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浆果与大脑认知领域的研究进展综述

发布时间:2018-08-02

浆果与大脑认知领域的研究进展综述摘要
  
  人们通常食用的浆果有黑莓、黑树莓、蓝莓、蔓越莓、红树莓和草莓。葡萄与这些浆果在营养素组成上十分相似, 因此也纳入本综述。它们富含水分与可溶性纤维, 但能量很低。浆果还含有天然抗氧化剂 (维生素C, α-胡萝卜素, β-胡萝卜素, 叶黄素, 玉米黄质和α-、β-、γ-、δ-生育酚) 、维生素 (烟酸和叶酸) 、矿物质/微量元素 (钾、钙和硒) 及多酚类物质 (花青素和鞣花单宁等类黄酮为主) (表1) [1].研究发现, 经常进食浆果可提高心血管疾病和癌症疗效、增强免疫功能和降低泌尿道感染的复发[2].此外, 食用浆果还可能对氧化损伤与炎症、血管反应性和血小板聚集产生积极作用[3-7].因此其具有促进脑健康的潜在效用。本文综述浆果与认知领域的研究进展。
  

表1 部分生浆果和葡萄中营养素和植物化学物的组成[1]

  
  注: (1) 总类黄酮包括山奈酚、杨梅素、斛皮素; (2) 总花青素包括花青素、矢车素、芍药素、牵牛花色素
  
  1、浆果与认知的关系---来自动物实验的证据
  
  1999年, JOSEPH等[8]首次发现进食浆果可以改善认知能力。该研究结果显示, 与AIN-93配方饲料喂养的老龄大鼠比较, 饲喂添加1.86%冻干蓝莓或1.48%冻干草莓的老龄大鼠在水迷宫 (MWM) 记忆力测评中的表现更好;平衡性也更强。随后的研究发现, 一种添加2%蓝莓的平衡膳食对于改善老龄大鼠平衡、协调、活动能力和参照性记忆, 功效也非常显着[9].
  
  研究发现蓝莓中的花色苷化合物可以通过血脑屏障进入大脑[10].该研究说明, 大脑皮质与海马体中的花色苷水平与大鼠在水迷宫测试中的行为表现密切相关, 大脑皮质中花色苷浓度高的大鼠在反转学习 (reversal learning) 测试中的潜伏时间更短;海马体中花色苷浓度高的动物在探索实验中展现出更好的空间学习能力。提示食用蓝莓后, 其中的多酚类物质能被神经系统所利用, 并存在于大脑的不同区域, 这些对于学习记忆功能的维持十分重要。
  
  在一项蓝莓补充对衰老机体改善效应的机制研究中[11], 训练F344大鼠探寻两个相同的、放置在一定区域内的物体。在30 s或60 min的延迟后, 大鼠回到特定区域, 区域内有一个它们探寻过的物体和一个新的物体。实验大鼠在记住一个熟悉物体后更倾向于去探索新的物体。结果表明, 在60 min延迟测试中, 2%蓝莓喂养4个月的老龄大鼠比同龄对照组大鼠在新物体上花更多的时间, 这种情况与青年大鼠的表现类似, 证实了蓝莓对记忆力的改善效用。此外, 比起青年大鼠, 在大脑的所有区域内, 控制饮食组的老龄大鼠核转录因子κB (NF-κB) 浓度均显着提高;但与青年大鼠类似, 蓝莓喂养老龄大鼠的额叶皮质、海马体、纹状体和小脑中的NF-κB浓度都有一定的衰减。另外, 研究发现老年大鼠探索新物体的耗时与大脑内NF-κB蛋白的平均含量呈显着负相关关系。提示蓝莓补充可通过减轻衰老引起的氧化应激和炎症反应来减少与年龄有关的事物识别记忆损伤。
  
  MALIN等[12]关于蓝莓功效的研究观察到, 用含有2%蓝莓的饲料喂养老龄大鼠1个月后, 可有效改善目标记忆能力衰退。甚至在蓝莓饲料喂养2个月后, 这种改善效应更持久, 且改换为对照饮食喂养2周或4周后, 实验动物的测试行为能力并没有降低。反而是只干预1个月的大鼠, 在改换对照饮食2周后即出现行为能力的下降, 改换对照饮食4周后, 干预组大鼠的测试表现已经基本与同龄对照组大鼠一致。另一项实验显示, 在目标记忆能力方面, 患有衰老性记忆下降的老龄大鼠, 用蓝莓饲料喂养1个月后, 其目标记忆能力显着增强, 对照组则未发现变化。表明仅仅1个月的蓝莓补充即可改善老龄大鼠的认知缺陷;而需要至少2个月以上的持续补充才能长期维持这种改善作用。
  
  用含有2%蓝莓饲料持续饲养3周左右即可改善老龄大鼠的空间记忆能力, 表现为在一种改进的食物驱动加迷宫 (modified food-motivated plus maze) [13]测试中的犯错率和潜伏期降低。机制可能与记忆能力有关的c AMP-反应元件结合蛋白 (CREB) 的激活以及海马体中脑源性神经生长因子 (BDNF) 浓度的升高有关, 同时伴有细胞外信号调节激酶 (ERK) 的磷酸化水平增加。提示蓝莓补充可通过调控ERK-CREB-BDNF信号通路改善衰老动物的空间记忆能力。
  
  BARROS等[14]的研究发现, 喂饲低浓度[0.6~1 mg/ (kg·d) ]或高浓度[2.6~3.2 mg/ (kg·d) ]的蓝莓花色苷提取物均可增强小鼠在避暗实验中的长时记忆、增加旷场行为中的穿越数, 且在十字高架迷宫测试中表现出抗焦虑效应。此外, 体外试验发现, 该提取物可以减轻脑组织DNA氧化损伤。
  
  黑莓也显示出与蓝莓类似的效应。与同龄对照饲料饲养大鼠比较, 老龄大鼠在经过2个月的含有2%黑莓饲料喂养后, 在3项反映平衡能力、协调能力和作业能力的测试中表现更好, 而且在MWM实验中也有更好的短时记忆能力[15].
  
