血液中的细胞外囊泡有助于在AppNL-G-F敲入小鼠模型中，通过运动来抑制阿尔茨海默病相关的脑Aβ病理变化

《Neurochemistry International》：Blood extracellular vesicles contribute to the exercise-mediated suppression of brain Aβ pathology in the AppNL-G-F knockin mouse model of Alzheimer’s disease

运动通过增加血液外泌体分泌抑制β淀粉样蛋白沉积，从而减缓阿尔茨海默病发展。实验证实长期运动在AD小鼠模型中显著减少Aβ斑块，而抑制外泌体分泌会消除这一效果。该研究表明外泌体是运动全身性益处在大脑中发挥作用的介质。

　　

竹田明子（Akiko Takeda）|武内敏英（Toshihide Takeuchi）|南川荣子（Eiko N. Minakawa）|田中典子（Noriko Tanaka）|望月英树（Hideki Mochizuki）|永井良隆（Yoshitaka Nagai）

日本大阪市堺区，近畿大学医学院神经病学系

摘要

流行病学、临床和实验证据表明，体育锻炼可以抑制大脑中β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的沉积，并降低阿尔茨海默病（AD）的风险。然而，体育锻炼如何对AD产生这些有益效果仍不清楚。在本研究中，我们发现体育锻炼所介导的Aβ沉积抑制作用需要通过运动上调的血细胞外囊泡（EVs）来实现。我们证明，在野生型小鼠以及携带AD相关基因突变的App^NL-G-F敲入小鼠模型中，跑步机运动能够短暂增加血液中EVs的分泌量。对运动诱导产生的血液EVs中的蛋白质成分进行综合分析后发现，热休克蛋白（heat shock proteins）和辅助分子伴侣（cochaperones）等分子伴侣蛋白显著增加，同时蛋白质组谱也发生了显著变化。重要的是，长期运动能够抑制App^NL-G-F敲入小鼠中的Aβ斑块沉积，但这种抑制作用在通过药物抑制EVs分泌后几乎完全消失。这些结果表明，运动能够增加血液中EVs的分泌，从而有助于抑制大脑中的Aβ病理变化。我们的研究将血液EVs确定为全身（包括大脑）从运动中获益的关键介质，突显了运动诱导的EVs在AD治疗中的潜在应用价值。

引言

由于人口老龄化速度的加快，与年龄相关的神经退行性疾病已成为全球主要的健康问题。神经退行性疾病的特点是大脑中神经元的逐渐丧失，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和多聚谷氨酰胺（PolyQ）疾病，这些疾病通常由致病蛋白的错误折叠和聚集引起（Wilson等人，2023年）。目前这些疾病几乎没有有效的治疗方法。其中，AD是一种进行性的神经退行性疾病，是全球痴呆症的主要原因，影响着超过5000万人（Scheltens等人，2021年）。AD的病理特征是大脑中β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的沉积以及神经元内含磷酸化tau蛋白的神经纤维缠结的积累。在这些过程中，Aβ肽的聚集可能是AD发病机制中最上游的事件之一。事实上，针对Aβ的单克隆抗体（如lecanemab和donanemab）已被证明可以减少Aβ斑块的沉积，并在AD患者中显示出疾病改善效果（Sims等人，2023年；van Dyck等人，2023年）。这表明Aβ聚集在AD发病机制的初始阶段起着关键作用，因此是AD治疗的重要靶点，尽管Aβ在患者体内聚集的具体机制尚不完全清楚。

多种非遗传因素，包括糖尿病、肥胖、高血压、教育水平以及日常生活方式（如体力活动、睡眠障碍和饮食）都与AD的风险相关（Livingston等人，2017年）。流行病学和临床研究表明，体力活动可以提高认知能力并降低AD的风险（Hamer和Chida，2009年；Laurin等人，2001年；Yoshitake等人，1995年）。一项生物标志物研究显示，进行较高水平体力活动的认知正常的老年人，其大脑中的Aβ沉积较少，脑脊液（CSF）中的Aβ42水平较高，而Tau和pTau181水平较低（Liang等人，2010年）。这表明体力活动可能减少大脑中的Aβ斑块沉积，并可能抑制AD的病理过程。使用AD模型动物的研究也表明，如自愿轮跑、跑步机运动和游泳等体育锻炼可以显著减少Aβ斑块的负担（Adlard等人，2005年；Lazarov等人，2005年；Yuede等人，2009年）。这些发现表明，运动可以抑制Aβ肽的聚集和积累，从而可能延缓AD的发病过程。

关于运动如何抑制Aβ沉积的分子机制尚不清楚。动物实验显示，在运动后的AD小鼠中，淀粉样前体蛋白（APP）、APP的C末端片段（CTFα和CTFβ）以及分泌酶（α、β和γ）的水平没有显著变化，这表明运动后大脑中Aβ肽的产生或切割效率没有改变（Adlard等人，2005年）。参与Aβ降解的关键酶（如neprilysin和胰岛素降解酶）的水平也没有变化（Adlard等人，2005年）。这些发现表明，运动可能不仅仅通过减少Aβ肽的水平来防止其积累。运动会在全身引发多种生物反应，包括促进神经发生（van Praag等人，1999年）、减少神经炎症（Nichol等人，2008年）、促进神经营养因子和激素（包括肌因子）的分泌（Lourenco等人，2019年；Neeper等人，1995年；Neeper等人，1996年；Wrann等人，2013年）以及增加脑血流量。这些多方面的变化可能有助于减少AD和其他疾病中的Aβ沉积并改善认知功能。然而，这些多方面效应（包括运动的外周效应）是如何传递到大脑并抑制Aβ斑块沉积的，目前仍不清楚。

