Effekten av träning på Hippocampus-beroende kognition och tarmmikrobiotan (NeuroFit)

Huvudsaklig forskningsfråga: Har träning en inverkan på global kognition, hippocampusberoende minnesfunktion och tarmmikrobiotan i en medelålders befolkning?

Medelåldern är en kritisk tid för kognitiva/humörsförändringar och föregår prodromal demens, som förmedlas av förändringar i neuroplasticitet och förändrad tarmmikrobiota. Denna period av livslängden är också förknippad med viktökning, nedgång i ämnesomsättning och fysisk kondition. Ändå är det oklart om kognitiva förändringar och humörförändringar kan förbättras som svar på träning och tarmmikrobiotans roll.

Hippocampus spelar en roll i kognition och humör och är känslig för tarmmedierade och metabola förändringar. Det är kapabelt att generera nya neuroner från neurala stamceller under hela livet. Detta är en modifierbar process av neuroplasticitet som kallas adult hippocampal neurogenesis (AHN), som minskar med åldern i människans och gnagarens hjärna. Träning är en robust förstärkare av AHN och dämpar underskott i den åldrade hjärnan. Gnagarstudier har visat att AHN ligger bakom antidepressiva effekter och vissa former av minne. I synnerhet mönsterseparation, förmågan att skilja mellan liknande upplevelser eller miljöer. En minskad förmåga att mönstra separering är uppenbar hos äldre individer och är ett tidigt symptom vid lindrig kognitiv funktionsnedsättning, som kan uppträda under medelåldern. Dessutom har mönsterseparation visat sig vara försämrad och AHN minskat hos medelålders släktingar jämfört med unga råttor. Mönsterseparation har också varit inblandad som kritiskt känslig för träning. Men potentialen för träning för att förhindra/vända ett underskott i AHN och mönsterseparation i medelåldern har ännu inte undersökts. En stor kunskapslucka är identifieringen av de mekanismer som ligger bakom kognitiv funktionsnedsättning i medelåldern, och hur modulerande faktorer, såsom träning, skulle kunna dämpa dem.

Utredarna föreslår att sammansättningen av tarmmikrobiotan och deras metaboliter i medelåldern kan förutsäga minskad AHN och mönsterseparation, som kan räddas/förbättras genom träning, och är således ett nyckelmekanistiskt mål för undersökning. Som stöd är åldrande förknippat med en nedgång i mag-tarmfunktionen och en förändring i mikrobiotasammansättningen. Medelåldern är särskilt sårbar för förändringar i tarmmikrobiota och metaboliter i kombination med neuroinflammation hos möss, och att dessa effekter modifieras som svar på prebiotiskt tillskott. En förändrad tarmmikrobiota är associerad med lågt humör/depressivt beteende genom metabola förändringar, och bakteriefria möss visar en avvikande ökning av neurogenes. Dessutom visar preliminära data att utarmning av tarmmikrobiota (inducerad av långvarig antibiotikaadministration) leder till en minskning av mönsterseparation och AHN, om än hos unga vuxna råttor.

Ackumulerande bevis tyder på att träning kan förändra tarmens mikrobiella sammansättning och serummetaboliter. Intressant nog har människor och råttor samma metaboliska signatur i plasma efter träning. Dessutom är effekterna av träning på metabola profiler överförbara via fekal mikrobiotatransplantation (FMT). Med tanke på att tarmmikrobiotan (i) är känslig för träning och ålder, (ii) reglerar AHN och (iii) är involverad i mönsterseparation och humör, föreslår utredarna att tarmmikrobiomet-AHN-kommunikationen är viktig för att upprätthålla hippocampus integritet och kognitiv fungera under medelåldern.

Syfte Det övergripande syftet med NeuroFit-studien är att utveckla och testa effekten av en gruppbaserad träningsintervention för att identifiera specifik tarmmikrobiota och metaboliska signaturer som kan påverka kognitiva förändringar och humörförändringar hos medelålders vuxna.

Hypotes Minskad mönsterseparation i medelåldern kan räddas/förbättras genom träning åtföljd av förändringar i tarmmikrobiotan och relaterade metaboliter.

Mål NeuroFit-studien har tre huvudmål.

1. Bestäm effekten av en 12-veckors träningsintervention (30 minuter, 3 dagar i veckan) jämfört med en kontrollgrupp (fortsatt vanemässigt beteende) hos friska medelålders deltagare på kognition och humör.
2. Identifiera specifik tarmmikrobiota och metaboliska signaturer i medelåldern som är lyhörd för träning och förutsäger kognitiva förändringar och humörförändringar i en randomiserad kontrollerad studie.
3. Bedöm effekten av träning på neuropsykiatriska symtom, serum-BDNF, dietintag, livskvalitet, vanemässig fysisk aktivitet, kondition, antropometri och kardiometabolisk hälsa på kognition och humör.