研究背景：阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是主要发生于老年期和老年前期的神经退行性疾病,其主要病理特征是脑认知功能障碍,如学习和记忆能力的下降、言语和方向感的迷失等。AD的发病不仅严重损害着患者的心理和身体健康,而且给家庭和社会增加了沉重的经济负担。近几十年间,围绕AD的预防和治疗而展开了大量的研究,但AD的发病仍然未能得到控制。因此,预防或缓解AD的研究具有重要的意义。研究证实,体育运动这种既经济又环保的手段不仅能够促进躯体的健康,而且能够促进脑功能的可塑性。同时,运动还能够促进机体某些病理性损伤的恢复,缓解脑神经系统的病理变化。人体试验研究表明,运动能够促进人类脑认知机能的提高,降低AD的患病风险；动物实验也证实,运动训练能够在一定程度上缓解AD实验动物学习记忆能力的降低以及部分AD的病理变化,但运动对AD影响的确切机制仍不清楚,本研究正是基于此而进行的设计。研究目的：本研究以APP/PS1转基因AD小鼠为研究对象,从3月龄时给予16周的自主跑轮运动,探讨跑轮运动对APP/PS1转基因小鼠空间学习记忆能力和海马p-淀粉样蛋白(β-amyloid, Aβ)沉积水平、运动对海马Ap的生成和降解的影响,以期阐释自主跑轮运动在调节APP/PS1转基因AD小鼠学习记忆能力和Aβ沉积过程中的可能机制。研究方法：将APP/PS1转基因雄性小鼠34只随机分为转基因运动组(transgenic exercise group, TE, n=17)和转基因对照组(transgenic control group, TC, n=17);同样,将正常C57BL/6野生型小鼠34只也随机分为野生型运动组(wild-type exercise group, E,n=17)和野生型对照组(wild-type control group, C, n=17)。其中,TE组和E组小鼠除给予正常饮食和饮水之外,为其提供16周的跑轮运动干预实验。运动干预结束后的第17周,采用Morris水迷宫行为学实验,检测各组小鼠的学习记忆能力。水迷宫测试24小时后,将各组小鼠麻醉断头处死,根据实验设计取出脑组织冻存于-80度冰箱,待测。采用实时荧光定量RT-PCR实验检测各组小鼠海马BDNF、NGF、IGF-1、ADAM9、 ADAM10、ADAM17、BACE1、PS1、NEP、IDE、ACE、MMP9、ECE、Plasmin、LRP-1、 RAGE等的基因转录水平；采用Western blot实验检测各组小鼠海马APP、ADAM10、 BACE1、PS1、Aβ40、Aβ42、NEP、IDE、ACE、MMP9、LRP-1和RAGE等的蛋白表达水平；采用免疫组织化学实验检测各组小鼠海马Aβ沉积水平；采用刚果红染色实验观察各组小鼠海马老年斑的分布情况。研究结果：(1)与野生型小鼠相比,APP/PS1转基因对照组小鼠Morris水迷宫的游泳潜伏期和总路程均显著性增加,而在平台象限游泳的时间百分比、路程百分比和穿越平台次数等均显著性降低；与之相比较,16周的跑轮运动显著性下调了APP/PS1转基因运动组小鼠水迷宫的游泳潜伏期和总路程,显著性上调了APP/PS1转基因运动组小鼠在平台象限游泳的时间百分比与路程百分比,以及穿越平台次数。(2)与野生型小鼠相比,APP/PS1转基因对照组小鼠海马神经因子营养因子BDNF和神经生长因子NGF、IGF-1的基因转录水平显著性下调；与之相比较,16周的跑轮运动显著性上调了APP/PS1转基因运动组小鼠海马BDNF、NGF和IGF-1的基因转录水平。(3)与野生型小鼠相比,APP/PS1转基因对照组小鼠海马APP、PS1和BACE1的表达水平均显著性增加,而ADAM10与ADAM17的表达水平则显著性降低；与之相比较,16周的跑轮运动显著性抑制了APP/PS1转基因运动组小鼠海马APP、PS1和BACE1等的基因表达水平,显著性上调了APP/PS1转基因运动组小鼠海马ADAM10和ADAM17的基因表达水平。(4)与野生型小鼠相比,APP/PS1转基因对照组小鼠海马Aβ降解酶NEP、IDE、ACE和MMP9等的基因表达水平均显著性降低；与之相比较,16周的跑轮运动显著性上调了APP/PS1转基因小鼠海马Aβ降解酶NEP、IDE、ACE和MMP9等的基因表达水平。(5)与野生型小鼠相比,APP/PS1转基因对照组小鼠海马Aβ转运出脑的LRP-1的表达水平显著减少,而Aβ转运入脑的RAGE的表达水平显著增加；与之相比较,16周的跑轮运动显著性上调了APP/PS1转基因小鼠海马LRP-1的基因转录和蛋白表达水平,但16周的运动仅下调了RAGE的基因转录水平,而对RAGE蛋白表达水平的调节作用并不具有显著性。(6)与野生型小鼠相比,APP/PS1转基因对照组小鼠海马Aβ40和Aβ42的蛋白表达水平均显著性增加,海马Aβ的沉积水平和老年斑的聚积也明显增多；与之相比较,16周的跑轮运动显著性下调了APP/PS1转基因小鼠海马Aβ340和Aβ42的蛋白表达水平,同时16周的跑轮运动显著性下调了APP/PSI转基因AD运动组小鼠海马的Aβ沉积水平与老年斑的聚积。研究结论：(1)APP/PS1转基因AD小鼠的空间学习记忆能力显著性下降,16周的跑轮运动可显著性改善APP/PS1转基因AD小鼠的空间学习记忆能力。(2)APP/PS1转基因AD小鼠海马神经营养因子和神经生长因子的表达水平显著性降低,16周的跑轮运动上调了APP/PS1转基因AD小鼠海马神经因子的表达水平。(3)APP/PS1转基因AD小鼠海马内APP经淀粉样蛋白途径水解产生Aβ沉积的β-分泌酶表达水平显著性增加,而APP经非淀粉样蛋白途径水解不产生Ap沉积的α-分泌酶表达水平则显著性降低。16周的跑轮运动通过上调APP/PS1转基因AD小鼠海马ò-分泌酶表达水平,下调p-分泌酶表达水平,抑制APP的淀粉样蛋白生成途径,进而降低了APP/PS1转基因AD小鼠海马Ap的生成。(4) APP/PS1转基因AD小鼠海马Aβ清除相关降解酶和Aβ转运出脑的转运蛋白的表达水平显著性降低,导致其海马内淀粉样斑块的显著性增多。16周的跑轮运动通过上调APP/PS1转基因AD小鼠海马Aβ降解酶和Aβ转运出脑的转运蛋白的表达水平,增加了其海马Ap的清除,进而抑制了APP/PS1转基因AD小鼠海马的Ap沉积及其聚积而形成老年斑的水平。