最近，细胞外囊泡（EVs）作为经典分泌途径之外的潜在器官间通信介质受到了关注（Whitham等人，2018年）。EVs几乎由所有类型的细胞释放，存在于血液、脑脊液和尿液等体液中，其 cargo 包括多种蛋白质、核酸、脂质和代谢物（Fuller等人，2020年；Mathieu等人，2019年）。EVs 的一个特征是它们能够在细胞间传递 cargo，从而在有机体水平上实现免疫反应、代谢过程和蛋白质稳态（proteostasis）的非细胞自主调节（Takeuchi和Nagai，2022年）。值得注意的是，EVs 将分子伴侣蛋白（如热休克蛋白 Hsp70 和 Hsp40）传递给其他细胞，帮助抑制蛋白质的错误折叠和聚集（Takeuchi等人，2015年）。这表明 EVs 通过介导分子伴侣蛋白的细胞间传递来非细胞自主地维持有机体的蛋白质稳态。有趣的是，一些人类研究表明，运动可以增加血液中EVs的分泌，并改变 EVs 的内容物（Fruhbeis等人，2015年；Whitham等人，2018年），这可能是运动在AD转基因小鼠模型中预防代谢异常的原因（Fuller等人，2025年）。这些发现使我们推测，运动可以诱导携带保护性蛋白的EVs释放到血液循环中，从而改善全身的蛋白质折叠环境，可能减轻大脑中的Aβ病理变化。

为了验证这一假设，我们使用携带AD相关基因突变的App^NL-G-F敲入小鼠模型来研究EVs是否有助于运动后Aβ病理的抑制。我们证明，跑步机运动确实会短暂增加携带HSPs的血液EVs的分泌量。对血液EVs中蛋白质的全面分析显示，运动显著改变了它们的蛋白质组谱。重要的是，通过药物抑制EVs的分泌可以完全消除运动后大脑中Aβ病理的抑制作用。这些结果表明，体力活动可以诱导全身EVs分泌的变化，从而有助于运动后大脑中Aβ聚集和积累的抑制。

部分内容摘录

小鼠

小鼠实验获得了大阪大学和近畿大学动物实验委员会的批准，并按照其动物实验指南进行。App^NL-G-F敲入小鼠由RIKEN BRC提供（Saito等人，2014年）。C57BL/6J小鼠购自Jackson实验室。所有小鼠生活在12小时光照/黑暗周期的环境中，食物和饮水可自由获取。本研究中使用雄性小鼠以避免激素波动的可能影响。

长期运动抑制App^NL-G-F敲入小鼠中的Aβ沉积

首先，我们研究了运动是否像在人类中观察到的那样能够抑制AD动物模型中的Aβ病理变化。为此，我们使用了携带App基因家族性AD突变的App^NL-G-F敲入小鼠（Saito等人，2014年）。这些小鼠的大脑中Aβ42沉积随年龄增长而增加，并伴有行为异常。从6周龄开始，这些小鼠每天在跑步机上跑步30分钟，随后分析它们的大脑Aβ沉积情况。

讨论

尽管流行病学和实验证据表明运动可以抑制Aβ斑块的沉积并降低AD的风险，但体力活动如何对AD产生有益效果仍不清楚。在本研究中，我们发现运动后血液中的EVs数量增加，其内容物也发生了显著变化。我们还证明，长期运动可以抑制App^NL-G-F小鼠中的Aβ斑块沉积，但这一效果

作者贡献声明

田中典子（Noriko Tanaka）：研究、数据分析。南川荣子（Eiko N. Minakawa）：方法学设计、数据分析。武内敏英（Toshihide Takeuchi）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、资源管理、方法学设计、资金申请、数据分析、概念构建。永井良隆（Yoshitaka Nagai）：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、资源管理、资金申请、概念构建。

未引用参考文献

Wilson等人，第三版。

利益冲突

作者声明与本研究无关的潜在利益冲突。

数据可用性

本研究生成或分析的所有数据可在合理请求下向相应作者获取。

资助

本研究得到了日本文部科学省“变革性研究领域（A）（多面性蛋白质）”项目（20H05927，资助对象为Y.N.）；日本学术振兴会（JSPS）的“科学研究资助（A）”项目（24H00630，资助对象为Y.N.和T.T.；以及24H05325、21H02840、22H02792和25K02432，资助对象为Y.N.和T.T.）；以及“JSPS研究员资助”项目（21J14874，资助对象为A.T.）的支持；此外还得到了日本学术振兴会的研发资助。

利益冲突声明

作者声明与本研究无关的潜在利益冲突。

致谢

我们感谢Saito Takashi博士、Saido Takaomi博士和RIKEN BRC提供App^NL-G-F敲入小鼠。同时感谢Popiel H.博士对手稿的认真审阅和英文编辑。