本文關(guān)鍵詞：有氧運動改善阿爾茨海默病大鼠認知功能損害的中樞免疫機制的研究

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【摘要】：目的:阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一種復(fù)雜的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,并且發(fā)病率與年齡呈正相關(guān)。學習記憶能力減退和認知功能下降是AD主要的臨床表現(xiàn)。AD典型的病理特征有以β淀粉樣蛋白(Amyloid protein,Aβ)過度沉積形成的老年斑和tau蛋白過度磷酸化所造成的神經(jīng)纖維纏結(jié)。其中,Aβ的神經(jīng)毒性作用已經(jīng)得到了廣泛的認可,Aβ的大量沉積不僅能夠引發(fā)神經(jīng)元的凋亡,并且可以通過激活膠質(zhì)細胞從而引起腦內(nèi)炎癥反應(yīng)。而腦內(nèi)的炎癥反應(yīng)反過來也能促使Aβ進一步表達,從而造成病理狀態(tài)下的惡性循環(huán)。目前關(guān)于AD的發(fā)病機制還不能確定,沒有一種假說可以全面的闡述AD,并且有效治療AD的藥物和手段還沒有出現(xiàn)。所以對于AD的早期預(yù)防則顯得尤其重要。有氧運動不僅僅是一種良好的鍛煉方式而且對大腦的發(fā)育起到非常有益的作用。越來越多的研究證實,有氧運動可以增強腦功能、促進神經(jīng)元的再生和抑制神經(jīng)細胞的凋亡,并對學習記憶有著重要的改善作用。有研究表明,有氧運動可以減少Aβ的產(chǎn)生和炎癥因子的釋放,但是關(guān)于有氧運動和AD的研究尚處于早期階段,并且具體的作用機制還不明確。因此本實驗將從行為學檢測和分子生物學技術(shù)兩個方向出發(fā),觀察有氧運動對Aβ誘導的AD模型大鼠學習記憶能力的改善。同時通過對外周血炎癥因子及與mapk信號通路相關(guān)蛋白的測定,來觀察有氧運動對aβ誘導的機體炎癥反應(yīng)是否能夠產(chǎn)生抑制作用。本研究旨在為有氧運動作為防治ad的手段提供更堅實的理論基礎(chǔ),同時為延緩ad的發(fā)病進程,降低ad的發(fā)病率提供新的思路。方法:雄性sd大鼠2月齡,體重200±20g,隨機分為對照組(control)、運動組(running)、ad模型組(aβ1-42)和運動治療組(aβ1-42/running)。四組大鼠全部進行埋管手術(shù)。其中對照組和ad模型組正常飼養(yǎng),不進行跑臺訓練。待大鼠完成手術(shù)恢復(fù)后,運動組和運動治療組同時進行為期四周的有氧運動跑臺訓練,大鼠每周訓練5天,休息2天,跑臺的坡度為0°。兩組大鼠在前兩周均以10m/min的速度跑2個15min,每隔15min休息5min,第3周以15m/min的速度跑3個15min,每隔15min休息5min,第4周以15m/min的速度跑4個15min,每隔15min休息5min。前兩周的有氧訓練結(jié)束后,每天向?qū)φ战M和運動組大鼠套管中注射與aβ1-42同等體積的生理鹽水,為期兩周;每天向ad模型組和運動治療組大鼠側(cè)腦室注射250pmol的aβ1-42,為期兩周,建立大鼠的ad模型。模型建立完成后,采用morris水迷宮實驗(morriswatermaze,mwm)觀察各組大鼠的空間學習和記憶能力的改變。然后采用分子生物學技術(shù)分析:①酶聯(lián)免疫吸附實驗檢測各組大鼠外周血液中炎性細胞因子腫瘤壞死因子α(tumornecrosisfatctor-alpha,tnf-α)和白介素1β(interleukin1beta,il-1β)的表達含量;②免疫蛋白印記實驗檢測mapk信號通路上特定蛋白: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細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellularregulatedproteinkinases,erk)的磷酸化水平以及總蛋白表達變化。數(shù)據(jù)按照均數(shù)±標準誤(mean±sem)表示。運用sigmaplot11.0軟件對所有實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析并作圖,p0.05表示有顯著性差異,p0.01表示有非常顯著性差異。結(jié)果:1、①morris水迷宮定位航行實驗結(jié)果顯示,伴隨著大鼠游泳天數(shù)的遞增,各組大鼠尋找水下隱藏平臺的潛伏期與游泳總距離也出現(xiàn)顯著減少。從大鼠游泳訓練第1~5天,通過aβ建立的ad模型組大鼠與對照組相比,尋找水下隱藏平臺的潛伏期和游泳總距離均出現(xiàn)顯著增加(p0.01),表明ad模型組大鼠的學習記憶能力減退。對比ad模型組與運動治療組發(fā)現(xiàn),在第1~5天,運動治療組的逃避潛伏期明顯低于ad模型組(p0.05)。在第1~4天,運動治療組的游泳總距離顯著低于ad模型組(p0.05)。說明有氧運動可以改善aβ誘導的學習記憶功能損害,并具有保護作用。