تأثیر تمرین ورزشی و مکمل اسپیرولینا بر تنظیم نورومتابولیک هیپوکمپ در مدل‌های دیابت: مرور نظام‌مند و یکپارچه‌سازی بیوانفورماتیکی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 هیات علمی دانشگاه قم

2 1- گروه علوم ورزشی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی،دانشگاه قم، قم، ایران.

10.48308/joeppa.2026.242965.1421

چکیده

دیابت نوع ۲ با اختلال نورومتابولیک هیپوکمپ، افزایش استرس اکسیداتیو و کاهش عملکرد شناختی همراه است و به انسفالوپاتی دیابتی منجر می‌شود. این مطالعه مرور سیستماتیک و ادغام بیوانفورماتیکی با هدف ارزیابی تأثیر مداخله ورزشی و مکمل اسپیرولینا بر شاخص‌های نوروانرژی/میتوکندری، استرس اکسیداتیو و پیامدهای رفتاری هیپوکمپ در مدل‌های جونده دیابتی انجام شد.دیابت نوع ۲ با اختلال نورومتابولیک هیپوکمپ، افزایش استرس اکسیداتیو و کاهش عملکرد شناختی همراه است و به انسفالوپاتی دیابتی منجر می‌شود. این مطالعه مرور سیستماتیک و ادغام بیوانفورماتیکی با هدف ارزیابی تأثیر مداخله ورزشی و مکمل اسپیرولینا بر شاخص‌های نوروانرژی/میتوکندری، استرس اکسیداتیو و پیامدهای رفتاری هیپوکمپ در مدل‌های جونده دیابتی انجام شد.ابتدا داده‌های ترانسکریپتومی عمومی هیپوکمپ (GEO/ENA) بازکاوی گردید؛ سپس جستجوی جامع بر اساس PRISMA-2020 در PubMed، Scopus، Web of Science و منابع خاکستری اجرا شد. غربالگری و استخراج داده‌ها توسط دو ارزیاب مستقل صورت گرفت، کیفیت مطالعات با SYRCLE ارزیابی شد، اندازه اثرها با Hedges’ g استانداردسازی و با مدل اثرات تصادفی در Comprehensive Meta-Analysis ادغام گردید؛ ناهمگنی (I²)، سوگیری انتشار (قیف‌نگار/Egger) و تحلیل‌های زیرگروهی/رگرسیونی بر اساس نوع، مدت، شدت و زمان‌بندی مداخله گزارش شدند. در بخش بیوانفورماتیکی، ژن‌های هاب (مانند PGC-1α/PPARGC1A، SOD2، UCP2، SIRT1/3، TFAM، AMPK) با PPI از STRING و هم‌بیانی WGCNA در Cytoscape استخراج، با غنی‌سازی GO/KEGG در Enrichr و شبکه miRNA-mRNA از miRTarBase/TargetScan ادغام شدند و هم‌پوشانی مسیر/گره‌ها با اثرات متاآنالیز از طریق hypergeometric test سنجیده گردید. نتایج نشان داد فعالیت ورزشی اثر متوسط تا قوی بر بهبود بیوژنز میتوکندری، همئوستاز انرژی، اتوفاژی/میتوفاژی، پاسخ آنتی‌اکسیدانی و رفتار دارد (g=0.72؛ 95% CI: 0.45–0.99؛ I²=42%)، در حالی که اسپیرولینا اثر متوسط اما معنادار نشان می‌دهد (g=0.58؛ 95% CI: 0.31–0.85؛ I²=35%). در مطالعات ترکیبی (ورزش×اسپیرولینا) بهبود بیشتر و سازگارتری در شاخص‌های متابولیک/رفتاری ایجاد کرد. ادغام چندلایه همگرایی مکانیکی بر محور NAD⁺/SIRT–PGC-1α را برجسته می‌کند. فعالیت ورزشی عمدتاً رونویسی AMPK→CREB→PGC-1α/NRF1/TFAM را تحریک می‌کند و اسپیرولینا استرس اکسیداتیو/التهابی را از مسیر Nrf2/ARE–SOD2 کاهش می‌دهد. در سطح پسا‌رونویسی، miRNAهای کلیدی (miR-23a/23b/696→PGC-1α؛ miR-34a/132/181a→SIRT1 ؛ miR-195/421→SIRT3 ؛ miR-146a/222→SOD2 ؛ miR-30e/miR- 133a→UCP2؛ miR-590→TFAM؛ miR-451→CAB39/LKB1→AMPK غیرمستقیم) نقشه هم‌افزایی را توضیح می‌دهند. هر مداخله به تنهایی مفید است اما ترکیب آن‌ها محتمل‌تر هم‌افزا بوده و با هم‌ترازی شبانه‌روزی (BMAL1/CLOCK) پراثرتر می‌شود. محدودیت‌ها شامل تمرکز بر مدل‌های حیوانی، ناهمگنی تکرار/شدت/مدت/زمان‌بندی و کمبود اعتبارسنجی هیپوکمپ‌اختصاصی برای تعاملات miRNA است. در نهایت، چارچوب درمانی دقیق پیشنهادی با RCT فاکتوریل ۲×۲ (HIIT/کنترل × اسپیرولینا/دارونما)، زمانبندی صبح/عصر، کنترل کیفیت مکمل و نقاط پایانی چندوجهی (شناخت، fMRI هیپوکمپ، BDNF، پنل miRNA و پروتئین‌های هاب) می‌تواند ترجمه بالینی کم‌هزینه و زیست‌سازگار برای کاهش بار نورومتابولیک دیابت را تسهیل کند.
واژه های کلیدی: هیپوکمپ/ اسپیرولینا/بیوانفورماتیک/ شبکه های ژنی/ فعالیت ورزشی/ انسفالوپاتی دیابتی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of exercise training and spirulina supplementation on hippocampal neurometabolic regulation in diabetes models: a systematic review and bioinformatics integration

