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背景:阿尔茨海默症(alzheimer disease,AD)是最常见的神经退行性疾病,由神经应激导致认知和记忆功能紊乱,最终导致细胞死亡。大量遗传学,细胞生物学,生物化学及动物研究均表明β淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)在AD病理,神经和认知功能障碍的发展过程中起关键作用。研究证实细胞内Aβ沉积是AD的早期症状,Aβ引起的线粒体毒性作用是会使脑内氧化应激增强、抗氧化能力减弱,最终导致线粒体功能障碍与细胞死亡。脑内氧化应激增强、抗氧化能力减弱,以及线粒体功能障碍会进一步使Aβ沉积,由此形成恶性循环。大量研究发现,运动这一非药物方式对AD具有预防及治疗作用,而运动预防AD发生与发展的具体分子机制尚未完全明确。研究表明运动可减少AD小鼠海马内氧化应激水平,提高AD小鼠海马内线粒体功能及线粒体生物发生,而运动对Aβ引起的线粒体毒性的影响以及Aβ引起的线粒体毒性与线粒体生物发生的是否相关的研究鲜有报道。因此,关于运动对Aβ引起的线粒体毒性和AD小鼠海马内线粒体生物发生的影响的研究需要进一步深入。目的:本研究通过对3月龄的APP/PS1雄性小鼠进行为期12周的跑台运动干预,观测运动是否能减少由Aβ引起的线粒体毒性,观察运动对AD小鼠海马内线粒体生物发生的影响,从而探讨运动对由Aβ引起的线粒体毒性的影响是否涉及线粒体生物发生改变,旨在为运动预防AD的发生发展提供新的思路。方法:将3月龄的APP/PS1(transgenic type,TG)雄性小鼠18只及野生型(wild type,WT)雄性小鼠18只分别随机分为两组,即把APP/PS1小鼠分为AD安静组(即TG-SED组,n=9)和AD运动组(即TG-EXE组,n=9),将WT小鼠分为安静组(即WT-SED组,n=9)和运动组(即WT-EXE组,n=9)。将WT-EXE组和TG-EXE组小鼠进行为期12周的跑台运动,12周跑台训练周期结束后,四组小鼠各组选出3只小鼠全身麻醉后进行心脏灌注清洗,随后进行心脏灌注固定。取出海马组织,并在海马CA1区切取组织用以制作电镜标本,观测各组小鼠海马线粒体形态。各组剩余6只全身麻醉后眼球取血并断头处死,迅速取出双侧海马组织并低温保存。后期进行Elisa实验检测各组小鼠海马内Aβ40,Aβ42水平和ROS含量,通过Real-time PCR实验检测各组小鼠海马内mt DNA数量,通过Western Blot技术检测线粒体生物发生调节蛋白AMPK、SIRT1、PGC-1α、NRF1、NRF2、TFAM、抗氧化蛋白Mn SOD和线粒体定量蛋白TOM20的蛋白表达水平。结果:(1)运动降低APP/PS1转基因小鼠海马内Aβ40与Aβ42水平:通过Elisa技术观测小鼠海马内Aβ40与Aβ42水平,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内Aβ40(P<0.001)与Aβ42(P<0.01)水平显著提高;与TG-SED组相比,TG-EXE组小鼠海马内Aβ40(P<0.001)与Aβ42(P<0.05)水平显著降低。(2)运动可改善APP/PS1转基因小鼠海马内线粒体形态:通过透射电子显微镜技术观测各组小鼠海马CA1区线粒体形态,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内线粒体形态异常;与TG-SED组相比,TG-EXE组小鼠海马CA1区线粒体形态有所改善。(3)运动降低APP/PS1转基因小鼠海马内氧化应激并提高抗氧化能力:通过Elisa技术观测小鼠海马内氧化应激水平,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内ROS水平显著提高(P<0.001);与TG-SED组相比,TG-EXE组小鼠海马内ROS水平显著降低(P<0.01)。通过Western Blot技术观测小鼠海马内抗氧化酶Mn SOD蛋白表达水平,用以检测小鼠海马内抗氧化能力,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内抗氧化能力减弱(P<0.05);与TG-SED组相比,TG-EXE组小鼠海马内抗氧化能力增强(P<0.05)。(4)运动增强APP/PS1小鼠海马内线粒体生物发生:使用Western Blot技术观测小鼠海马内线粒体生物发生调节因子AMPK、SIRT1、PGC-1α、NRF1、NRF2与TFAM的蛋白表达水平,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内线粒体生物发生相关蛋白AMPK(P<0.05)、SIRT1(P<0.05)、PGC-1α(P<0.05)、NRF1(P<0.05)、NRF2(P<0.05)与TFAM(P<0.05)水平均有下调;与WT-SED组小鼠相比,WT-EXE组小鼠海马内线粒体生物发生相关蛋白AMPK(P<0.05)、SIRT1(P<0.05)、PGC-1α(P=0.01)、NRF1(P<0.05)、NRF2(P<0.05)与TFAM(P<0.05)水平均有上调;与TG-SED组相比,TG-EXE组小鼠海马内海马内线粒体生物发生相关蛋白AMPK(P<0.001)、SIRT1(P<0.01)、PGC-1α(P=0.001)、NRF1(P<0.001)、NRF2(P<0.01)与TFAM(P=0.05)水平均有上调。(5)运动增加APP/PS1小鼠海马内mt DNA数量和线粒体数量:通过Real-time PCR技术观测小鼠海马内mt DNA数量,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内mt DNA数量减少(P<0.05);与WT-SED组小鼠相比,WT-EXE组小鼠海马内mt DNA数量显著增加(P<0.001);与TG-SED组小鼠相比,TG-EXE组小鼠海马内mt DNA数量显著增加(P<0.001)。通过Western Blot技术观测小鼠海马内线粒体标记蛋白TOM20表达水平,发现与WT-SED组小鼠相比,TG-SED组小鼠海马内线粒体数量减少(P<0.05);与TG-SED组小鼠相比,TG-EXE组小鼠海马内线粒体数量增加(P<0.05)。结论:运动可通过改善线粒体形态,降低AD小鼠海马内氧化应激水平,提高海马内抗氧化能力,从而达到抵抗Aβ线粒体毒性的作用。其具体机制可能与运动上调线粒体生物发生水平,增加小鼠海马内mt DNA数量与线粒体数量,最终使AD小鼠海马内线粒体“质”与“量”提高,从而达到抵抗Aβ线粒体毒性的作用,这为运动预防AD的发生与发展提供了新的思路。