运动疲劳损害大鼠学习记忆能力的神经炎症机制研究

发布时间：2017-10-10 10:12

  本文关键词：运动疲劳损害大鼠学习记忆能力的神经炎症机制研究

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【摘要】：目的：在日常训练和比赛中，运动员经常会出现运动疲劳，继而伴随着运动技能和比赛成绩的下降。大量的研究表明，运动疲劳会对中枢神经系统的功能活动如学习、记忆、情绪等方面产生负面影响。学习记忆功能是大脑主要的高级神经功能活动，是从事体育运动的重要生理基础。在各类体育运动项目中，，无论是一个技术动作还是连贯完整运动技能的习得、巩固与应用，都是在大脑学习记忆功能执行过程中实现的，其中任何微小的偏差，都将大幅降低运动员的运动能力和技术水平，严重影响训练效果和比赛成绩。因此，研究运动疲劳对学习记忆能力造成的影响是很有必要的。目前，运动疲劳导致学习记忆功能下降的现象已得到证实，但其作用机制尚不明确。有研究表明运动疲劳应激会通过激活下丘脑-垂体-肾上腺皮质（hypothalamic pituitary adrenal, HPA）轴和交感神经系统，导致脑内的免疫细胞（主要是指小胶质细胞和星形胶质细胞）的激活并分泌大量的炎症因子（如白介素1β、肿瘤坏死因子α等），引发神经炎症。近期神经病理学研究表明，由胶质细胞介导的神经炎症会致使学习记忆能力下降。而运动疲劳作为一种典型的应激原，是否能够通过大量激活脑内的小胶质细胞及星形胶质细胞并引发神经炎症以及神经炎症是否参与了运动疲劳所致学习记忆功能下降的神经调控过程还鲜有文献报道。本研究从行为学、电生理及分子生物学三个层次出发，观察运动疲劳后大鼠海马区胶质细胞活化状态的变化，分析炎症因子的分泌以及炎症因子信号通路上蛋白的表达变化，探讨由胶质活化介导的神经炎症是否参与运动疲劳损害学习记忆功能的神经调控，旨在为运动疲劳损害大脑认知功能提供新的解释，同时也为开发研制抗疲劳靶向药物、提高运动员的竞技能力和比赛成绩提供重要的理论依据。 方法：雄性SD大鼠，体重200±20g，随机分为对照组（Control group,CG）和运动疲劳组（exercise-induced fatigue group,EG）。其中，EG大鼠进行7天反复力竭跑台运动训练，负荷分为三级，第Ⅰ级以8.2m/min的速度跑15min，第Ⅱ级以15m/min的速度跑15min，第Ⅲ级以20m/min的速度跑至力竭。CG动物不进行任何跑台运动干预，正常饲养。建立大鼠运动疲劳模型后，采用Y迷宫行为学实验（包括Y迷宫自主交替、Y迷宫空间识别、Y迷宫主动回避）检测大鼠的学习记忆行为能力变化；随后使用在体电生理方法记录海马CA1区突触长时程增强（long-term potentiation, LTP）的变化；最后采用分子生物学技术观察分析：①免疫组织化学方法检测运动疲劳后大鼠海马小胶质细胞（microglia,MG）和星形胶质细胞（astrocyte,AS）数量及形态的表达变化；②半定量PCR结合酶联免疫吸附试验测试海马组织中炎症因子即白介素1β（interleukin1beta,IL-1β）和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis fatctor-alpha，TNF-α)蛋白及mRNA水平的表达变化；③免疫蛋白印迹检测炎症信号通路上特定蛋白c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）、P38分裂原激活的蛋白激酶（P38mitogenactivated protein kinase, P38MAPK）、核转录因子-kappaB （nucleartranscription factor kappaB, NF-κB）的表达变化；以及检测学习记忆相关分子蛋白-钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulin-dependent proteinkinase-Ⅱ,CAMKⅡ）和环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response elementbinding protein,CREB）的表达变化。数据采用平均数±标准误（Mean±SEM）表示。应用统计学分析软件SPSS18.0对数据进行分析，两组间的差异比较采用独立样本T检验，P0.05表示两组间有显著差异；P0.01表示两组间有非常显著性差异。 结果： 1、Y迷宫行为学测试结果显示，在自主交替测试中,EG大鼠较CG大鼠的自主交替率显著下降(P0.01)；空间识别实验表明， EG大鼠在新异臂停留的时间明显缩短，穿梭次数显著下降(P0.01)，并且EG大鼠在新异臂停留的时间也明显短于起始臂及其他臂(P0.05)；主动回避测试结果发现，EG大鼠的主动回避错误次数、辨别错误次数和训练时间统计结果均显著高于CG（P0.05, P0.01），而记忆正确次数则显著低于CG（P0.01）。 2.在体电生理实验结果显示，与CG大鼠比较，EG大鼠海马的E-LTP和L-LTP场兴奋性突触后电位（field excitatory postsynaptic potentials,fEPSP）的平均斜率均显著性降低（P0.01）。 3．分子生物学实验结果显示：①与CG大鼠比较，EG大鼠海马小胶质细胞体积较大、胞体变圆、突起增多并且染色变深，统计学分析阳性细胞面积和染色消减灰度值均显著升高（P0.05,P0.01）；星形胶质细胞肿胀、肥大，突起增多，星形胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein,GFAP）阳性细胞面密度和胞浆平均灰度值均显著性升高（P0.05）。②与CG大鼠比较，EG大鼠海马IL-1β、TNF-αmRNA的表达水平显著性升高（P0.01），且IL-1β、TNF-α的蛋白表达水平也显著升高（P0.01,P0.05）。③与CG大鼠比较，EG大鼠海马内炎症信号通路上特定蛋白JNK、P38MAPK、NF-κB的表达明显升高（P0.05, P0.01），学习记忆相关分子蛋白CAMKⅡ及CREB表达均显著性下降（P0.01）。 结论：运动疲劳导致大鼠学习记忆行为能力明显下降，电生理实验表明，运动疲劳会降低大鼠的场兴奋性突触后电位，影响海马组织细胞的突触可塑性，抑制海马CA1区的E-LTP和L-LTP，提示运动疲劳不仅会导致短时程记忆的下降，而且还会导致长时程记忆的下降。运动疲劳在降低大鼠学习记忆功能的同时还过度激活了大鼠海马内的小胶质细胞和星形胶质细胞，使它们的形态和数量都发生改变并且海马组织中的炎症因子分泌也显著升高，说明运动疲劳可能通过活化脑内的胶质细胞介导神经炎症发生。此外，炎症信号通路上的特定蛋白表达升高，表明由运动疲劳活化的胶质细胞所介导的神经炎症反应参与炎症信号通路的激活过程，并且学习记忆相关蛋白的表达出现下降，这提示神经炎症可能参与运动疲劳损害学习记忆能力的神经调控机制。
【关键词】：运动疲劳 学习记忆 海马 胶质细胞 炎症因子
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R87
【目录】：

