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研究背景肥胖作为一种代谢性疾病,其主要表现是体重的增加和体内脂肪的过多聚积。随着当今社会的经济发展以及膳食结构的变化,我国超重人群和肥胖人群的比例在迅速攀升。截止2015年初,超重人群和肥胖人群的比例已接近全国总人口的25%。肥胖人群并不仅仅是单纯的超重,它与多种疾病的发生发展均有着密切的联系。大量研究表明,肥胖是心脑血管疾病、癌症、糖尿病、脂肪肝、高血压及高脂血症等多种疾病的重要危险因素。当今社会,超重和肥胖已经成为威胁人类健康和影响生活质量的重要问题。认知功能障碍一般多发生于精神疾病中。但有研究显示:肥胖患者认知功能障碍的发生率相比正常人群有显著的增高,可能的机制与海马神经元损伤、线粒体功能障碍和胰岛素抵抗有关。因此,阐明肥胖相关的认知功能障碍的机制,并探讨其预防及控制策略具有重要的临床意义和社会价值。已有的研究表明运动训练能够有效的治疗肥胖。运动训练不仅可以减轻体重,同时还可以改善机体生理功能状态。但是,传统的耐力性或持续性的运动训练方式相对的枯燥,依从性较差。有研究显示有氧间歇训练(aerobic interval training;AIT)相比中度持续训练(moderate continuous training,MCT)在依从性上有明显的优势。但是,AIT能否改善肥胖个体的认知功能障碍目前尚不清楚,潜在的可能机制也不明确。去乙酰化酶3(sirtuin3,SIRT3),是组蛋白去乙酰化酶的一种,主要定位于线粒体中。研究表明SIRT3参与多种生理过程,对于细胞代谢,生存,死亡以及衰老有着重要的调控作用。在神经系统中,由于神经元高度依赖线粒体能量供应的细胞特性,SIRT3的功能异常必然会影响神经元的正常功能。此外,有研究表明,有氧训练也可以上调SIRT3的表达。因此,我们推测,SIRT3可能在AIT训练对海马神经元功能调整中发挥重要的作用。研究目的探讨AIT训练对高脂(high fat,HF)饮食诱导的肥胖小鼠海马神经元损伤的影响及可能的机制。1.建立高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型,探讨AIT对高脂饮食小鼠海马神经元的保护作用;2.应用SIRT3敲除小鼠,进一步阐明SIRT3在AIT的神经保护作用中的相关机制。研究方法实验一:明确AIT对于高脂饮食小鼠海马神经元的影响将40只8周龄雄性C57BL/6小鼠随机分为四组,分别为:正常饮食对照组(Con组);正常饮食+有氧间歇训练组(Con+AIT);高脂饮食组(HF);高脂饮食+有氧间歇训练组(HF+AIT)。连续喂养12周后分别测定各组小鼠的学习记忆能力、海马神经元的氧化应激程度。实验二:探讨SIRT3在AIT的神经保护作用中的可能机制将20只8周龄野生型和SIRT3敲除(knock out,KO)C57BL/6小鼠,随机分为四组,分别为:野生型高脂饮食组(HF);SIRT3敲除型高脂饮食组(HF KO);野生型高脂饮食+有氧间歇训练组(H F+A I T);SIRT3敲除型高脂饮食+间歇训练组(HF KO+AIT)。12周后分别测定各组小鼠的海马神经元的氧化应激程度以及神经元凋亡。研究结果实验一1.AIT对高脂饮食小鼠空间学习和记忆能力的作用Morris水迷宫实验结果显示:与正常饮食Con组相比,HF组小鼠逃避潜伏期显著延长(HF:25.3 s vs Con:10.5 s,P<0.05,n=4)。平台搜索实验结果显示:与Con组相比,HF小鼠在目标象限的停留时间显著缩短(HF:28.1%vs Con:45.8%,P<0.05,n=4),与高脂饮食组相比,HF+AIT组小鼠的逃避潜伏期缩短(HF+AIT:18.2 s vs HF:25.3 s,P<0.05,n=4);在目标象限的停留时间延长(HF+AIT:38.4%vs HF:28.1%,P<0.05,n=4)。