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帕金森病(Parkinson’sDisease,PD)是一种典型的中枢神经系统退行性疾病,其临床症状主要表现为静止性震颤、肌张力增加以及自主活动减少等行为功能障碍。中脑黑质致密部多巴胺(dopamine,DA)能神经元的变性缺失导致的纹状体DA含量显著降低以及路易小体(lewy body)的出现是其最主要的病理性表现。DA能系统功能降低会进一步引起皮层-纹状体谷氨酸(glutamate,Glu)能通路的过度激活,Glu释放增加引发兴奋性毒作用,进而导致脑内神经递质DA/Glu失衡和基底神经节环路功能紊乱。皮层-纹状体Glu能通路存在由内源性大麻素系统(endocannabinoid system,e CBs)介导的突触可塑性,与Glu的释放有直接关系。本实验室前期研究发现,运动可促进纹状体神经元结构与功能可塑性,抑制皮层-纹状体通路Glu过度传导,降低Glu的兴奋性毒作用,进而改善PD模型大鼠的行为功能障碍。由前期研究推测,皮层-纹状体运动控制通路的突触可塑性是运动改善PD模型小鼠行为功能的重要作用的神经生物学基础,e CBs在其中扮演重要角色。研究目的:通过观察PD模型小鼠的皮层-纹状体通路中由e CBs介导的长时程抑制(long-term depression,LTD)(e CB-LTD)的变化,揭示运动干预对皮层-纹状体通路突触可塑性的影响,探讨运动干预改善PD模型小鼠行为功能障碍的神经生物学机制,为运动康复在PD临床治疗中的进一步推广提供科学依据。研究方法:选用4-5周龄清洁级雄性C57BL/6小鼠,随机分为4组:假手术安静组(Control)、假手术运动组(Control+Ex)、PD安静组(PD)和PD运动组(PD+Ex)。采用纹状体不同位置的两点注射6-羟基多巴胺(6-OHDA)建立PD小鼠模型,Control组及Control+Ex组在相同注射点给予同等剂量生理盐水。小鼠在术后第7天腹腔注射阿扑吗啡(apomorphine,APO)进行旋转行为测试,以30min内向健侧旋转与损伤侧旋转圈数的差值大于120圈作为判断PD模型小鼠成功标准;利用免疫组化染色技术检测纹状体酪氨酸羟化酶(tyrosinehydroxylase,TH)的表达验证PD模型小鼠多巴胺(dopamine,DA)能神经元损伤程度;Control+Ex组与PD+Ex组小鼠在术后第8天开始进行跑台训练,训练共持续4周,每周5天(周一至周五训练,周六日休息),每天40 min,速度为18 m/min。各组小鼠在第-1/0/1/2/3/4周采用旷场试验进行自主活动行为测试;采用离体脑片场电位技术刺激诱导皮层-纹状体通路LTD,并通过加入CB1的拮抗剂与激动剂共同验证是否是由e CBs介导的LTD。研究结果:(1)APO诱导的旋转试验结果显示,在造模后第7天PD模型小鼠在30min内的净旋转次数均大于120转,而Control组小鼠不存在明显旋转现象,成模率约为65%。(2)免疫组化结果显示,PD组小鼠的纹状体DA损耗约为70%。(3)旷场试验结果显示,PD+Ex组的运动距离、平均速度及休息时间等指标较PD组均有显著改善(P<0.01),且具有随干预时间延长而效果明显的趋势。(4)离体脑片场电位实验结果显示,运用高频刺激诱导的PD模型小鼠皮层-纹状体通路兴奋性突触后电位(f EPSP)幅度无显著变化,无法诱导出LTD;与PD组相比,PD+Ex组诱导的f EPSP幅度有明显下降(P<0.01),可成功诱导出LTD;Control组与Control+Ex组均可诱导出LTD(P<0.01)。当Control组加入CB1拮抗剂AM251,高频刺激后f EPSP幅度无明显改变,无法诱导出LTD;而当PD组加入CB1激动剂WIN55,212,高频刺激后f EPSP幅度出现明显下降(P<0.01),可诱导出LTD。研究结论:(1)本研究采用纹状体两点注射6-OHDA药物的方法成功建立偏侧PD小鼠模型,经APO诱导旋转实验和纹状体TH染色验证,符合PD病理模型的要求。(2)PD模型小鼠存在自主活动能力减弱等行为功能障碍,4周跑台运动干预可以改善PD模型小鼠的自主活动行为,且运动干预对PD模型小鼠自主活动行为的改善作用存在时间依赖性。(3)PD模型小鼠皮层-纹状体通路由e CBs介导的突触可塑性即eCB-LTD受损,4周跑台运动干预可以重塑皮层-纹状体通路e CB-LTD。提示:运动干预改善PD模型小鼠的行为功能障碍机制可能与重塑皮层-纹状体通路eCB-LTD有关。