由伊馮娜·諾蘭教授領導的科克大學學院研究團隊，揭示了運動如何幫助抵消西式自助餐飲食帶來的有害行為影響的具體代謝過程。該研究於10月21日發表在同行評審期刊《腦醫學》上，顯示自願跑步可以減少高脂肪和高糖飲食引發的類似憂鬱的行為。這些變化似乎與循環激素和腸道產生的代謝物有關。這項發現為如何在超加工食品盛行的時代，利用運動等生活習慣來促進心理健康提供了寶貴的見解。
為了進行這項研究，研究團隊對成年雄性大鼠進行了為期七週半的觀察，這些大鼠分別餵食標準飼料或由高脂肪、高糖食物組成的輪換式自助餐式飼料。每組有一半的大鼠可以使用跑輪。這種設定使研究人員能夠區分飲食品質和運動對大腦和行為的單獨和聯合影響。
運動與情緒之間的新機制
研究結果發現，即使老鼠攝取不健康的飲食，自願跑步也能產生類似抗憂鬱的效果，這說明經常進行體能活動可以使食用西式食物的人受益。
諾蘭教授及其同事採用綜合代謝體學方法，檢測了動物的盲腸內容物，發現高熱量飲食顯著改變了腸道代謝。在對久坐不動的大鼠進行分析的175種代謝物中，有100種受到顯著影響。運動對其中一小部分代謝物產生了影響，部分恢復了腸道平衡。三種已知在情緒調節中發揮作用的代謝物——鵝肌苷、吲哚-3-羧酸和脫氧肌苷(anserine, indole-3-carboxylate, and deoxyinosine )——在高熱量飲食下含量降低，但運動後含量回升。
行為測驗評估了學習、記憶和情緒反應，並揭示了更多發現。僅靠自助餐式飲食並不會顯著損害空間學習或辨識記憶，但運動可以略微改善導航能力。研究人員也發現，無論飲食類型為何，運動都能產生輕微的抗焦慮作用。
盲腸內容物是什麼？
盲腸內容物是指位於大腸起始端盲腸（一個囊狀結構）內的物質。在諸如大鼠之類的動物中，盲腸富含腸道微生物，這些微生物有助於分解食物並產生多種被稱為代謝物的化學物質。科學家經常分析盲腸內容物，以了解飲食、運動或藥物如何影響腸道健康和新陳代謝。
血液樣本分析顯示，體內荷爾蒙濃度發生了顯著變化，這與行為結果相符。採用自助餐式飲食的久坐不動的實驗鼠體內胰島素和瘦素(LEPTIN)濃度明顯升高，而運動組實驗鼠的這些激素濃度則顯著降低。研究的第一作者明克諾塔博士表示，這種荷爾蒙平衡的重新調節或許可以解釋運動如何抵抗不良飲食對行為的影響。
研究團隊還發現飲食和運動之間存在複雜的相互作用，其中涉及其他調節新陳代謝的荷爾蒙。在食用標準飼料的動物中，運動會提高胰高血糖素樣胜肽-1 (GLP-1) 的濃度，但在食用高脂高糖飼料的動物中，這種反應減弱。相反，運動僅在食用高脂高糖飼料的大鼠中提高了胜肽YY (PYY) 的濃度，這說明當飲食品質較差時，補償性荷爾蒙機制有助於穩定新陳代謝。
無論運動量如何，高脂高糖飲食均會導致纖維母細胞生長因子21 (FGF-21) 濃度顯著升高，而胰高血糖素(glucagon)濃度則下降。這些發現共同揭示了一個複雜的荷爾蒙網絡，飲食和運動透過這個網絡相互作用，影響新陳代謝和大腦功能。
對理解飲食與大腦關係的影響
或許最引人注目的是，研究發現，高熱量飲食會抑制運動誘導的成年海馬神經生成（新神經元的形成），這種神經發生是透過齒狀回中雙皮質素陽性細胞的數量來衡量的。在餵食標準飼料的動物中，運動顯著增加了整個海馬體的神經發生，而海馬體是大腦中與情緒和記憶相關的區域。這項發現證明，飲食品質可能從根本上改變大腦在細胞層面從身體活動中獲益的能力。
研究團隊進行了相關性分析，以確定特定代謝物與行為結果之間的關係。包括氨基己二酸(aminoadipic acid)和5-羥基吲哚-3-乙酸(5-hydroxyindole-3-acetic)在內的幾種盲腸代謝物與認知能力呈負相關。這些相關性與實驗條件無關，顯示腸道代謝譜與大腦功能之間存在根本關聯。
胡里奧·利西尼奧教授及其同事撰寫的同期社論強調了這些發現的臨床意義，指出「在飲食不當的情況下，運動具有類似抗憂鬱藥物的效果，這對那些難以改變飲食習慣的人來說是個好消息。」該社論著重闡述了這項研究如何為理解為何即使飲食難以實施，運動仍然有益這一問題提供了一個生物學框架。
未來方向和臨床轉化
這項研究提出了關於生活方式介入最佳順序的重要問題。研究結果說明，雖然運動可以改善情緒，且與飲食品質無關，但要充分發揮神經可塑性益處，可能需要關注營養狀況。這對於設計既能最大限度地提高可行性又能最大限度地發揮生物效應的干預措施具有重要意義。
本研究存在一些局限性，需要加以考慮。首先，本研究僅使用雄性大鼠，而飲食和運動對代謝和神經發生反應的性別差異已得到充分證實。其次，七週的干預期可能無法捕捉到長期暴露後可能出現的適應性變化。未來的研究若能納入雌性動物、延長干預期並採用劑量反應設計，將有助於我們更深入地理解這些複雜的相互作用。
這項研究也為探索特定代謝物作為潛在治療標靶開闢了新的途徑。運動對鵝肌苷、吲哚-3-羧酸和脫氧肌苷濃度的保護作用證明，這些化合物可能作為情緒障礙的生物標誌物，甚至作為治療藥物。特定腸道代謝物與行為指標之間的強相關性，也印證了人們對腸道菌群-腸-腦軸作為心理健康干預靶點的日益濃厚的興趣。
這項經過同行評審的研究在理解飲食、運動和心理健康之間的生物學機制方面取得了重大進展，為生活方式因素如何在分子和細胞層面上相互作用並影響大腦功能提供了新的見解。研究結果挑戰了關於代謝與心理健康關係的現有範式，顯示即使在飲食選擇不佳的情況下，運動也能產生類似抗憂鬱藥物的效果。研究團隊採用創新的代謝組學方法，結合全面的行為和神經生物學評估，產生的數據不僅推進了基礎知識的發展，還為應對與現代飲食模式相關的心理健康挑戰提供了實際應用建議。這些發現透過同行評審流程的可重複性和驗證性，確保了其可靠性，並使其成為未來研究的基礎。這項研究展現了前沿研究如何彌合基礎科學與轉化應用之間的鴻溝，並有望在未來幾年內造福受情緒障礙困擾的人們。
參考文獻:
- Minke H.C. Nota, Sarah Nicolas, Sebastian Dohm-Hansen, Erin P. Harris, Tara Foley, Olivia F. O\'Leary, Yvonne M. Nolan. Exercise mitigates the effects of a cafeteria diet on antidepressant-like behavior associated with plasma and microbial metabolites in adult male rats. Brain Medicine, 2025; 1 DOI: 10.61373/bm025a.0116
- Julio Licinio, Ma-Li Wong, Nicholas Fabiano. Exercise as metabolic medicine: Movement counters diet-induced behavioral despair via gut-brain signaling. Brain Medicine, 2025; 1 DOI: 10.61373/bm025d.0122