  SHUKITT-HALE等[16]给老龄大鼠喂饲添加2%蓝莓、蔓越莓、黑加仑和博伊森莓 (boysenberry) 的饲料2个月, 检测到黑加仑组大鼠体内纹状体多巴胺的释放, 显示其神经信号传导增强;而蓝莓与蔓越莓组则在改善斜筛实验 (inclined screen performance) 表现不足方面更有效;在肌肉张力和控制、海马体热休克蛋白70 (HSP70) 神经保护作用方面都有所增强。HSP70的变化与斜筛实验表现呈正相关关系, 这有可能是浆果的另一种作用机制。
  
  给老龄大鼠喂饲含10%或50%调制葡萄汁 (concord grape juice) 2个月, 发现与安慰剂组大鼠相比, 饮用10%葡萄汁的大鼠体内氧化震颤素 (oxotremorine) 分泌增加, 由钾离子诱发的纹状体中多巴胺分泌增强, 在MWM中有更好的认知行为能力;50%组大鼠机动性能更好, 特别是在转棒和跳板行走实验 (rod and plankwalking tasks) 中表现出更好的平衡性, 在悬线任务 (wiresuspension task) 中展现出更强的前肢力量[17].
  
  研究者通过给血管性痴呆动物模型喂饲不同含量的桑葚提取物 (2, 10, 50 mg/kg) 来研究其对记忆缺陷和脑损伤的有益效果及可能机制[18], 结果显示, 用桑葚喂养的大鼠 (特别是10 mg/kg组) , 在其右大脑中动脉闭合前后, 表现出记忆力增强、氧化应激减弱, 且海马体中神经元、胆碱能神经元及Bcl-2免疫阳性神经元密度上升;同时乙酰胆碱酯酶活性被抑制。该研究认为桑葚的神经保护作用归因于减弱氧化应激、抑制细胞凋亡以及增强胆碱能系统功能。
  
  浆果对神经元与行为改善作用的可能机制包括直接影响信号传导来增强神经元的沟通、缓冲钙超载、促进神经发生、改变神经元的形态、上调神经保护性热休克蛋白表达、改变炎症基因表达、拮抗兴奋性毒性应激诱发的神经退行性变以及减少应激信号如NF-k B, 等[19-21].
  
  2、浆果与认知的关系---来自人群研究的证据
  
  在浆果干预认知的人群研究中, 每天补充6或9 m L/ (L·kg) 蓝莓汁12周后, 9位患有轻度认知障碍 (MCI) 的老年人的认知能力较安慰剂组有较好的改善, 主要表现在成对联想学习与词语回忆能力增强、抑郁症状减轻这些方面[22].另一项研究给患有早期记忆衰退者日常饮食中加入调制葡萄汁[6~9 m L/ (L·kg) ]3个月, 结果显示, 摄入葡萄汁组在加利福尼亚词语学习测验II (California Verbal Learning Test II) 中对词组有更好的掌握能力, 并在空间配对联想测试 (spatial paired-associate test) 中, 空间记忆和延迟口语回忆方面的得分呈现提高趋势[23].基于上述实验结果, 以及观察到的受试者炎症减轻, 氧化应激水平降低的现象, 该研究提出了假设:长期食用适量浆果或许能预防或者减缓衰老引起的神经退行性变。
  
  一项随机双盲安慰剂对照实验研究, 给患有MCI的老年被试者补充蓝莓16周, 实验前后, 受试者在完成工作记忆能力测试 (working memory tests) 时, 进行核磁共振成像检查, 以评估蓝莓补充对MCI老年人血氧依赖水平 (blood oxygen level-dependent, BOLD) 信号的影响, 结果显示, 在进行工作记忆能力测试时, 在蓝莓补充组受试者的左前脑回、左中脑回和左下顶叶中检测到BOLD信号活性的增强[24], 表明蓝莓补充可改善MCI老年人在工作记忆时的神经反应, 但其工作记忆能力并没有明显的改善。
  
  WHYTE和WILLIAMS[25]给14名8~10岁学龄儿童饮用富含黄酮类物质的蓝莓果汁, 2 h后立即完成系列认知测试。结果显示, 对于先前学习的词汇, 实验组儿童表现出更强的延迟回忆能力。表明了急性黄酮类物质干预对学龄儿童的认知益处。
  
  此外, 最近一项来自护士健康研究 (Nurse's Health Study) 的流行病学研究分析了由16 010名大于70岁的女性组成的样本后发现, 随着花青素和黄酮类的摄入, 食用越多的浆果和草莓, 认知衰退的速度越慢[26].数据分析显示摄入浆果可以延缓认知老化多达2.5年。
  
  3、结语
  
  综上所述, 动物研究表明, 短期或长期补充浆果对认知功能有益。有限的人体干预试验结果也提示, 浆果对老年患者在记忆功能、整体认知与抑郁等方面均具有潜在保护作用。未来的研究重点是浆果摄入量与认知的流行病学研究以及短长期浆果干预的临床试验。短期临床研究可以侧重于抑郁症、季节性功能紊乱和注意力缺陷、多动症等认知障碍性疾病, 而长期实验应该更关注于神经衰退疾病和老年性脑功能障碍的防治。总之, 越来越多的证据表明, 日常食用浆果有益于维持大脑和认知功能, 其机制还有待进一步的研究加以阐明。
  
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