运动预适应在缓解MPTP致小鼠帕金森模型的作用机制:线粒体自噬的研究

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实验目的:  对小鼠进行中等强度跑台训练,并且在6周后使用MPTP建立帕金森(PD)小鼠模型,观察脑线粒体生物力能学、动力学和自噬情况的发生,从线粒体自噬的角度研究运动预适应对PD小鼠以上各项指标的影响,并且研究其机制。  方法:  6周龄雄性C57BL/6小鼠40只,经过适应性喂养及适应性训练一周后,随机分为安静组和运动组。运动组连续6周中等强度12米/分(75%VO2max)跑台训练,每天20分钟。然后以上两组再各自随机分成两组,分别注射生理盐水或中等剂量MPTP,最后分为安静+生理盐水(N)、运动+生理盐水(NE)、安静+MPTP(M)、运动+MPTP(ME)四组,每组10只。各组分别于MPTP或生理盐水注射后进行行为学观察(悬挂、爬杆、游泳)、黑质细胞变化及免疫组织化学染色(灌注取材,石蜡切片,酪氨酸羟化酶检测)、透射电镜观察(脑神经元内线粒体超微结构改变,线粒体自噬发生情况)、线粒体功能(提取脑线粒体、RCR、ATP合成速率等)、相关蛋白表达(分子生物学方法观察 Opa1,Drp1,Fis1,LC3-Ⅱ,Beclin1等蛋白及其mRNA在细胞内含量)等的检测。  结果:  (1)模型建立:行为学测试:本研究中发现中等剂量的MPTP使接受注射的两组组小鼠在造模后第2天的三项测试的成绩都显著低于给药前测试,并且在接下来的两天中呈现上升趋势,运动和MPTP均可显著性影响行为学测试结果,运动MPTP组小鼠的评分显著性高于安静MPTP小鼠(P<0.01);免疫组化染色:经过先期运动训练的MPTP帕金森小鼠有更多中脑黑质细胞幸存。  (2)小鼠脑线粒体呼吸功能:中等强度运动训练可以提高线粒体呼吸功能,运动MPTP组小鼠与安静MPTP组和运动盐水组小鼠的线粒体呼吸控制比(RCR)均呈现显著性差异(P<0.01),运动可以显著影响态3呼吸。运动MPTP动物的态3呼吸显著高于安静MPTP动物(P<0.05)。运动盐水动物比安静盐水动物的态3呼吸显著升高(P<0.05)。但态4没有显著性变化。  (3)线粒体ATP酶合成活力:安静运动组小鼠脑线粒体ATP酶活力显著性高于安静盐水组小鼠(P<0.05),并且运动和MPTP均能显著影响小鼠脑线粒体ATP酶合成活力,且两者之间有显著性交互作用。  (4)Elisa测定小鼠脑GDNF含量:脑组织匀浆Elisa检测运动MPTP组小鼠GDNF含量显著高于安静运动组(P<0.05)。其余组之间没有显著性差异,而血清中则各组间均没有显著性作用。  (5)透射电镜观察线粒体形态变化:注射MPTP组小鼠中脑黑质出现大量脂滴,线粒体数量少,出现自噬泡且包含有线粒体,提示出现自噬现象;运动组小鼠中脑黑质与安静组相比中有部分脂滴,线粒体体积大数量多。  (6)蛋白及mRNA表达分析:Opa1:在接受MPTP注射的小鼠中,安静组小鼠的融合蛋白显著高于其它各组,其中,M组显著高于N组及ME组(P<0.01);而在接受盐水注射的小鼠中,N组也显著性高于NE组(P<0.01)。Drp1:NE组小鼠脑线粒体Drp1蛋白显著高于N组(P<0.05);M组小鼠脑线粒体Drp1蛋白显著高于N组(P<0.05);Fis1:M组脑线粒体Fis1蛋白显著比N组高(P<0.05),ME组小鼠脑线粒体Fis1蛋白显著高于M组小鼠(P<0.05)。Beclin1:M组小鼠脑Beclin1比N组有显著性升高(P<0.01);ME组小鼠与M组相比有显著性升高(P<0.01);NE组小鼠与N组相比有显著性升高(P<0.01);LC3-II:M组小鼠与N组相比有显著性升高(P<0.01);ME组与M组相比有显著性升高(P<0.05);NE组与ME组有显著性降低(P<0.01)。  结论:  1)中等剂量的MPTP诱导C57BL/6小鼠帕金森模型可以成功模拟人类散发性帕金森疾病的症状和过程,可以用于预防治疗帕金森病机制的研究。  2)在MPTP致PD模型中,运动可以降低MPTP对小鼠力量及平衡能力的损伤,同时也促进小鼠运动能力快速恢复,延缓PD的病程并且减轻PD症状。推测,其与运动提高脑线粒体呼吸功能密切相关。  3)在PD模型中,运动使线粒体分裂水平增高融合能力受到抑制,同时自噬水平也相应增高。推测,运动通过提高线粒体分裂促进线粒体自噬的发生,加速机体清除受损线粒体的能力,从而提高线粒体生成ATP的能力,改善受损细胞的能量供应。  4)通过实验证实MPTP和运动共同作用下GDNF的分泌增高,因此推测在帕金森病中,运动可能促进GDNF的分泌,保护了DA神经元,减轻症状。
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