نویسندگان [English]

  • mohsen akbarpour 1
  • zahra asheghi 2
  • arash Behdarvand 2
1 Association professor Department of Sports Sciences, University of Qom, Qom,IRAN,
2 1. Department of Physical Education and Sports Sciences, University of Qom, Qom,IRAN,
چکیده [English]

Type 2 diabetes is associated with hippocampal neurometabolic dysfunction, increased oxidative stress, and decreased cognitive function, leading to diabetic encephalopathy. This systematic review and bioinformatics integration study aimed to evaluate the effect of exercise intervention and Spirulina supplementation on neuroenergetics/mitochondrial indices, oxidative stress, Type 2 diabetes is associated with hippocampal neurometabolic dysfunction, increased oxidative stress, and decreased cognitive function, leading to diabetic encephalopathy. This systematic review and bioinformatics integration study aimed to evaluate the effect of exercise intervention and Spirulina supplementation on neuroenergetics/mitochondrial indices, oxidative stressand behavioral outcomes of the hippocampus in diabetic rodent models. First, hippocampal general transcriptomic data (GEO/ENA) were analyzed; then, a comprehensive search based on PRISMA-2020 was performed in PubMed, Scopus, Web of Science, and gray sources. Screening and data extraction were performed by two independent reviewers, study quality was assessed with SYRCLE, effect sizes were standardized with Hedges’ g, and merged with a random-effects model in Comprehensive Meta-Analysis; Heterogeneity (I²), publication bias (funnel plot/Egger) and subgroup/regression analyses were reported based on intervention type, duration, intensity and timing. In the bioinformatics section, hub genes (such as PGC-1α/PPARGC1A, SOD2, UCP2, SIRT1/3, TFAM, AMPK) were extracted with PPI from STRING and WGCNA co-expression in Cytoscape, integrated with GO/KEGG enrichment in Enrichr and miRNA-mRNA network from miRTarBase/TargetScan, and the overlap of pathways/nodes with meta-analysis effects was measured via hypergeometric test. The results showed that exercise has a moderate to strong effect on improving mitochondrial biogenesis, energy homeostasis, autophagy/mitophagy, antioxidant response and behavior (g=0.72; 95% CI: 0.45–0.99; I²=42%), while Spirulina shows a moderate but significant effect (g=0.58; 95% CI: 0.31–0.85; I²=35%). In combined studies (exercise×Spirulina) it produced greater and more consistent improvements in metabolic/behavioral indices. Multilayer integration highlights the mechanistic convergence on the NAD⁺/SIRT–PGC-1α axis. Exercise mainly stimulates AMPK→CREB→PGC-1α/NRF1/TFAM transcription and Spirulina reduces oxidative/inflammatory stress through the Nrf2/ARE–SOD2 pathway. At the posttranscriptional level, key miRNAs (miR-23a/23b/696→PGC-1α; miR-34a/132/181a→SIRT1; miR-195/421→SIRT3; miR-146a/222→SOD2; miR-30e/miR-133a→UCP2; miR-590→TFAM; miR-451→CAB39/LKB1→AMPK indirect) explain the synergistic map. Each intervention alone is beneficial, but their combination is more likely to be synergistic and is more effective with circadian alignment (BMAL1/CLOCK). Limitations include the focus on animal models, heterogeneity in frequency/intensity/duration/timing, and lack of hippocampal-specific validation of miRNA interactions. Finally, the proposed precise therapeutic framework with 2×2 factorial RCT (HIIT/control × Spirulina/placebo), morning/evening scheduling, quality control of supplementation, and multimodal endpoints (cognition, hippocampal fMRI, BDNF, miRNA panel, and hub proteins) could facilitate cost-effective and biocompatible clinical translation to reduce the neurometabolic burden of diabetes.
Keywords: Hippocampus/ Spirulina/ Bioinformatics/ Gene Networks/ Exercise Activity/ Diabetic Encephalopathy

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hippocampus
  • Spirulina
  • Bioinformatics
  • Gene Networks
  • Exercise Activity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 27 اسفند 1404
  • تاریخ دریافت: 30 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری: 28 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش: 27 اسفند 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 27 اسفند 1404
  • تاریخ انتشار: 27 اسفند 1404