摘要：长期以来，骨骼肌被定义为 “运动器官”，承担着支撑身体、完成动作的基础功能；线粒体则被视为细胞的 “动力工厂”，负责生产 ATP 为生命活动供能。然而，现代分子生理学研究正在颠覆这一传统认知：骨骼肌不仅是运动的执行者，更是分泌信号分子、调控全身代谢的 “内分泌
长期以来，骨骼肌被定义为 “运动器官”，承担着支撑身体、完成动作的基础功能；线粒体则被视为细胞的 “动力工厂”，负责生产 ATP 为生命活动供能。然而，现代分子生理学研究正在颠覆这一传统认知：骨骼肌不仅是运动的执行者，更是分泌信号分子、调控全身代谢的 “内分泌器官”；线粒体也绝非单纯的 “能量生产者”，而是连接身体代谢状态与大脑认知功能的 “关键枢纽”。当运动发生时，骨骼肌释放的信号分子跨越血液循环甚至血脑屏障，骨骼肌线粒体的适应性改变优化代谢效率，全身性运动引发的生理微环境变化则为大脑带来适应性挑战 —— 这一系列连锁反应最终指向一个核心结论：肌肉与线粒体是大脑认知潜能的 “隐形合伙人”，唯有通过运动激活这一 “合伙人体系”，大脑的智慧火花才能真正绽放。
传统内分泌学将甲状腺、肾上腺、胰腺等视为核心内分泌器官，骨骼肌的内分泌功能直到 2000 年后才被逐步揭示。2003 年，丹麦学者 Bente Klarlund Pedersen 团队首次提出 “肌细胞因子（myokines）” 概念，证实运动时骨骼肌会释放多种蛋白质信号分子，通过血液循环作用于远端器官 —— 其中，部分 myokines 能突破血脑屏障（BBB），直接与大脑神经元、胶质细胞表面的受体结合，成为连接肌肉活动与大脑功能的 “生物信使”。
骨骼肌在运动中释放的 myokines 家族已发现超百种，其中鸢尾素（irisin）、脑源性神经营养因子（BDNF，骨骼肌亦能合成少量）、白细胞介素 - 6（IL-6，运动时呈保护性释放）、成纤维细胞生长因子 21（FGF21）等，是调控大脑功能的核心成员。这些分子凭借特殊的结构特性（如小分子、亲脂性）或通过 BBB 上的转运体（如胰岛素受体、LDL 受体相关蛋白）进入脑内，发挥直接的神经调控作用：
鸢尾素：激活大脑神经发生与抗焦虑效应运动时，骨骼肌纤维中的 PGC-1α 蛋白被激活，调控 FNDC5 基因表达并水解生成鸢尾素。研究发现，鸢尾素能通过 BBB 上的 LRP6 转运体进入海马区 —— 这一与学习记忆密切相关的脑区。在海马齿状回，鸢尾素可激活 Notch 信号通路，促进神经干细胞增殖分化为成熟神经元，同时抑制小胶质细胞释放促炎因子（如 TNF-α、IL-1β），减少神经炎症对认知的损害。2023 年《Cell Metabolism》的研究显示，每周进行 5 次 30 分钟中等强度运动的小鼠，其脑内鸢尾素浓度较久坐组升高 47%，海马区新生神经元数量增加 2.3 倍， Morris 水迷宫测试中找到平台的时间缩短 38%，证实鸢尾素介导的肌肉 - 大脑信号轴对空间认知的促进作用。IL-6：运动中的 “双向调控因子”静止状态下，骨骼肌释放的 IL-6 极少；运动时，IL-6 分泌量可在 30 分钟内升高 10~100 倍，且与运动强度呈正相关。与免疫细胞释放的 IL-6 不同，肌肉来源的 IL-6 进入大脑后，主要通过激活星形胶质细胞表面的 IL-6 受体，促进 BDNF 的合成与释放 ——BDNF 是维持神经元存活、突触可塑性的关键因子，被称为 “大脑的生长激素”。同时，IL-6 还能调控下丘脑的食欲与能量代谢中枢，间接改善大脑的能量供应环境。值得注意的是，运动引发的 IL-6 升高是 “暂时性、保护性” 的，不会导致慢性炎症；而久坐导致的肌肉功能下降，反而可能引发 IL-6 等细胞因子的异常释放，形成神经炎症隐患。除 myokines 外，运动时骨骼肌还会释放乳酸、β- 羟基丁酸（β-OHB）等代谢物，以及线粒体 DNA（mtDNA）、线粒体衍生肽（如 Humanin）等线粒体组分，这些分子同样能通过血液循环影响大脑功能：