• 英文缩略词表3-4
• 摘要4-8
• ABSTRACT8-17
• 第一章 前言17-30
• 1.1 选题的目的及意义17-18
• 1.2 文献综述18-30
• 1.2.1 运动疲劳概述18-19
• 1.2.2 运动疲劳对学习记忆能力的影响19-21
• 1.2.3 运动疲劳损害学习记忆功能的中枢机制研究21-25
• 1.2.4 神经炎症在运动疲劳损害学习记忆功能中的作用机制25-30
• 第二章 材料与方法30-42
• 2.1 实验动物与分组30
• 2.2 运动疲劳模型的建立30-31
• 2.3 行为学测试（Y 迷宫）31-32
• 2.3.1 Y 迷宫自主交替31
• 2.3.2 Y 迷宫空间识别31
• 2.3.3 Y 迷宫主动回避31-32
• 2.4 在体海马场电位记录实验32-33
• 2.4.1 实验试剂和仪器32
• 2.4.2 实验流程32-33
• 2.5 分子生物学实验33-40
• 2.5.1 免疫组织化学染色33-34
• 2.5.2 半定量 PCR34-36
• 2.5.3 酶联免疫吸附试验36-37
• 2.5.4 免疫蛋白印迹37-40
• 2.6 图像采集及数据分析40-42
• 2.6.1 在体海马场电位记录40-41
• 2.6.2 免疫组织化学41
• 2.6.3 半定量 PCR41
• 2.6.4 酶联免疫吸附试验41
• 2.6.5 免疫蛋白印迹41-42
• 第三章 实验结果42-53
• 3.1 运动疲劳降低大鼠 Y 迷宫学习记忆行为能力42-43
• 3.1.1 Y 迷宫自主交替42
• 3.1.2 Y 迷宫空间识别42-43
• 3.1.3 Y 迷宫主动回避43
• 3.2 运动疲劳导致海马 CA1 区 LTP 的抑制43-45
• 3.3 运动疲劳过度活化大鼠海马组织 MG45-47
• 3.3.1 运动疲劳导致 MG 数量增多和染色加深45-46
• 3.3.2 运动疲劳使 MG 的形态发生改变46-47
• 3.4 运动疲劳过度活化大鼠海马组织 AS47-48
• 3.4.1 运动疲劳导致大鼠海马 AS 数量增加和染色加深47-48
• 3.4.2 运动疲劳使 AS 的形态发生改变48
• 3.5 运动疲劳导致海马组织中炎症因子的表达增加48-50
• 3.5.1 半定量 PCR 结果48-49
• 3.5.2 酶联免疫吸附试验结果49-50
• 3.6 运动疲劳激活炎症通路上特定的蛋白分子50-52
• 3.6.1 运动疲劳激活 JNK 蛋白50-51
• 3.6.2 运动疲劳激活 P38MAPK 蛋白51
• 3.6.3 运动疲劳激活 NF-κB 蛋白51-52
• 3.7 运动疲劳降低学习记忆相关分子的表达52-53
• 3.7.1 运动疲劳降低 CAMKⅡ蛋白的表达52
• 3.7.2 运动疲劳降低 CREB 蛋白的表达52-53
• 第四章 讨论53-59
• 4.1 运动疲劳降低大鼠学习记忆行为能力53
• 4.2 运动疲劳导致反应突触可塑性电生理信号 LTP 抑制53-54
• 4.3 运动疲劳过度活化海马内小胶质细胞和星形胶质细胞54-55
• 4.4 运动疲劳促发海马组织发生免疫神经炎症反应55-56
• 4.5 运动疲劳介导的神经炎症反应参与学习记忆下降的神经调控过程56-59
• 第五章 小结59-61
• 参考文献61-70
• 致谢70-71
• 攻读学位期间发表的学术论文目录71

【参考文献】

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本文编号：1005770