②把隱藏平臺去除,進行空間探索實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),ad模型組在原隱藏平臺所在象限的游泳時間與總游泳時間的百分比與對照組相比出現(xiàn)顯著的下降(p0.01)。并且ad模型組大鼠在原隱藏平臺所在象限的游泳距離與總距離的百分比與對照組相比也出現(xiàn)顯著的下降(p0.01),說明aβ組的大鼠表現(xiàn)出了顯著的空間記憶障礙。而單純的有氧運動組與對照相比不論從時間百分比還是距離百分比上,其在原平臺象限的活動百分比均未出現(xiàn)顯著性差異(p0.05),說明單純的有氧運動并不能直接增強海馬依賴的空間參考記憶的鞏固。而運動治療組大鼠無論是時間還是距離上所占的百分比與ad模型組相比都出現(xiàn)顯著性提高(p0.01)。這一結(jié)果表明,aβ可以誘導大鼠空間參考記憶的丟失,而有氧運動能夠改善這一損傷。③可視平臺實驗結(jié)果顯示,將平臺露出水面1~2cm,各組大鼠找到平臺所用的時間無顯著性差異(p0.05),各組大鼠的游泳速度也無顯著性差異(p0.05)。從而排除了大鼠視力及其運動能力對前期實驗結(jié)果的干擾。2、酶聯(lián)免疫吸附實驗結(jié)果顯示,通過檢測大鼠外周血中tnf-α和il-1β的表達含量發(fā)現(xiàn),單純的有氧運動組與空白對照組中tnf-α或是il-1β這兩種炎性因子并未出現(xiàn)顯著性差異(tnf-α,p=0.746;il-1β,p=0.883),這一結(jié)果說明單純的有氧運動并不能對外周血中的炎癥因子造成任何影響。ad模型組大鼠與對照組相比外周血中tnf-α與il-1β的含量明顯增多(p0.01)。而運動治療組的兩種炎性因子的含量均顯著低于ad模型組(p0.05)。這一結(jié)果表示,aβ影響了機體的免疫功能從而導致了外周炎癥因子在外周血中的表達含量升高,而有氧運動能夠緩解aβ誘導的外周血液炎癥因子表達的上調(diào)。3、通過westernblot免疫蛋白印跡的方法測定mapk信號通路相關(guān)蛋白:erk蛋白,p38mapk蛋白和jnk蛋白的磷酸化水平以及總蛋白表達變化。①對erk蛋白測定后發(fā)現(xiàn),ad模型組erk蛋白磷酸化水平與總erk蛋白的比值與對照組相比出現(xiàn)非常顯著的下降(p0.01)。而運動治療組erk蛋白的磷酸化水平與ad模型組相比出現(xiàn)顯著的上升(p0.05),說明了aβ引發(fā)erk蛋白活性的抑制,而有氧運動阻止了aβ引起的erk蛋白活性抑制。通過erk總蛋白與β-actin的對比我們發(fā)現(xiàn)各組的總蛋白水平并沒有顯著的改變(p0.05),說明aβ和有氧運動都是通過erk的磷酸化對細胞活性進行調(diào)控并未影響到erk總蛋白的表達。②對p38mapk蛋白測定后發(fā)現(xiàn),ad模型組的p38蛋白磷酸化水平與總p38蛋白的比值與對照組相比顯著上升(p0.05)。運動治療組磷酸化p38蛋白的水平與ad模型組相比出現(xiàn)非常顯著的下降(p0.01),說明了aβ引起p38蛋白的激活,而有氧運動阻止了p38蛋白的過度激活。通過p38總蛋白與β-actin的對比我們發(fā)現(xiàn)各組的總蛋白水平并沒有顯著的改變(p0.05),說明aβ和有氧運動都是通過p38的磷酸化對細胞活性進行調(diào)控并未影響到p38總蛋白的表達。③對jnk蛋白測定后發(fā)現(xiàn),ad模型組jnk蛋白的磷酸化水平與對照組相比出現(xiàn)非常顯著的升高(p0.01)。運動治療組jnk磷酸化水平與ad模型組相比顯著下降(p0.05)。然而我們發(fā)現(xiàn)運動治療組與對照組相比jnk磷酸化水平仍有非常顯著的升高(p0.01),說明了aβ引起jnk蛋白的激活,而有氧運動阻止了jnk蛋白的過度激活。通過jnk總蛋白與β-actin的對比我們發(fā)現(xiàn)各組的總蛋白水平并沒有顯著的改變(p0.05),說明aβ和有氧運動都是通過jnk的磷酸化對細胞活性進行調(diào)控并未影響到j(luò)nk總蛋白的表達。結(jié)論:aβ能夠引起ad模型組大鼠的空間學習記憶能力出現(xiàn)明顯的損傷,而有氧運動則可以很好的改善這種損傷。aβ能夠引起外周血液中tnf-α和il-1β這兩種炎癥因子的含量升高,而有氧運動可以降低這兩種炎癥因子的表達含量。而炎癥因子的表達升高必然伴隨腦內(nèi)炎癥相關(guān)信號p38/jnk蛋白的表達升高,從而導致神經(jīng)元損傷以及認知功能障礙。aβ引起的大鼠空間認知功能損傷的機制可能是由P38/JNK兩種信號因子的過度磷酸化和ERK磷酸化水平的降低造成的,而有氧運動可以改善Aβ引起的P38/JNK兩種信號因子的過度磷酸化,同時也阻止了ERK磷酸化水平的降低。說明有氧運動能夠通過調(diào)節(jié)不同MAPK類激酶來改善Aβ引起的炎癥反應(yīng),起到神經(jīng)保護作用以及改善認知功能的作用。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：G804.2

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本文編號：1178511