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研究目的:阿尔茨海默症(Alzheimer’s Disease,AD)是一种常见于中老年时期的神经退行性疾病。β-样淀粉蛋白(β-amyloid proteins,Aβ)聚集被认为是AD发病的重要诱因。研究发现AD脑内Aβ降解与转运功能受损,促使脑内Aβ聚集形成Aβ寡聚体,后者可通过抑制PI3K/Akt通路,继而发挥Aβ的神经毒性。生物学研究领域发现HSP70可调控Aβ清除作用。研究已证实运动可通过减少Aβ沉积面积,改善AD小鼠学习记忆能力,近期研究发现这可能与运动激活PI3K/Akt信号通路有关。但关于运动调控PI3K/Akt信号通路减少Aβ沉积的机制,是否与HSP70介导的Aβ清除作用有关尚不清楚,需要深入探讨。本研究采用3月龄雄性APP/PS1转基因小鼠和野生型小鼠,进行12周跑台运动,确认12周跑台运动对APP/PS1小鼠空间学习记忆能力和Aβ表达的影响,并初步探讨PI3K/Akt通路与HSP70介导的Aβ清除作用之间的关联,为运动预防和缓解AD提供理论支撑。研究方法:本实验采用24只3月龄雄性APP/PS1双转基因小鼠和24只3月龄雄性野生型C57BL/6小鼠。将APP/PS1小鼠和野生型小鼠随机分为安静组和运动组,即APP/PS1小鼠随机分为APP/PS1安静组(ADC,n=12)和APP/PS1运动组(ADE,n=12),将野生型组小鼠随机分为野生型安静组(WTC,n=12)和野生型运动组(WTE,n=12)。ADE和WTE组小鼠从3月龄开始进行为期12周跑台运动。12周运动后,进行Morris水迷宫实验,测试小鼠空间学习记忆能力。行为学实验结束后,麻醉断头处死,取海马。免疫荧光实验检测小鼠海马Aβ沉积情况,ELISA实验检测海马中可溶性Aβ40和Aβ42的含量,real-time PCR实验检测小鼠海马组织中HSF1、HSP70、LRP1、RAGE和IDE的mRNA水平,western blotting实验检测小鼠海马组织中PI3K p110β、PI3K p85α、Akt、p-Akt、HSP70、HSP40、BAG-1、LRP1、RAGE、IDE的蛋白表达水平。研究结果:(1)运动可改善APP/PS1小鼠空间学习记忆能力:Morris水迷宫实验结果显示,与WTC组相比,ADC组潜伏期显著增加(P<0.01),平台象限时间百分比显著减少(P<0.01),与ADC组相比,ADE组潜伏期显著减少(P<0.05),平台象限时间百分比显著增加(P<0.01)。在空间探索实验中,与WTC组相比,ADC组小鼠平台象限路程百分比显著增加(P<0.05),平台象限时间百分比显著增加(P<0.01),穿越平台次数非常显著性增加(P<0.01),与ADC组相比,ADE组小鼠的平台象限路程百分比显著增加(P<0.01),平台象限时间百分比显著增加(P<0.01),平台穿越次数显著增加(P<0.05)。(2)运动可减少APP/PS1小鼠海马内Aβ聚集水平:免疫荧光实验结果显示,与WTC组相比,ADC组海马中Aβ沉积面积非常显著性增加(P<0.01);与ADC组相比,ADE组小鼠海马中Aβ沉积非常显著性减少(P<0.01),ELISA实验结果显示,与WTC组相比,ADC组小鼠海马中Aβ40和Aβ42的蛋白表达均非常显著性增加(P<0.01),与ADC组相比,ADE组小鼠海马中Aβ40和Aβ42的蛋白表达非常显著减少(P<0.01)。(3)运动可激活APP/PS1小鼠海马内PI3K/Akt信号通路:Western Blot实验发现,与WTC组相比,ADC组小鼠海马中PI3K p38α、PI3K p110β和p-Akt/Akt的蛋白表达均显著降低(P<0.01),与ADC组相比,ADE组小鼠海马中PI3K p38α的蛋白表达显著增加(P<0.01),PI3K p110β和p-Akt/Akt的蛋白表达均显著增加(P<0.05)。(4)运动可显著提高APP/PS1小鼠海马中热休克蛋白的表达:Real-time PCR实验结果显示,与WTC组相比,ADC组小鼠海马中HSF1的mRNA表达显著性减少(P<0.05),HSP70的mRNA表达没有显著性变化(P>0.05),与ADC组相比,ADE组小鼠海马中HSF1、HSP70的mRNA表达显著增加(P<0.05)。Western Blot实验结果显示,与WTC组相比,ADC组小鼠海马中HSP70、BAG-1的蛋白表达显著减少(P<0.01),HSP40的蛋白表达没有显著性变化(P>0.05),与ADC组相比,ADE组小鼠海马中HSP70、HSP40、BAG-1的蛋白表达均显著增加(P<0.01)。(5)运动促进APP/PS1小鼠海马中Aβ的清除作用:real-time PCR实验结果显示,与WTC组相比,ADC组小鼠海马中LRP1、IDE的mRNA表达表现非常显著性减少(P<0.01),RAGE的mRNA表达非常显著性增加(P<0.01),与ADC组相比,ADE组小鼠海马中LRP1的mRNA表达显著性增加(P<0.05),RAGE的mRNA表达显著性增加(P<0.05),IDE的mRNA表达显著性增加(P<0.01)。Western Blot实验结果显示,与WTC组相比,ADC组小鼠海马中LRP1的蛋白表达表现非常显著性减少(P<0.01),RAGE的蛋白表达表现非常显著性增加(P<0.01),IDE的蛋白表达表现显著性减少(P<0.05),与ADC组相比,ADE组小鼠海马中LRP1的蛋白表达非常显著性增加(P<0.01),RAGE的蛋白表达非常显著性减少(P<0.01),IDE的蛋白表达显著性增加(P<0.05)。研究结论:本研究表明运动可通过激活PI3K/Akt信号通路改善AD。运动激活PI3K/Akt信号通路,增加HSP70以及其辅助蛋白的表达,抑制Aβ聚集;另一方面运动激活PI3K/Akt信号通路上调HSP70,诱导IDE和LRP1的表达,促进Aβ清除,提高小鼠空间学习记忆能力。