乳酸：大脑的 “应急能量源” 与 “信号分子”长期以来，乳酸被视为运动后的 “代谢废物”，但近年研究发现，运动时骨骼肌产生的乳酸可通过单羧酸转运体（MCTs）进入大脑，成为神经元的 “快速能量底物”—— 在高强度运动或葡萄糖供应不足时，乳酸为大脑提供的能量占比可达 30% 以上。更重要的是，乳酸还能作为信号分子，激活大脑内的 HDAC1/2 去乙酰化酶，调控海马区 BDNF、c-Fos 等基因的表达，促进突触形成与认知功能提升。2022 年《Nature Communications》的研究证实，向小鼠脑内注射适量乳酸（模拟运动后水平），可使小鼠的工作记忆测试成绩提升 29%，且这一效应依赖于乳酸对神经元线粒体呼吸功能的激活。线粒体组分：调控大脑免疫与线粒体稳态运动时，骨骼肌线粒体在 “融合 - 分裂” 动态平衡中会释放少量 mtDNA、线粒体氧化应激产物（如 4 - 羟基壬烯醛），这些组分进入血液后，可通过 TLR9 等模式识别受体激活全身免疫反应，但在生理剂量下，这种激活是 “适度且有益” 的 —— 它能促进小胶质细胞向 “抗炎表型” 转化，清除脑内衰老的神经元与异常蛋白（如 β 淀粉样蛋白）。此外，骨骼肌释放的 Humanin 等线粒体衍生肽，能穿越 BBB 并与大脑神经元线粒体上的受体结合，抑制线粒体凋亡通路（如 Caspase-3 激活），提升线粒体抗损伤能力，延缓脑衰老相关的认知下降。骨骼肌线粒体的功能状态直接决定肌肉的运动能力与代谢效率，而运动作为最有效的 “线粒体调节剂”，能通过诱导线粒体融合、新生与呼吸功能增强，构建 “高适应性线粒体网络”—— 这一过程不仅优化肌肉自身的能量供应，更通过改善全身代谢环境、减少氧化损伤，为大脑线粒体健康提供 “间接保障”。
静止状态下，骨骼肌线粒体多呈分散的 “颗粒状”，彼此间的能量传递效率较低；运动时，肌肉收缩引发的能量需求增加，会激活一系列信号通路，推动线粒体发生 “融合 - 新生” 的结构重塑：
线粒体融合：提升能量传递效率运动激活的 AMPK（腺苷酸活化蛋白激酶）通路，可磷酸化线粒体融合蛋白 MFN1/2 与 OPA1，促进相邻线粒体的外膜与内膜融合，形成 “网状线粒体网络”。这种网络结构能使线粒体间的 ATP、代谢物（如 NADH）传递速度提升 3~5 倍，减少局部能量供应不足的情况。研究发现，每周进行 3 次耐力运动（如跑步）的人群，其股四头肌线粒体的融合率较久坐组升高 62%，线粒体网络的连续性显著增强，肌肉在长时间运动中的疲劳阈值提升 40%。线粒体新生：扩充 “能量工厂” 规模运动引发的肌肉能量消耗增加，会激活 PGC-1α（过氧化物酶体增殖物激活受体 γ 共激活因子 1α）—— 这是调控线粒体新生的 “核心转录因子”。PGC-1α 通过与 NRF1/2、ERRα 等转录因子结合，启动线粒体 DNA 复制、线粒体结构蛋白（如细胞色素 c 氧化酶）合成的相关基因表达，最终实现线粒体数量的增加（即 “线粒体生物发生”）。2021 年《Journal of Applied Physiology》的研究显示，持续 8 周的中等强度运动（每周 5 次，每次 45 分钟），可使健康成年人骨骼肌线粒体密度增加 28%，线粒体 DNA 拷贝数提升 35%，肌肉的氧化代谢能力（以最大摄氧量 VO₂max 衡量）提高 19%。线粒体在能量代谢过程中会产生少量活性氧（ROS），适量 ROS 是细胞信号传导的 “信使”，但过量 ROS 会导致线粒体损伤 —— 运动通过 “ROS 调控 + 质量控制” 双重机制，维持线粒体功能的稳定：
ROS 的 “适度激活” 与 “精准清除”运动初期，骨骼肌线粒体的呼吸链活性增强，ROS 产生量会短暂升高（较静止状态增加 20%~30%），但这种升高是 “可控的”——ROS 可激活肌肉细胞内的 Nrf2 抗氧化通路，促进超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等抗氧化酶的表达，及时清除过量 ROS。同时，适度 ROS 还能激活 AMPK、PGC-1α 等通路，进一步促进线粒体新生与功能提升，形成 “ROS - 抗氧化 - 线粒体适应” 的良性循环。