑屏障完整性，减少神经毒性物质浸润；（4）脑网络连接变化：规律运动增强认知控制、记忆和感觉运动网络的功能连接，部分恢复神经退行性疾病中受损的默认模式网络（DMN）连接，同时改善白质微结构完整性。这些适应共同构建“脑储备”，即使在病理存在的情况下也能延缓症状出现或减缓进展。

神经免疫与炎症通路层面：运动从多个维度对抗神经退行性疾病中的慢性神经炎症。规律运动降低外周和中枢促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）基线水平，增加抗炎因子（IL-10、IL-1ra）；推动小胶质细胞从促炎M1样表型向神经保护M2样表型转化，增强吞噬清除功能，在阿尔茨海默病模型中促进β-淀粉样蛋白清除；优化细胞因子谱以支持神经发生和突触可塑性；并通过上调occludin和claudin-5等紧密连接蛋白增强血脑屏障完整性。值得注意的是，急性运动中某些炎症介质的短暂升高可能触发“毒物兴奋效应”（hormesis），即通过轻度间歇性应激诱导抗氧化酶和应激蛋白上调，从而增强细胞韧性。

对神经退行性疾病病理特征的直接干预：运动并非仅通过间接途径发挥保护作用，而是直接针对疾病核心病理机制。在阿尔茨海默病中，运动减少β-淀粉样蛋白聚集和tau蛋白过度磷酸化，保护突触完整性；在帕金森病中，运动减轻α-突触核蛋白聚集，改善皮质-纹状体回路突触功能，缓解黑质多巴胺能神经元丢失；此外，运动还通过减轻兴奋性毒性、降低氧化应激和增强线粒体功能，对抗多种神经退行性疾病共有的生物能量缺陷。这种多靶点干预模式与大多数单靶点药物策略形成鲜明对比，也解释了运动为何在多种疾病中均展现出广泛疗效。

临床证据层面：流行病学研究一致表明，体力活动水平与神经退行性疾病风险降低显著相关。随机对照试验进一步支持运动对认知功能和脑结构的因果性获益，包括改善轻度认知障碍患者的认知表现、增加海马体积等。研究还揭示了运动剂量-反应关系和运动方式差异：有氧运动在改善心血管健康和脑血流方面优势突出，抗阻训练对执行功能和白质完整性有独特获益，而太极等身心运动则在改善平衡和认知方面表现良好，多模式联合运动通常能产生最优效果。

四、讨论

本综述的核心贡献在于跨领域整合证据——从分子通路到临床应用，确立运动作为神经退行性疾病预防的独特多靶点干预手段。与以往常聚焦于运动效应某一孤立方面的综述不同，本研究将表观遗传修饰、代谢信号、神经免疫交互和精准预防等最新进展整合为统一的转化框架，为制定针对特定神经退行性风险谱的循证个性化运动处方奠定了全面基础。

研究指出，运动的多靶点特性既是其优势所在，也带来了研究挑战。由于运动同时影响多条通路和多个系统，精确拆解各条通路的独立贡献十分困难。此外，个体对运动的反应存在显著异质性，受遗传背景（如APOE基因型）、年龄、基线健康状况、运动习惯等多种因素影响，这意味着"一刀切"的运动方案可能并非最优。研究还强调，将运动与营养补充、认知训练、睡眠优化和压力管理等生活方式因素相结合，可能在特定人群中产生协同效应，例如Omega-3补充可能特别增强APOE ε4携带者的运动获益。

五、展望与结论

面向未来，研究提出四大优先方向：（1）填补机制空白：开发更贴近临床的多病理特征动物模型，区分自愿运动与强迫运动中的应激混杂因素，深入解析各分子通路的因果关系；（2）开发生物标志物：利用脑源性细胞外囊泡、运动响应性microRNA、蛋白质组学面板等血液生物标志物，结合EEG、TMS等神经电生理手段和可穿戴设备数字生物标志物，实现对运动诱导神经可塑性的灵敏监测；（3）推进精准预防：通过大规模多组学数据分析识别"高反应者"表型，采用SMART和MOST等自适应试验设计优化个性化运动处方，发展基于实时监测的闭环数字健康系统；（4）多模态干预整合：通过析因实验设计系统检验运动与营养、认知训练、睡眠优化等因素的协同效应。

研究总结认为，运动诱导神经可塑性为神经退行性疾病预防提供了一条极具前景的路径。来自分子、动物和人体研究的汇聚证据表明，运动通过神经营养信号、神经内分泌调控、表观遗传修饰和代谢优化等多重分子通路，支持海马神经发生、突触可塑性、脑血管功能和脑网络连接等结构功能适应，同时通过抗炎、调节小胶质细胞表型和维持血脑屏障完整性等神经免疫机制创造有利于神经元存活的微环境，并直接减少蛋白聚集、减轻兴奋性毒性和氧化应激、增强线粒体功能。运动作为一种成本低廉、易于获取、副作用极小且兼具多重健康获益的干预手段，其改变神经退行性疾病进程的潜力值得在临床实践、公共卫生政策和研究优先级中获得更多重视。

Mansoor, M.; Ibrahim, A.; Hamide, A.; Tran, T.; Candreva, E.; Baltaji, J. Exercise-Induced Neuroplasticity: Adaptive Mechanisms and Preventive Potential in Neurodegenerative Disorders. Physiologia 2025, 5, 13. https://doi.org/10.3390/physiologia5020013

期刊介绍

主编：Philip J. Atherton 教授（英国诺丁汉大学）

Physiologia（ISSN: 2673-9488）是MDPI出版的一个国际性、同行评审、开放获取的生理学季刊。期刊涵盖生理学各分支领域的原创研究，包括但不限于运动生理学、神经生理学、心血管生理学、代谢生理学、呼吸生理学、内分泌生理学及细胞与分子生理学等。期刊致力于为全球生理学研究者提供高质量的学术交流平台，及时发表生理学领域的最新发现与进展，目前被ESCI（Web of Science）、AGRIS等数据库收录。

2025 Impact Factor：2.1（5-Year Impact Factor: 2.8）

Time to First Decision：22.2 天

Acceptance to Publication：4.5 天