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目的:神经细胞的葡萄糖代谢对维护神经系统的功能起着十分重要的作用,而葡萄糖转运是整个葡萄糖代谢过程的关键环节。在负责葡萄糖转运的葡萄糖转运蛋白家庭(GLUTs)中唯有成员GLUT4能够在机体应激状态下担任葡萄糖转运工作,提供机体在应激状态下所需的能量。骨骼肌及心肌细胞尤其是骨骼肌细胞由于运动所致肌细胞收缩时对葡萄糖的应激性需求,其负责供应葡萄糖的机制正是由GLUT4所介导,并且多项研究发现“Ca2+_Ca MK”信号通路能够调控骨骼肌及心肌细胞GLUT4的表达。剧烈的思维活动类似于运动,同样需要消耗大量的葡萄糖,是神经细胞的一种应激性事件,由此推断其可能采用了类似于骨骼肌细胞和心肌细胞相同的机制来负责葡萄糖的转运。本研究通过设计运动应激实验来探讨运动应激是否同样能够引起大鼠海马、小脑细胞GLUT4特异性高表达,并从单一的运动模拟信号——“Caffeine诱导,特异性激活细胞Ca2+信号”实验入手,研究其调控机制。以期为运动改善神经细胞葡萄糖代谢的功能提供理论依据。方法:通过两部分研究设计旨在探讨运动应激是否同样能够引起大鼠海马、小脑细胞GLUT4特异性高表达,并从细胞Ca2+信号入手研究其调控机制。研究一(即第二部分内容),探讨运动应激是否同样能够引起大鼠海马、小脑细胞GLUT4特异性表达。成年雄性SD大鼠32只,通过Morris水迷宫剔除先天学习记忆能力好和差的16只大鼠,剩余16只大鼠(遵循两组逃避潜伏期时间的均值差值最小,独立样本t检验的P值越大越好的原则)分成训练组(SE)和静息组(SC)。SE组采取有规律的5周中等强度游泳训练,而SC组无任何干预自由进食5周。训练结束后,通过Morris水迷宫测SE组和SC组学习记忆能力,一次性力竭游泳运动(负重7%)测各组运动成绩,并利用Western-blotting生物检测技术检测各组大鼠海马、小脑细胞总蛋白GLUT4蛋白表达水平。研究二(即第三部分内容),从单一的运动模拟信号——“Caffeine诱导,特异性激活细胞Ca2+信号”实验入手,研究其调控机制(优点:排除了因运动引起的AMPK信号通路所致细胞GLUT4蛋白高表达的影响)。成年雄性SD大鼠24只,按体重配对分成4组。Caffeine注射2h组(C2)和DMSO注射2h组(D2)在完成注射后2h取材,通过Western-blotting生物检测技术测其海马、小脑细胞总蛋白Ca MKII(Thr286)的磷酸化水平。Caffeine注射24h组(C24)和DMSO注射24h组(D24)在完成注射后26h取材,检测其海马、小脑细胞总蛋白GLUT4蛋白水平。结果:研究一,(1)SC组海马细胞总蛋白GLUT4蛋白水平是SE组的12.42倍(P=0.009<0.01);(2)SC组小脑细胞总蛋白GLUT4蛋白水平是SE组的1.67倍(P=0.014<0.05);(3)SE组运动成绩是SC组的2.54倍(P=0.000<0.01);(4)SE组4天逃避潜伏期的时间与SC组相比(P=0.3>0.05),无统计学意义。结果显示,SC组大鼠海马、小脑细胞总蛋白GLUT4蛋白水平都明显高于SE组,SE组大鼠运动成绩明显高于SC组,且都有统计学意义。研究二,(1)C24组海马细胞总蛋白GLUT4蛋白水平是D24组的1.277倍(P=0.008<0.01);(2)C24组小脑细胞总蛋白GLUT4蛋白水平是D24组的1.4倍(P=0.047<0.05);(3)C2组海马细胞总蛋白Ca MKII(Thr286)的磷酸化水平是D2组的1.491倍(P=0.002<0.01);(4)C2组小脑细胞总蛋白Ca MKII(Thr286)的磷酸化水平是D2组的7.735倍(P=0.006<0.01)。结果显示,C24组大鼠海马、小脑细胞总蛋白GLUT4蛋白水平和C2组大鼠海马、小脑细胞Ca MKII(Thr286)的磷酸化水平都明显高于其对照组D24和D2,且都有统计学意义。结论:(1)与采取5周有规律的中等强度游泳训练的运动适应组相比,一次性力竭游泳运动(负重7%)刺激能够引起未经任何训练组大鼠海马、小脑细胞GLUT4蛋白强烈表达。表明在神经细胞应激性事件中,GLUT4对大鼠海马、小脑细胞应激时所需要的葡萄糖转运同样起关键性作用。(2)通过设计细胞Ca2+信号特异性激活剂Caffeine诱导实验来模拟运动应激实验,检测到C2组大鼠海马、小脑细胞钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶II(Ca MKII)的磷酸化水平与C24组大鼠海马、小脑细胞GLUT4蛋白表达水平都显著性高于其对照组D2和D24。表明在运动模拟信号-“Caffeine”诱导下,“Caffeine-Ca2+-Ca MKII”信号通路在调控大鼠海马、小脑细胞GLUT4蛋白表达过程中是存在的。