相反，久坐人群的骨骼肌线粒体 ROS 产生量虽低，但抗氧化酶活性也随之下降，导致线粒体对氧化损伤的 “抵抗力” 减弱，一旦遭遇应激（如感染、高糖饮食），极易发生线粒体功能障碍。线粒体质量控制：清除 “受损元件”运动还能激活线粒体自噬（mitophagy）—— 这是细胞清除受损线粒体的 “质量控制机制”。运动时，肌肉细胞内的 Pink1-Parkin 通路被激活，Pink1 蛋白选择性结合受损线粒体的外膜，招募 Parkin 蛋白并介导其泛素化，最终被自噬体包裹并降解。通过线粒体自噬，骨骼肌可及时清除功能异常的线粒体，避免受损线粒体释放过多 ROS 与促凋亡因子，保障线粒体网络的整体健康。研究发现，运动不足的老年小鼠，其骨骼肌线粒体自噬效率较年轻运动小鼠降低 53%，受损线粒体积累量增加 2.1 倍，这也是老年人群肌肉功能下降、代谢紊乱的重要原因。运动不仅通过肌肉释放信号分子、优化线粒体功能间接影响大脑，其引发的全身性生理变化（温度升高、血压波动、缺氧调节、酸碱平衡改变）还会直接作用于大脑，形成 “适应性挑战”—— 这种挑战并非对大脑的 “损伤”，而是推动大脑微环境优化、线粒体功能增强的 “驱动力”，最终实现神经保护与认知潜能释放。
当我们重新审视 “肌肉 - 线粒体 - 大脑” 的关系，会发现一个颠覆性的真相：身体状态与大脑潜能并非彼此独立，而是通过复杂的信号通路与代谢网络紧密相连 —— 肌肉是大脑的 “信号源” 与 “代谢支撑”，线粒体则是连接二者的 “能量枢纽”，它们共同构成大脑认知潜能的 “合伙人体系”。
当肌肉功能下降（如老年人肌肉衰减症、长期久坐导致的肌肉流失）、线粒体功能受损时，大脑会失去关键的 “信号支持” 与 “能量供应”：①肌肉释放的 myokines（如鸢尾素、BDNF）减少，导致大脑神经发生减缓、突触可塑性下降；②线粒体代谢效率降低，全身代谢紊乱（如胰岛素抵抗）加剧，大脑的葡萄糖、乳酸供应不足；③受损线粒体释放的 ROS 与促炎因子增加，引发脑内慢性炎症与氧化应激 —— 这些变化会共同限制大脑的认知潜能，导致记忆力下降、执行功能受损，甚至增加阿尔茨海默病等神经退行性疾病的风险。2023 年《JAMA Neurology》的研究显示，肌肉量低于正常标准的老年人，其认知障碍的发生率是肌肉量正常者的 2.3 倍；而线粒体功能相关基因（如 PGC-1α）表达降低的人群，其老年痴呆的发病风险升高 1.8 倍。
运动作为最安全、最有效的 “身体 - 大脑调节器”，通过三个层面激活 “肌肉 - 线粒体 - 大脑” 合伙人体系：①激活骨骼肌的内分泌功能，释放 myokines、代谢物等信号分子，为大脑提供 “认知助推信号”；②优化骨骼肌线粒体的结构与功能，构建 “高效能量工厂”，改善全身代谢环境；③重塑大脑微环境，提升大脑线粒体功能，增强神经细胞活力。这种 “多靶点、全链条” 的调节效应，使运动成为超越任何药物的 “脑部补药”—— 它无需通过复杂的药理作用，只需通过自然的身体活动，就能释放大脑的认知潜能。
正如实验数据所证实的：每周进行 150 分钟中等强度运动（如快走、慢跑、游泳），可使成年人的海马区体积增加 1.3%（相当于逆转 1~2 年的脑衰老），工作记忆提升 20%；而长期坚持运动的老年人，其认知下降速度减缓 30%~40%，神经退行性疾病的发病风险降低 50%。这些数据背后，是肌肉与线粒体作为 “合伙人”，为大脑提供的持续支持。
当我们意识到 “肌肉是大脑的合伙人”，运动就不再仅仅是 “强身健体” 的手段，而是 “激活大脑潜能” 的必经之路。身体的每一次肌肉收缩，都是在为大脑传递 “活力信号”；每一个线粒体的高效运转，都是在为大脑储备 “能量燃料”。
正如古希腊哲学家苏格拉底所言：“身体的健康因静止不动而破坏，因运动练习而长期保持。” 在今天，我们更能理解这句话的深层含义 —— 身体的健康不仅关乎肌肉与骨骼，更关乎大脑的智慧与潜能。唯有让肌肉保持活力、让线粒体发挥巅峰功能，大脑的智慧火花才能尽情绽放，我们才能在生命的每一个阶段，都拥有清晰的思维与充沛的认知力量。毕竟，一个强壮的身体，永远是大脑最可靠的 “合伙人”。
来源：医学顾事