image: The metabolic tug-of-war: Exercise versus ultra-processed diet. Voluntary exercise exerts an antidepressant-like behavioral effect and attenuates metabolic dysregulation in rats fed a cafeteria diet. However, diet quality still significantly influences the neuroplasticity response, highlighting the complex interplay between movement and nutrition in brain health.
Credit: Julio Licinio
爱尔兰科克,2025年10月21日 -- 由科克大学学院Yvonne Nolan教授领导的研究团队确定了运动对抗西式自助餐饮食消费负面行为效应的特定代谢途径。该研究今日发表于同行评议期刊Brain Medicine,证明自主跑步运动可减轻高脂高糖饮食诱导的抑郁样行为,这与循环激素和肠源性代谢物均相关。这些发现为理解如何优化生活方式干预以支持超加工食品广泛消费时代的心理健康提供了关键见解。
研究团队将成年雄性大鼠暴露于标准饲料或由各种高脂高糖食物组成的轮换自助餐饮食七周半,每个饮食组的一半大鼠可使用跑轮。这种实验设计使研究人员能够分离饮食质量和体育活动对脑功能和行为的独立及联合效应。
连接运动与情绪调节的新机制
本研究首次证明,在饮食质量不佳的背景下,自主跑轮运动发挥了抗抑郁样行为效应,提示体育活动可能对消费西式饮食的个体有益。
Nolan教授及其同事采用非靶向代谢组学分析盲肠内容物,揭示自助餐饮食显著改变了肠道代谢组,影响了久坐动物175种测量代谢物中的100种。运动显示出更具选择性的效应,仅调节这些变化的一部分。三种先前与情绪调节相关的代谢物因其反应模式而突出:肌肽、吲哚-3-羧酸盐和脱氧肌苷均因自助餐饮食而减少,但通过运动部分恢复。
该研究利用综合行为测试组评估脑功能的多个领域。虽然单独的自助餐饮食并未显著损害这些成年大鼠的空间学习或识别记忆,但运动在空间导航方面产生了适度改善。研究团队还检查了焦虑样行为,发现运动的微妙抗焦虑效应独立于饮食组成。
激素途径介导饮食-运动相互作用
血浆激素分析揭示了与行为发现平行的显著代谢变化。自助餐饮食大幅提高了久坐动物的胰岛素和瘦素浓度,这些变化通过运动得到显著减弱。该研究的第一作者Minke Nota博士指出,这些激素正常化可能对运动抵抗饮食诱导的行为变化的保护效应做出了贡献。
该研究还揭示了饮食与运动在其他代谢激素方面的复杂相互作用。运动增加了标准饲料喂养动物的循环胰高血糖素样肽1(GLP-1)水平,但这种效应被自助餐饮食削弱。相反,运动特异性地提高了自助餐饮食喂养大鼠的酪酪肽(PYY)水平,提示可能有助于在饮食挑战下维持代谢稳态的补偿机制。
成纤维细胞生长因子21(FGF-21)显示出对自助餐饮食的强劲增加反应,与运动状态无关,而胰高血糖素水平随饮食干预而降低。这些多方面的激素变化突显了生活方式因素引起的复杂内分泌反应及其在介导脑功能效应中的潜在作用。
理解饮食-大脑关系的意义
也许最引人入胜的是,该研究发现自助餐饮食阻止了运动诱导的成年海马神经发生典型增加(新神经元的形成),通过齿状回中双皮质素阳性细胞测量。在标准饲料喂养的动物中,运动在整个海马(一个参与情绪和记忆的脑区)强劲增加了神经发生。这一发现提示饮食质量可能从根本上改变大脑在细胞水平上从体育活动中获益的能力。
研究团队进行了相关性分析以确定特定代谢物与行为结果之间的关系。包括氨基己二酸和5-羟基吲哚-3-乙酸在内的几种盲肠代谢物显示与认知表现呈负相关。这些相关性独立于实验条件,提示肠道代谢物谱与脑功能之间存在基本关系。
Julio Licinio教授及其同事撰写的配套社论强调了这些发现的临床相关性,指出"运动在错误的饮食背景下具有抗抑郁样效应,这对那些难以改变饮食的人来说是个好消息"。该社论强调了本研究如何为理解即使饮食改善证明难以实施时运动仍然有益提供了生物学框架。
未来方向和临床转化
该研究提出了关于生活方式干预最佳顺序的重要问题。研究结果提示,虽然运动可以提供独立于饮食质量的情绪益处,但实现完全的神经可塑性益处可能需要关注营养状态。这对设计既最大化可行性又最大化生物学影响的干预措施具有意义。
需要考虑几个局限性。该研究仅在雄性大鼠中进行,而饮食和运动对代谢和神经发生反应的性别差异已有充分记录。此外,七周的干预期可能无法捕捉长期暴露可能出现的长期适应。未来纳入雌性动物、更长干预期和剂量-反应设计的研究将有助于完善对这些复杂相互作用的理解。
