《Scientific Reports》：Exercise training mitigates age-related cognitive decline by attenuating TMAO-induced inflammation
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本研究针对年龄相关性认知衰退缺乏有效干预措施的临床难题，探讨了运动训练通过肠道-脑轴调控肠道菌群代谢物TMAO（三甲胺N-氧化物）抑制神经炎症的新机制。研究人员通过动物实验发现，12周跑台训练使D-半乳糖诱导的衰老大鼠血浆TMAO水平降低40.3%，并通过抑制TXNIP（硫氧还蛋白相互作用蛋白）-NLRP3（NOD样受体蛋白3）-Caspase-1（半胱天冬酶-1）-GSDMD（消皮素D）炎症通路显著改善认知功能。细胞实验进一步证实TMAO通过增强TXNIP与Trx1（硫氧还蛋白1）第32位半胱氨酸的结合促进细胞衰老。该研究为运动干预认知衰退提供了新的理论依据，发表于《Scientific Reports》。
随着全球人口老龄化进程加速，年龄相关性认知衰退已成为严峻的公共卫生问题。目前临床常用的胆碱酯酶抑制剂和NMDA受体拮抗剂等药物治疗仅能缓解症状，无法有效阻止疾病进展。近年来，肠道菌群及其代谢产物在认知功能调控中的作用备受关注，其中TMAO作为肠道菌群代谢产生的促炎因子，被发现与神经退行性疾病密切相关。然而，运动训练作为非药物干预手段，能否通过调控TMAO缓解认知衰退，其具体分子机制尚不明确。
在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，张荣等人通过整合动物实验和细胞模型，系统揭示了运动训练通过调节TMAO-TXNIP-NLRP3轴改善年龄相关性认知衰退的新机制。研究人员采用6月龄SD大鼠，通过腹腔注射D-半乳糖建立衰老模型，并设置运动干预组（12周渐进式跑台训练）和TMAO处理组。认知功能评估采用新物体识别（NOR）实验、莫里斯水迷宫（MWM）实验和放射臂迷宫（RAM）实验。分子机制研究采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）检测血浆TMAO水平，Western blot和qPCR分析海马组织炎症通路蛋白表达。细胞实验使用HT22细胞系构建D-半乳糖诱导的衰老模型，通过TXNIP过表达/敲低和Trx1-C32S点突变技术验证TMAO的作用机制。
主要实验技术包括：1）动物行为学测试（NOR、MWM、RAM）；2）分子生物学技术（UHPLC-MS/MS、ELISA、Western blot、qPCR）；3）细胞实验（SPiDER-β-gal衰老染色、Co-IP蛋白互作检测）；4）基因编辑技术（TXNIP过表达/敲低、Trx1点突变）。
3.1 运动训练对衰老大鼠血浆TMAO的影响
通过UHPLC-MS/MS分析发现，D-半乳糖诱导的衰老显著升高血浆TMAO水平，而12周运动干预使TMAO降低40.3%。TMAO处理可逆转运动的保护作用，证实运动通过调控肠道代谢物TMAO发挥效益。
3.2 运动训练对衰老大鼠空间学习记忆能力的影响
行为学实验表明，运动组大鼠在新物体识别实验中的辨别指数提高22.6%，水迷宫实验目标象限停留时间延长11.2%，平台穿越次数增加50%，放射臂迷宫工作记忆错误减少41.8%。TMAO处理则加重认知损伤，而运动干预能逆转这种损伤。
3.3-3.5 运动训练对海马组织炎症通路的影响
分子实验显示，运动显著降低海马组织TXNIP、NLRP3、caspase-1、GSDMD-N、IL-1β和IL-18的表达。TMAO处理激活TXNIP-NLRP3-caspase-1-GSDMD通路，促进炎症因子释放，而运动能有效抑制该通路。
3.6 TMAO通过TXNIP/NLRP3通路加剧细胞衰老和炎症反应
细胞实验发现，TMAO处理增加HT22细胞中SPiDER-β-gal阳性细胞比例，上调TXNIP、NLRP3、ASC、caspase-1、GSDMD等炎症相关蛋白表达。TMAO抑制剂DMB能逆转这些效应。
3.7 TXNIP干预正向调控TMAO加剧的细胞衰老和炎症
TXNIP过表达增强TMAO诱导的细胞衰老和炎症因子释放，而TXNIP敲低则产生相反效果，证实TXNIP在TMAO介导的神经炎症中起关键调控作用。
3.8 TMAO增强TXNIP与Trx1的结合亲和力
Co-IP实验显示，TMAO促进TXNIP与Trx1的结合，这种作用依赖于Trx1第32位半胱氨酸。Trx1-C32S突变减弱TXNIP-Trx1相互作用，表明TMAO通过影响氧化还原系统调控炎症。
本研究首次阐明运动训练通过肠道-脑轴调控TMAO代谢，抑制TXNIP-NLRP3-caspase-1-GSDMD炎症通路，从而改善年龄相关性认知衰退。值得注意的是，TMAO通过增强TXNIP与Trx1的结合，破坏氧化还原平衡，激活NLRP3炎症小体，导致神经炎症和细胞焦亡。运动训练不仅能降低血浆TMAO水平，还能抑制下游炎症通路，为防治年龄相关性认知障碍提供了新的靶点。尽管D-半乳糖诱导的衰老模型不能完全模拟自然衰老的复杂性，且研究对肠道菌群组成和屏障功能的变化探讨有限，但该工作揭示了运动-肠道菌群-脑轴在认知保护中的重要作用，为开发针对神经炎症的干预策略提供了实验依据。
