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目的:研究三种不同形式运动干预对自然衰老大鼠认知功能的改善作用并筛选出最佳运动方式,初步阐明不同形式运动提高脑衰老大鼠认知功能的潜在分子机制。方法:采用SPF级6月龄的Wistar大鼠饲养至21月龄后进行随机分组,每组10只,21月龄自然衰老大鼠结合跑台运动作为有氧干预组(OT);21月龄自然衰老大鼠结合负重爬梯训练作为抗阻训练组(OR);21月龄自然衰老大鼠跑台与抗阻爬梯交替进行作为混合交替训练组(OM),运动干预12周,21月龄自然衰老大鼠不进行任何干预饲养至24月龄作为模型组(OC),购买10只6月龄Wistar大鼠作为年轻对照组(YC)。采用水迷宫实验评价不同组的大鼠认知功能的变化情况,水迷宫实验完成以后保持休息24小时,所有大鼠眼球取血后处死,冰上取出海马组织,放入﹣80℃冰箱或液氮储存。采用HE和Nissl染色评估海马神经元形态变化;透射电镜评估海马突触结构变化;ELISA检测血清中BDNF的含量;Western blot检测突触蛋白验证突触可塑性变化;检测衰老蛋白验证衰老程度;检测凋亡蛋白验证凋亡水平;检测Wnt信号通路相关蛋白验证通路的激活或丢失情况;NeuN神经元染色评估海马成熟神经元丢失情况。结果:1)水迷宫结果显示,与年轻对照组相比,自然衰老模型组大鼠找到平台所用时间明显延长(p<0.001),游泳平均速度下降(p<0.01),并且穿越平台区域次数明显减少(p<0.01),说明老年大鼠的学习记忆能力减退,而三种形式运动干预(跑台运动,抗阻运动和交替运动)则提高了穿越平台次数(p<0.05),减轻认知障碍。2)海马组织的HE和Nissl染色显示,老年大鼠海马组织中细胞排列松散且形状不规则,尼式小体的数量明显减少,说明老年大鼠的神经元功能损伤严重,然而三种不同的运动形式均恢复了部分神经元功能,其中跑台运动和交替运动的效果较明显。3)与对照组相比,自然衰老模型组大鼠海马组织中的DKK-1(Wnt信号抑制剂)、衰老相关蛋白(Ac-p53、p53)明显升高,Sirt1明显下降。而三种形式运动干预均能增加Sirt1蛋白表达(p<0.01),降低衰老相关蛋白的表达水平。只有跑台运动能明显降低DKK-1蛋白的表达(p<0.01)。4)与对照组相比,自然衰老模型组大鼠海马组织中突触蛋白(SYN、PSD-95、PSD-93)明显下降,而三种不同形式的运动干预均不同程度上逆转了突触蛋白的异常下降(p<0.05)。而且透射电镜显示,老年大鼠海马突触结构受损伤严重甚至消失,突触间隙不清晰,突触后膜增厚,而三种运动形式的干预恢复了部分突触结构,其中交替运动和跑台运动效果明显。5)与对照组相比,自然衰老模型组大鼠海马组织中CREB磷酸化水平和血清中BDNF水平明显下调,而三种形式运动干预均能增加p-CREB水平,只有跑台和交替运动明显提高了BDNF的水平(p<0.05)。6)研究果表明:模型组大鼠海马神经元丢失增加会伴随凋亡蛋白相应增加。本实验中在模型组大鼠海马组织中检测到Bax表达升高,Bcl-2蛋白水平降低,而跑台运动和交替运动增加了Bcl-2蛋白水平(p<0.05),并降低了Bax水平(p<0.01)。另外,我们还观察到跑台运动和抗阻运动恢复了老年大鼠PI3K/Akt信号通路的下调(p<0.01)。并且NeuN神经元染色显示,与年轻对照组相比,模型组大鼠海马中的成熟神经元数目明显减少,说明海马神经元丢失增加,而三种形式运动干预可以增强神经元存活,其中交替运动与跑台运动效果明显。7)接下来,我们检测了三种形式干预对Wnt信号下游因子的影响。结果表明,与对照组相比,模型组大鼠海马中Axin1蛋白、β-catenin磷酸化(Ser33,Ser37,Thr41)位点水平明显升高,说明自然衰老大鼠存在Wnt信号的下降,而三种形式的运动干预均降低了上述蛋白的表达。另外,与对照相比,模型组大鼠海马组织的GSK-3β(ser9)磷酸化明显下降(p<0.001),PHF10和p-Tau蛋白明显升高,说明自然衰老大鼠的GSK-3β活性升高进而出现PHF10的上调,Tau蛋白过度磷酸化增加。与自然衰老模型大鼠相比,三种不同形式的运动干预均能降低β-catenin磷酸化、Axin1蛋白。结论:不同形式的运动干预均能改善自然衰老大鼠认知障碍,通过三种形式运动的综合效果比较,跑台运动干预的效果最佳,从机制上讲可能是通过恢复自然衰老大鼠中异常下降的Wnt信号通路及相应的靶点。