该研究还为研究特定代谢物作为潜在治疗靶点开辟了新途径。运动对肌肽、吲哚-3-羧酸盐和脱氧肌苷水平的保护作用提示这些化合物可能作为情绪障碍的生物标志物甚至治疗剂。特定肠道代谢物与行为测量之间的强相关性支持了对微生物群-肠-脑轴作为心理健康干预靶点的日益关注。
这项同行评议研究在理解连接饮食、运动和心理健康的生物学机制方面代表了重大进展,提供了关于生活方式因素如何在分子和细胞水平上相互作用以影响脑功能的新见解。这些发现通过证明即使在不良饮食选择的背景下运动也能提供抗抑郁样效应,挑战了关于代谢与心理健康之间关系的现有范式。通过采用创新的代谢组学方法结合全面的行为和神经生物学评估,研究团队生成的数据不仅推进了基础知识,还为解决与现代饮食模式相关的心理健康挑战提供了实际应用建议。通过同行评议过程对这些发现的可重复性和验证确保了其可靠性,并将其定位为未来研究的基础。这项工作展示了前沿研究如何能够弥合基础科学与转化应用之间的差距,在未来几年可能影响与情绪障碍作斗争的个体。
Brain Medicine上题为"Exercise mitigates the effects of a cafeteria diet on antidepressant-like behaviour associated with plasma and microbial metabolites in adult male rats"的研究文章于2025年10月21日通过开放获取在Brain Medicine免费提供,链接如下:https://doi.org/10.61373/bm025a.0116。
Brain Medicine上题为"Exercise as metabolic medicine: Movement counters diet-induced behavioral despair via gut-brain signaling"的配套社论也于2025年10月21日通过开放获取在Brain Medicine免费提供,链接如下:https://doi.org/10.61373/bm025d.0122。
关于Brain Medicine:Brain Medicine(ISSN:2997-2639,在线版和2997-2647,印刷版)是由纽约Genomic Press出版的同行评议医学研究期刊。Brain Medicine是从基础神经科学创新到脑医学转化举措的跨学科途径的新平台。该期刊的范围包括脑疾病的基础科学、病因、结局、治疗和社会影响,涵盖所有临床学科及其交叉领域。
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Journal
Brain Medicine
Method of Research
Experimental study
Subject of Research
Animals
Article Title
Exercise mitigates the effects of a cafeteria diet on antidepressant-like behaviour associated with plasma and microbial metabolites in adult male rats
Article Publication Date
21-Oct-2025
COI Statement
The study funders, Irish Research Council, Research Ireland and Health Research Board had no role in the data collection, analysis, interpretation, or writing of the report. YMN and OFO have received funding from Marigot Limited. YMN has received honoraria from Yakult as an invited speaker and OFO has received funding for unrelated contract research from Alkermes plc. and an honorarium as an invited speaker at a meeting organized by Janssen. All other contributors have confirmed that no conflict of interest exists.