《Frontiers in Aging Neuroscience》：Physical exercise/melatonin interaction in young rats fed a low-protein diet: a behavioral, electrophysiological, and redox balance analysis
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本文系统探讨了褪黑素（MLT）与跑步机运动（TE）对低蛋白饮食诱导的发育期营养不良模型的神经保护作用。研究通过行为学测试（高架十字迷宫、旷场实验、物体识别）、皮层扩散性抑制（CSD）记录及氧化应激指标（TBARS、GSH、SOD、CAT、NADPH氧化酶）检测，证实MLT与TE可协同改善营养不良引发的焦虑样行为、记忆损伤、CSD传播加速及皮质氧化还原失衡，为营养相关性神经发育障碍的干预策略提供了实验依据。
1 引言
在哺乳动物大脑发育过程中，营养不良可导致海马旁回神经元数量减少、纹状体血清素缺失、海马锥体细胞退化及前额叶皮层细胞密度显著降低。蛋白质营养不良会引发自由基过量产生和大分子氧化损伤，导致神经系统功能与结构改变，包括行为学和电生理异常。皮层扩散性抑制（Cortical Spreading Depression, CSD）作为一种兴奋性依赖的脑电现象，是分析大脑皮层电生理特性的有效工具，其传播速度受环境因素（如营养不良或运动）调控。褪黑素（Melatonin, MLT）作为松果体分泌的神经激素，具有穿越血脑屏障的能力，可通过抗氧化作用减轻氧化应激损伤；而体力活动能促进大脑释放抗氧化物质，二者在调控脑内氧化还原状态方面具有协同潜力。本研究旨在探究MLT与有氧运动联合干预对低蛋白饮食幼鼠焦虑样行为、记忆功能、CSD传播及大脑氧化平衡的影响。
2 材料与方法
2.1 实验动物与设计
80只雄性Wistar幼鼠（25日龄，体重45±5 g）随机分为正常营养（n=40）与低蛋白营养不良（n=40）两大组，每组进一步分为跑步机运动（TE）或 sedentary 亚组，各亚组再接受MLT（10 mg/kg，隔日皮下注射）或溶剂处理，共8组（n=10/组）。干预周期为 postnatal day (P)25至P55，包括TE（每周3次，40分钟/次）和MLT给药。后续进行行为学测试（P56–P61）和CSD记录（P62–P70）。
2.2 行为学与电生理检测
旷场实验（Open Field, OF）和高架十字迷宫（Elevated Plus Maze, EPM）用于评估焦虑样行为；物体识别任务（Object Recognition Task, ORT）包括形状识别和位置识别测试，以 discrimination index (DI) 评价短期记忆。CSD通过颅骨钻孔施加2%氯化钾（KCl）诱导，记录传播速度、振幅和持续时间。
2.3 氧化应激指标分析
取左侧皮层组织检测硫代巴比妥酸反应物（Thiobarbituric Acid Reactive Substances, TBARS）反映脂质过氧化水平，还原型谷胱甘肽（GSH）含量代表抗氧化能力，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）及NADPH氧化酶活性通过生化法测定。
3 结果
3.1 行为学改善
营养不良组在OF和EPM中显示焦虑样行为增加（中心区域进入次数和时间减少），而TE和MLT单独或联合干预显著增加中心区域探索时间（p<0.001）。在物体识别测试中，营养不良组DI值降低，但TE与MLT处理组DI值接近正常营养组，表明记忆功能改善。
3.2 CSD传播调制
营养不良加速CSD传播速度（3.98±0.21 mm/min vs. 正常组3.12±0.18 mm/min），TE和MLT干预显著降低传播速度（MLT+TE组3.25±0.17 mm/min）并延长波持续时间，提示皮层兴奋性趋于稳定。
3.3 氧化还原平衡恢复
营养不良组皮层TBARS升高（2.95±0.31 nmol MDA/mg protein）、GSH降低（18.7±2.1 nmol/mg protein），SOD和CAT活性下降，NADPH氧化酶活性增强。TE与MLT干预逆转上述趋势，联合处理使各指标接近正常水平，其中MLT+TE组CAT活性最高（28.4±2.5 mmol H2O2/mg protein/min）。
4 讨论
大脑发育关键期易受氧化应激损伤，低蛋白饮食通过增强自由基产生破坏神经元结构与功能。本研究证实TE与MLT通过不同机制发挥神经保护作用：TE诱导脑源性神经营养因子（BDNF）等促进突触可塑性，MLT直接中和活性氧（ROS）并抑制铁死亡通路。二者协同调控NADPH氧化酶活性，提升SOD/CAT抗氧化酶系统功能，从而缓解CSD传播加速及行为缺陷。值得注意的是，MLT（10 mg/kg）在低剂量下呈现抗氧化特性，而较高剂量可能产生促氧化效应，强调剂量选择的重要性。
5 结论
褪黑素与有氧运动作为非药物干预手段，能够通过调节皮层氧化还原状态，有效改善早期蛋白质营养不良引发的行为异常和电生理紊乱。该研究为神经发育障碍的营养干预策略提供了理论依据，未来需深入探索性别差异及运动模式（自愿vs强制）对干预效果的影响。
