有氧运动改善阿尔茨海默病大鼠认知功能损害的中枢免疫机制的研究

发布时间：2017-11-13 01:26

  本文关键词：有氧运动改善阿尔茨海默病大鼠认知功能损害的中枢免疫机制的研究

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【摘要】：目的:阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种复杂的中枢神经系统退行性疾病,并且发病率与年龄呈正相关。学习记忆能力减退和认知功能下降是AD主要的临床表现。AD典型的病理特征有以β淀粉样蛋白(Amyloid protein,Aβ)过度沉积形成的老年斑和tau蛋白过度磷酸化所造成的神经纤维缠结。其中,Aβ的神经毒性作用已经得到了广泛的认可,Aβ的大量沉积不仅能够引发神经元的凋亡,并且可以通过激活胶质细胞从而引起脑内炎症反应。而脑内的炎症反应反过来也能促使Aβ进一步表达,从而造成病理状态下的恶性循环。目前关于AD的发病机制还不能确定,没有一种假说可以全面的阐述AD,并且有效治疗AD的药物和手段还没有出现。所以对于AD的早期预防则显得尤其重要。有氧运动不仅仅是一种良好的锻炼方式而且对大脑的发育起到非常有益的作用。越来越多的研究证实,有氧运动可以增强脑功能、促进神经元的再生和抑制神经细胞的凋亡,并对学习记忆有着重要的改善作用。有研究表明,有氧运动可以减少Aβ的产生和炎症因子的释放,但是关于有氧运动和AD的研究尚处于早期阶段,并且具体的作用机制还不明确。因此本实验将从行为学检测和分子生物学技术两个方向出发,观察有氧运动对Aβ诱导的AD模型大鼠学习记忆能力的改善。同时通过对外周血炎症因子及与mapk信号通路相关蛋白的测定,来观察有氧运动对aβ诱导的机体炎症反应是否能够产生抑制作用。本研究旨在为有氧运动作为防治ad的手段提供更坚实的理论基础,同时为延缓ad的发病进程,降低ad的发病率提供新的思路。方法:雄性sd大鼠2月龄,体重200±20g,随机分为对照组(control)、运动组(running)、ad模型组(aβ1-42)和运动治疗组(aβ1-42/running)。四组大鼠全部进行埋管手术。其中对照组和ad模型组正常饲养,不进行跑台训练。待大鼠完成手术恢复后,运动组和运动治疗组同时进行为期四周的有氧运动跑台训练,大鼠每周训练5天,休息2天,跑台的坡度为0°。两组大鼠在前两周均以10m/min的速度跑2个15min,每隔15min休息5min,第3周以15m/min的速度跑3个15min,每隔15min休息5min,第4周以15m/min的速度跑4个15min,每隔15min休息5min。前两周的有氧训练结束后,每天向对照组和运动组大鼠套管中注射与aβ1-42同等体积的生理盐水,为期两周;每天向ad模型组和运动治疗组大鼠侧脑室注射250pmol的aβ1-42,为期两周,建立大鼠的ad模型。模型建立完成后,采用morris水迷宫实验(morriswatermaze,mwm)观察各组大鼠的空间学习和记忆能力的改变。然后采用分子生物学技术分析:①酶联免疫吸附实验检测各组大鼠外周血液中炎性细胞因子肿瘤坏死因子α(tumornecrosisfatctor-alpha,tnf-α)和白介素1β(interleukin1beta,il-1β)的表达含量;②免疫蛋白印记实验检测mapk信号通路上特定蛋白:c-jun氨基末端激酶(c-junn-terminalkinase,jnk)、p38mapk分裂原激活的蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinase,p38)和erk细胞外调节蛋白激酶(extracellularregulatedproteinkinases,erk)的磷酸化水平以及总蛋白表达变化。数据按照均数±标准误(mean±sem)表示。运用sigmaplot11.0软件对所有实验数据进行统计学分析并作图,p0.05表示有显著性差异,p0.01表示有非常显著性差异。结果:1、①morris水迷宫定位航行实验结果显示,伴随着大鼠游泳天数的递增,各组大鼠寻找水下隐藏平台的潜伏期与游泳总距离也出现显著减少。从大鼠游泳训练第1~5天,通过aβ建立的ad模型组大鼠与对照组相比,寻找水下隐藏平台的潜伏期和游泳总距离均出现显著增加(p0.01),表明ad模型组大鼠的学习记忆能力减退。对比ad模型组与运动治疗组发现,在第1~5天,运动治疗组的逃避潜伏期明显低于ad模型组(p0.05)。在第1~4天,运动治疗组的游泳总距离显著低于ad模型组(p0.05)。