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目的大脑葡萄糖代谢减退是AD病理的早期信号,本研究以APP/PS1雄性小鼠为研究对象,探讨12周中等强度跑台运动对小鼠学习记忆能力及大脑葡萄糖代谢的影响。从大脑葡萄糖供应角度,系统研究分析了运动对小鼠海马葡萄糖代谢的影响,以及葡萄糖代谢相关的后续级联影响,如对BACE1表达的影响,对脑内源酮体代谢的影响,对DNA甲基化的影响等,以期从大脑葡萄糖代谢角度解释运动改善AD学习记忆能力的相关分子机制。方法分组:将3月龄的APP/PS1小鼠48只及wild type型(WT)小鼠48只分别随机分组,即APP/PS1小鼠分为AD安静组(即ADC组)和AD运动组(即ADE组),WT小鼠分为安静组(即WTC组)和运动组(即WTE组),每组24只,各组均按相同的标准进行正常饲养。运动方案:对于两个运动组小鼠每天进行45min的中等强度跑台运动干预,两个安静对照组每天相同时间段内置于静止跑台45min,持续干预12周。行为学及影像学实验:于运动干预结束后,即第13周进行为期一周的Morris水迷宫实验,检测小鼠学习记忆能力。之后进行一天的PET/CT实验,活体检测小鼠大脑葡萄糖代谢情况。取材及分子生物学实验:随后过夜禁食12h,次日进行取材。每组取6只小鼠行心脏灌注,用10%的水合乙醛(3.5ml/kg.体重)进行腹腔注射麻醉,待小鼠麻醉后进行心脏灌注,先用氯化钠(0.9%)溶液灌注,洗去器官里面的血液,灌注至肝脏呈现白色时,改用多聚甲醛溶液(4%)进行灌注,待小鼠身体变硬僵直后,取大脑并放入相同浓度的多聚甲醛溶液进行浸泡固定,制石蜡切片进行免疫组织化学实验,以检测海马区Aβ沉积情况。其余小鼠摘除眼球取血后,脱颈法处死,分离海马用以后续ELISA实验、RT-qPCR实验和Western Blot实验。ELISA实验检测外周血及海马β-OHB含量、海马ATP、AMP、SAM、SAH含量。RT-qPCR和Western Blot实验用于检测相关基因的mRNA水平及蛋白表达水平,具体包括葡萄糖代谢相关指标:GLUT1、GLUT3、HK1、PDH、p-PDH、α-KGDH、LDHA、LDHB等,线粒体相关指标:mfn1、mfn2、OPA1、Drp1、COXIV、ATP synthetase等;AMPK-BACE1通路相关指标:AMPK、p-AMPK、Sirt1、PPARγ、PGC1α、BACE1等;酮体代谢相关指标:MCT1、MCT2、MCT4、MBP、c-PLA2、SCOT等;DNA甲基化相关指标:DNMT1、DNMT3a、DNMT3b等。结果(1)与WTC组相比,ADC组小鼠水迷宫实验中学习记忆相关指标均表现出显著性变化(p<0.05),12周跑台运动可逆转以上改变,具体表现为,与ADC组相比,ADE组APP/PS1小鼠水迷宫实验中的潜伏期缩短,在平台象限区域游泳时间百分比、路程百分比均提高,穿越平台次数增加,变化均具有统计学意义(p<0.05)。(2)与WTC组相比,ADC组小鼠葡萄糖代谢相关指标表现出显著性变化,12周跑台可逆转以上改变(p<0.05),具体表现为,与ADC组相比,ADE组APP/PS1小鼠海马葡萄糖关键转运载体基因GLUT1、GLUT3表达上调,葡萄糖代谢关键酶基因HK1、α-KGDH表达上调,PDH、LDHA、LDHB基因表达下调;p-PDH水平增高,线粒体融合基因mfn1、mfn2表达上调,线粒体分裂基因Drp1表达下调,线粒体发生基因PGC1α表达上调,线粒体氧化磷酸化及ATP合成关键基因COXIV、ATP synthetase表达上调,海马内能源物质ATP含量增加,变化均具有统计学意义(p<0.05)。(3)与WTC组相比,ADC组小鼠AMPK-BACE1通路相关基因表达表现出显著性变化(p<0.05),12周跑台运动可逆转上述改变,具体表现为,与ADC组相比,ADE组APP/PS1小鼠海马p-AMPK、Sirt1、PPARγ、PGC1α表达上调,海马BACE1表达下调,海马区Aβ沉积量减少,变化均具有统计学意义(p<0.05)。(4)与WTC组相比,ADC组小鼠海马酮体代谢相关指标表现出显著性差异(p<0.05),12周跑台运动可逆转上述改变,具体表现为:与ADC组相比,ADE组小鼠外周血清β-OHB含量增高,海马β-OHB含量下降,海马酮体转运载体基因MCT1、MCT2、MCT4表达下调;髓鞘碱性蛋白基因MBP表达上调,髓鞘磷脂降解酶基因c-PLA2表达下调,酮体代谢关键催化酶基因SCOT表达下调,变化均具有统计学意义(p<0.05)。(5)与WTC组相比,ADC组小鼠海马DNA甲基化关键指标表现出显著性变化(p<0.05),12周跑台运动逆转上述改变,具体表现为:与ADC组相比,ADE组APP/PS1小鼠海马SAM含量增加,SAH含量降低,SAM/SAH比值增加,小鼠海马内DNA甲基化关键转移酶基因DNMT1、DNMT3a、DNMT3b的表达增加,变化均具有统计学意义(p<0.05)。结论(1)6月龄APP/PS1小鼠学习、记忆能力降低;12周跑台运动可改善APP/PS1小鼠学习、记忆能力。(2)6月龄APP/PS1小鼠海马葡萄糖代谢能力下降;12周跑台运动可增强APP/PS1小鼠海马葡萄糖代谢能力,维持大脑能量代谢稳态。(3)6月龄APP/PS1小鼠海马AMPK-BACE1通路异常,BACE1表达增高,Aβ沉积增多;12周跑台运动可改善APP/PS1小鼠海马AMPK-BACE1通路,下调BACE1,降低表达脑内Aβ沉积。(4)6月龄APP/PS1小鼠海马内源酮体代谢作用增强,髓鞘完整性下降;12周跑台运动可抑制APP/PS1小鼠海马内源酮体代谢,维持神经髓鞘磷脂结构完整性。(5)6月龄APP/PS1小鼠海马DNA甲基化关键指标下调;12周跑台运动可上调APP/PS1小鼠海马DNA甲基化关键指标,维持DNA甲基化水平。