科學研究 - 日美聯合發現攝取蝦青素+輕度運動可增強海馬體記憶能力

日本筑波大學的研究小組與美國洛克菲勒大學、日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所通過共同研究發現，在攝取蝦青素（Astaxanthin, AX）的同時配合低強度運動（Mild exercise，ME）可以增強海馬體的記憶能力，同時還從分子水平上查明記憶能力的增強與海馬體內的瘦素（Leptin, LEP）有關。

作為成人海馬神經發生（Adult hippocampal neurogenesis, AHN）和提高記憶力的最佳運動條件，此前研究小組已經通過動物和人證明了低強度運動的有效性。另外還確認，攝取大馬哈魚和蝦等大量含有的一種橙紅色類胡蘿蔔素——蝦青素，也具有促進成人海馬神經發生及提高學習和記憶能力的效果。根據以上結果，本次研究調查了基於低強度運動的海馬體功能增強效果能否通過同時攝取蝦青素進一步提高。此外，還通過綜合進行基因表現分析，推測了負責發揮組合效果的分子基礎，並通過基於人神經母細胞瘤的細胞培養實驗和利用瘦素缺陷遺傳性肥胖小鼠（ob/ob小鼠）的恢復實驗進行了驗證。

研究内容與成果

1．攝取蝦青素配合低強度運動可以加乘性地提高海馬體功能

在本次研究中，研發小組使用有助於提高海馬體功能的0.5％濃度的蝦青素，和以通氣閾（人和動物均具備的生理性運動強度指標）為基準設定的低強度運動模型，通過正常成年小鼠調查了二者的搭配對空間學習記憶能力和成人海馬神經發生的影響。結果顯示，低強度運動＋蝦青素群組與二者的單獨群組相比，空間記憶能力進一步提高（圖1A），海馬齒狀迴的細胞繁殖數量（Ki67陽性細胞）和新生成熟細胞數量（BrdU/NeuN陽性細胞）進一步增加（圖1B）。而且還首次發現二者搭配能產生協同效應，其效果超過單獨進行低強度運動或攝取蝦青素時的效果總和。

圖1：攝取蝦青素配合低強度運動能增強海馬體功能和神經發生

2．通過攝取蝦青素並配合低強度運動提高海馬體功能的分子機構：與海馬體瘦素有關

接下來，研究小組利用可綜合進行基因表現分析的DNA微陣列和功能性分析方法IPA（Ingenuity Pathway Analysis），調查了攝取蝦青素搭配低強度運動促進海馬體功能加乘性提高的分子機制。結果顯示，攝取蝦青素並配合低強度運動時，具有神經營養效果的瘦素（Leptin, LEP）發生很大變化，估計是海馬體內的瘦素表達量增加形成了協同效應。實際上，海馬體內的瘦素蛋白表達量通過攝取蝦青素並配合低強度運動出現加乘性增加（圖2 A)，與空間記憶能力呈正相關（圖2B)。另一方面，血漿瘦素未隨著攝取蝦青素並配合低強度運動發生顯著變化（圖2C）。以上結果表明，二者搭配能提高海馬體功能的效果與腦源性海馬體瘦素有關，與末梢瘦素無關。另外，研究小組還利用人神經母細胞瘤（SH-SY5Y），調查了腦源性瘦素會通過蝦青素對腦神經細胞產生什麼作用，結果確認，蝦青素會根據其自身濃度增加瘦素的表達，濃度為10和20μM時，表達量顯著增加（圖2D）。

圖2：攝取蝦青素並配合低強度運動提高海馬體功能的分子機制：與海馬體瘦素有關

3．攝取蝦青素並配合低強度運動在ob/ob小鼠身上的效果

為驗證上述瘦素與提高海馬體功能的關係，研究小組通過利用ob/ob小鼠以及向其投用腦内瘦素，調查了腦源性瘦素是否有助於通過攝取蝦青素並配合低強度運動，對提高海馬體功能產生協同效應。結果顯示，攝取蝦青素搭配低強度運動在普通小鼠身上顯示出來的加乘提高記憶能力的效果（圖1A），並未在ob/ob小鼠身上出現（圖3A）。但在實施低強度運動期間，使用滲透泵向ob/ob小鼠腦内注入瘦素後發現，消失的搭配效果又出現了（圖3B）。雖然還不能完全否定來自脂肪細胞的末梢瘦素的效果，但根據目前的結果至少可以確定，海馬體瘦素有助於提高在攝取蝦青素的同時配合低強度運動的效果（圖4）。