该结果提示,高脂饮食导致肥胖小鼠的空间学习和记忆能力显著减退,AIT则可显著改善肥胖小鼠的空间学习和记忆能力。2.AIT对高脂饮食小鼠海马神经元脂质过氧化和氧化应激损伤的作用与Con组相比,HF组小鼠海马神经元ROS水平(HF:158.3±8.5%vs Con:100±12.1%,P<0.05,n=4)和MDA含量(HF:22.3±1.4 vs Con:10.8±1.3 nmol/mg protein,P<0.05,n=4)显著增加。与HF组小鼠相比,HF+AIT小鼠海马神经元ROS水平(HF:158.3±8.5%vs HIF+AIT:105.5±10.4%,P<0.05,n=4)和MDA含量(HF+AIT:15.5±2.1 vs HF:22.3±1.4 nmol/mg protein,P<0.05,n=4)显著降低。上述结果提示,AIT可有效降低HF小鼠海马神经元中的脂质过氧化和氧化应激损伤。3.AIT对高脂饮食小鼠海马神经元抗氧化酶活性的影响与Con组相比,HF小鼠海马神经元线粒体抗氧化酶:锰超氧化物歧化酶(Mn superoxide dismutase,Mn SOD)(HF:81.7±5.4 vs Con:124.2±3.8 U/mg prot min-1,P<0.05,n=4)和过氧化氢酶(Catalase)活性(HF:40.1±3.2 vs Con:52.4±2.8U/mg prot min-1,P<0.05,n=4)显著降低。经过AIT训练后,HF小鼠海马神经元Catalase(HF+AIT:50.8±2.9 vs HF:40.1±3.2 U/mg prot min-1,P<0.05,n=4)和Mn SOD酶的活性(HF+AIT:114.2±4.6 vs HF:81.7±5.4 U/mg prot min-1,P<0.05,n=4)均显著提高。4.AIT对高脂饮食小鼠海马神经元SIRT3水平的影响与Con组相比,HF小鼠海马神经元中SIRT3表达水平显著降低(HF:0.32±0.04 vs Con:0.87±0.05 AU,P<0.05,n=4)。AIT训练可有效提高HF小鼠海马神经元SIRT3水平(HF+AIT:0.64±0.04 vs HF:0.32±0.04 AU,P<0.05,n=4)。实验二1.AIT通过SIRT3调节高脂饮食小鼠海马神经元抗氧化酶活性与HF组小鼠相比,SIRT3 KO+HF组鼠在高脂喂养后,海马神经元的Catalase活性(KO HF:18.6±6.9 vs HF:40.1±3.2 U/mg prot min-1,P<0.05,n=4)和Mn SOD酶活性(KO HF:41.5±6.3 vs HF:81.7±5.4 U/mg prot min-1,P<0.05,n=4)进一步降低,氧化应激损伤进一步恶化(ROS KO HF:143.8±4.2%vs HF:100±3.2%,P<0.05,n=4);经AIT后,并不能改善SIRT3敲除鼠在高脂喂养后的抗氧化酶活性和氧化应激损伤(P>0.05),提示SIRT3是AIT上调海马神经元抗氧化酶活性的重要分子。2.AIT通过SIRT3保护高脂饮食小鼠海马神经元采用TUNEL法检测各组海马神经元凋亡程度,结果显示:在野生型小鼠中,AIT可有效减少HF组小鼠海马神经元凋亡(HF+AIT:63.5±5.5%vs HF:100±4.6%,P<0.05,n=4);与HF组小鼠相比,SIRT3 KO+HF组小鼠在高脂喂养后的海马神经元凋亡显著增加(KO HF:124.6±8.2%vs HF:100±4.6%,P<0.05,n=4),且AIT对于高脂肥胖小鼠海马神经元凋亡的保护作用在SIRT3 KO鼠中消失。研究结论AIT可有效上调海马神经元SIRT3表达,增加线粒体抗氧化酶Catalase和Mn SOD的活性,进而改善HF小鼠认知能力。SIRT3可能是AIT抑制高脂肥胖小鼠海马神经元损伤的关键因子。