运动不仅仅是减肥和保持健康的工具，还能成为脑的“天然调节器”。运动过程中产生的乳酸不仅能为肌肉提供能量，还对脑有惊人的益处。乳酸进入脑部后会促进神经元的活跃，提升脑部的功能，还会引发神经递质的释放，作用于情绪调节和焦虑缓解。探究乳酸对焦虑调节背后的机制，将会让我们更好的理解乳酸的作用，并可能为焦虑障碍的治疗开辟新的方向。
团队和文章信息
2024年9月3日，来自暨南大学粤港澳中枢神经系统再生研究所的张力博士团队在《Cell Metabolism》（IF: 27.7）上发表了题为Physical exercise mediates cortical synaptic protein lactylation to improve stress resilience的论文。本文发现了运动后产生的乳酸分子，通过增强皮层特定突触蛋白的乳酰化修饰，改善突触结构及功能，缓解压力应激导致焦虑行为的机制。
研究者首先探究了乳酸和运动赋予的抗焦虑作用之间的潜在关系。在4至5周龄的小鼠中进行14天、每天1小时的的跑步机运功后，行为测试表明运动有效预防了焦虑行为。运功后，循环乳酸和肝脏、肌肉组织中的乳酸浓度显著增加，内侧前额叶皮层（mPFC）的乳酸水平也升高。进一步实验显示注射L-乳酸可减轻焦虑行为，而注射抑制乳酸产生的二氯乙酸（DCA）则显著减弱了运动的抗焦虑效果。这些结果表明，运动训练增强抗压能力的过程中，乳酸生成至关重要，提示其在调节心理健康中的重要作用。
通过乳酸化蛋白质组学分析发现，运动提高了SNAP91的乳酸化水平，尤其在mPFC区域。电生理和TEM实验进一步证实，运动增加了突触前囊泡密度，并保持了突触后结构的完整性。此外，行为测试显示10 m/min的运动强度有效预防了焦虑样行为。表明运动训练改善了突触结构，增强突触蛋白 SNAP91 的乳酸化，且此作用具有区域特异性和运动强度依赖性。
研究者通过感染携带突变SNAP91的腺相关病毒（AAV），研究建立了突触蛋白SNAP91乳酸化受损的小鼠模型。结果显示，突变导致突触前囊泡密度降低，突触结构受损，神经元活动减弱，并引发焦虑样行为。此外，实验发现海马和杏仁核的SNAP91乳酸化变化对神经元活动和焦虑行为无显著影响。SNAP91乳酸化受损会损害突触结构与功能，且乳酸主要通过mPFC调控SNAP91乳酸化维持正常的抗压能力。
通过使用SNAP91突变小鼠模型，研究发现突触蛋白乳酸化的丧失，即使在运动训练下，也无法促进突触前囊泡的形成和神经元钙活动，突触结构和功能受损。行为实验表明乳酸化受损的小鼠无法通过运动获得抗焦虑效果。进一步通过Cas9基因编辑验证并确立了非组蛋白乳酸化在调控应激抗压能力中的关键作用。研究表明运动是通过增强SNAP91乳酸化来防止焦虑样行为的。
运动与SNAP91乳酸化的关系
本研究揭示了突触蛋白SNAP91的乳酸化位点，表明循环乳酸可以通过调节突触结构和功能，提高抗压力能力。跑步机运动被发现能通过激活这一非组蛋白乳酸化通路，抗击慢性应激诱导的焦虑样障碍。此外，研究强调了乳酸在运动中不仅作为代谢标记的角色，还在神经功能调节中扮演重要角色，促进了对代谢与神经网络之间相互作用的理解。
乳酸的非代谢作用
尽管大多数现有研究关注乳酸作为能量来源分子，但对其非代谢调节功能的探讨仍然较少。本文提供了乳酸在蛋白质翻译后修饰中影响突触功能的额外证据，强调了运动训练对神经元代谢适应的重要性，并表明该乳酸化可能通过改变SNAP91的构象来影响细胞内囊泡稳态。
研究局限性
本研究缺乏充分的证据来阐明SNAP91乳酸化如何具体影响突触结构和功能。尽管SNAP91的已知功能主要涉及囊泡稳态，但对其在突触传递中的具体作用机制仍需进一步研究。
TO US
本研究的发现为运动如何影响脑部适应高能量需求提供了新机制，同时揭示了乳酸在脑中的非代谢调节作用。这提示我们在未来的研究中，进一步探索运动与代谢产物对神经功能的复杂交互作用，可能会为理解和治疗与压力相关的精神障碍提供新的思路。
Q & A
Q1：研究中是如何检测SNAP91的乳酸化位点的？
A：研究通过基因组编辑技术（如CRISPR/Cas9）对SNAP91进行突变（K885R），以识别乳酸化位点，并通过质谱分析确认乳酸化的具体位置。
Q2：如何评估运动对突触功能的影响？
A: 研究采用电生理记录技术，包括活体外的电生理和活体内的钙成像，评估运动对突触传递和神经活动的影响，从而揭示运动如何通过乳酸化调节突触功能。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413124002894?via%3Dihub#sec3
编辑：陈玮洁
排版：bonbon
校对：杨诗歌
审核：曹秋晨
转载须知：
本文为枢界centrangle原创文献阅读笔记
如需转载请标明来源
扫码加入群聊，尽享文献全文