说明有氧运动可以改善aβ诱导的学习记忆功能损害,并具有保护作用。②把隐藏平台去除,进行空间探索实验。结果发现,ad模型组在原隐藏平台所在象限的游泳时间与总游泳时间的百分比与对照组相比出现显著的下降(p0.01)。并且ad模型组大鼠在原隐藏平台所在象限的游泳距离与总距离的百分比与对照组相比也出现显著的下降(p0.01),说明aβ组的大鼠表现出了显著的空间记忆障碍。而单纯的有氧运动组与对照相比不论从时间百分比还是距离百分比上,其在原平台象限的活动百分比均未出现显著性差异(p0.05),说明单纯的有氧运动并不能直接增强海马依赖的空间参考记忆的巩固。而运动治疗组大鼠无论是时间还是距离上所占的百分比与ad模型组相比都出现显著性提高(p0.01)。这一结果表明,aβ可以诱导大鼠空间参考记忆的丢失,而有氧运动能够改善这一损伤。③可视平台实验结果显示,将平台露出水面1~2cm,各组大鼠找到平台所用的时间无显著性差异(p0.05),各组大鼠的游泳速度也无显著性差异(p0.05)。从而排除了大鼠视力及其运动能力对前期实验结果的干扰。2、酶联免疫吸附实验结果显示,通过检测大鼠外周血中tnf-α和il-1β的表达含量发现,单纯的有氧运动组与空白对照组中tnf-α或是il-1β这两种炎性因子并未出现显著性差异(tnf-α,p=0.746;il-1β,p=0.883),这一结果说明单纯的有氧运动并不能对外周血中的炎症因子造成任何影响。ad模型组大鼠与对照组相比外周血中tnf-α与il-1β的含量明显增多(p0.01)。而运动治疗组的两种炎性因子的含量均显著低于ad模型组(p0.05)。这一结果表示,aβ影响了机体的免疫功能从而导致了外周炎症因子在外周血中的表达含量升高,而有氧运动能够缓解aβ诱导的外周血液炎症因子表达的上调。3、通过westernblot免疫蛋白印迹的方法测定mapk信号通路相关蛋白:erk蛋白,p38mapk蛋白和jnk蛋白的磷酸化水平以及总蛋白表达变化。①对erk蛋白测定后发现,ad模型组erk蛋白磷酸化水平与总erk蛋白的比值与对照组相比出现非常显著的下降(p0.01)。而运动治疗组erk蛋白的磷酸化水平与ad模型组相比出现显著的上升(p0.05),说明了aβ引发erk蛋白活性的抑制,而有氧运动阻止了aβ引起的erk蛋白活性抑制。通过erk总蛋白与β-actin的对比我们发现各组的总蛋白水平并没有显著的改变(p0.05),说明aβ和有氧运动都是通过erk的磷酸化对细胞活性进行调控并未影响到erk总蛋白的表达。②对p38mapk蛋白测定后发现,ad模型组的p38蛋白磷酸化水平与总p38蛋白的比值与对照组相比显著上升(p0.05)。运动治疗组磷酸化p38蛋白的水平与ad模型组相比出现非常显著的下降(p0.01),说明了aβ引起p38蛋白的激活,而有氧运动阻止了p38蛋白的过度激活。通过p38总蛋白与β-actin的对比我们发现各组的总蛋白水平并没有显著的改变(p0.05),说明aβ和有氧运动都是通过p38的磷酸化对细胞活性进行调控并未影响到p38总蛋白的表达。③对jnk蛋白测定后发现,ad模型组jnk蛋白的磷酸化水平与对照组相比出现非常显著的升高(p0.01)。运动治疗组jnk磷酸化水平与ad模型组相比显著下降(p0.05)。然而我们发现运动治疗组与对照组相比jnk磷酸化水平仍有非常显著的升高(p0.01),说明了aβ引起jnk蛋白的激活,而有氧运动阻止了jnk蛋白的过度激活。通过jnk总蛋白与β-actin的对比我们发现各组的总蛋白水平并没有显著的改变(p0.05),说明aβ和有氧运动都是通过jnk的磷酸化对细胞活性进行调控并未影响到jnk总蛋白的表达。结论:aβ能够引起ad模型组大鼠的空间学习记忆能力出现明显的损伤,而有氧运动则可以很好的改善这种损伤。aβ能够引起外周血液中tnf-α和il-1β这两种炎症因子的含量升高,而有氧运动可以降低这两种炎症因子的表达含量。而炎症因子的表达升高必然伴随脑内炎症相关信号p38/jnk蛋白的表达升高,从而导致神经元损伤以及认知功能障碍。aβ引起的大鼠空间认知功能损伤的机制可能是由P38/JNK两种信号因子的过度磷酸化和ERK磷酸化水平的降低造成的,而有氧运动可以改善Aβ引起的P38/JNK两种信号因子的过度磷酸化,同时也阻止了ERK磷酸化水平的降低。说明有氧运动能够通过调节不同MAPK类激酶来改善Aβ引起的炎症反应,起到神经保护作用以及改善认知功能的作用。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：G804.2

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