论文部分内容阅读
摘要：目的：研究8周游泳训练对大鼠学习记忆能力和海马、纹状体内BDNFmRNA表达的影响。方法：36只雄性SD大鼠，随机分为安静对照组(n=18)和运动训练组(n=18)。训练组大鼠进行8周无负重游泳训练，每周6次，每次60 min。训练结束后，采用Morris水迷宫法检测游泳训练对大鼠学习记忆能力的影响，采用RTPCR法检测游泳训练后大鼠海马、纹状体BDNFmRNA表达的变化。结果：8周游泳训练后，训练组大鼠海马及纹状体内BDNFmRNA表达均有显著增加，分别上调38%、14%，同时水迷宫测得训练组大鼠学习记忆能力增强。结论：8周游泳训练可以提高大鼠的学习记忆能力，这可能与游泳训练显著上调了大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA的表达有关。
关键词：游泳训练；学习记忆；海马；纹状体； 脑源性神经营养因子
中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612(2007)10-1352-03
近年来的研究发现，适宜的运动对学习记忆能力有一定的促进作用［1-2］，但是对其分子机制却并不明了。最近的研究发现，在神经元生长过程中起重要作用的脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)，可能在大脑的可塑性过程中起关键性作用，特别是在与学习记忆有关的海马和纹状体中，BDNF可能参与了突触功能和可塑性的调控［3］。本文以大鼠为实验对象，研究长期运动训练对大鼠学习记忆能力的影响，并从BDNF基因表达的角度探讨其可能机制。
1材料与方法
1.1动物分组及训练模型雄性2月龄SD大鼠36只，体重(284.0±12.8)g，由上海市药品检验所提供，常规分笼饲养（每笼4只）。国家标准啮齿类动物饲料喂养，自由饮食饮水。动物饲养环境：室温(23±1)℃，湿度85%，自然光照。
实验前，随机将大鼠分为安静对照组（C组，n=18）和运动训练组（T组，n=18）。所有大鼠进行3次适应性游泳训练，每次30 min。随后，T组开始8周无负重游泳训练，每周6次，每次60 min，游泳训练池为180 cm×60 cm×80 cm，水温(30±1)℃。在第八周最后一次训练结束后，将T组大鼠随机分为Ta组（即训练迷宫组，n=10）和Tb组（即训练生化组，n=8），同时，C组也随机分为Ca组（即安静迷宫组，n=10）和Cb组（即安静生化组，n=8）。Ta组和Ca组用于水迷宫的学习记忆能力测试，Tb组和Cb组用于基因指标测试。
1.2行为学实验程序Ta组和Ca组大鼠在第9周采用Morris水迷宫［4］测试其学习记忆能力，测试分两部分：1） 定位航行实验( place navigation)：共5 d。实验前1 d, 将大鼠放入不放平台的水池中自由游泳2 min, 让其熟悉水迷宫环境。平台放入第一象限中央，每天分上午和下午两个时间段进行大鼠的训练和测试，每个时间段测试3次，分别从固定的入水点将大鼠面向池壁放入水池, 电脑记录大鼠找到并爬上平台所需的时间，即潜伏期(latency)。若大鼠在120 s 内找不到平台，则由实验者将其引上平台，逃避潜伏期计为120 s。每次测试间隔60 s，让大鼠在平台上休息。2） 空间探索实验( spatial probe test )：实验在第6 d进行，撤走池内平台，将大鼠从原入水点面向池壁放入池中，通过系统记录并分析大鼠在120 s 内的游泳轨迹,计算出大鼠在平台象限中游泳路程和时间占总游泳路程和时间的百分比。
1.3样本采集Tb组大鼠在第八周最后一次运动结束之后即刻断头处死，Cb组与Tb组大鼠同时断头处死，两组交替进行。按文献的方法［5］迅速取其纹状体、海马，所有操作均在冰上操作，将取出的纹状体、海马放入冻存管中，迅速置入液氮中保存，待测。
1.4总RNA提取取冻存组织分别置于玻璃匀浆器中，加1 mL Trizol，匀浆充分，采用Trizol法提取海马和纹状体总RNA，将总RNA作适当稀释后，根据OD260/OD280光密度比值作定量分析。定量公式：RNA浓度（μg/mL）=OD260值×40×稀释倍数（本实验为400倍）。
1.5逆转录反应逆转录体系（总体积20 μL）包括：DEPC水与2 μg总RNA共8 μL, RNA酶抑制剂(50 U/μL)0.5 μL，5×buffer4 μL,10mMdNTP2 μL,0.1 mMDTT2 μL,随机引物(50 pM/μL) 0.5 μL，M-MLV逆转录酶（200 U/μL ）1 μL。37℃水浴反应1 h，90℃处理10 min灭活逆转录酶。PCR反应组成如下：灭菌水34.5 μL，MgCl2(TaKaRa) 5 μL，10×buffer (TaKaRa) 5 μl，10 mM dNTP1 μL，Primer(up 50 pM/μL) 1 μL，Primer(down 50 pM/μL) 1 μL,反转录产物2 μL, Taq酶(5 U/μL)0.6 μL。以看家基因3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）作为内参，PCR时各指标的退火温度以及循环数来自预实验，退火温度具体如下：（A程序结束后直接进行B程序）A程序（降落PCR）:a.94℃ 2 min,b.94℃ 30 s,c.61℃～57℃ 45 s,d.72℃ 1 min(注：其中b,c,d三个步骤持续20个循环。C步为降落PCR，每个循环降低0.2℃);B程序:a.94℃ 30 s,b.57℃ 45 s,c.72℃ 1 min,d.72℃ 6 min(注：其中a,b,c,三个步骤持续20个循环) 所用引物由上海赛百胜生物公司合成，序列为：BDNF: 上游 5'-CCA TGA AAG AAG CAA ACG TC-3'
下游 5'-CAG CAG AAA GAG CAG AGG AG-3'GAPDH:上游5'-ACC ACA GTC CAT GCC ATC AC-3'
下游5'-TCC ACC ACC CTG TTG CTG TA-3'电泳分析结果：取扩增产物10 μL，上样于1.5%琼脂糖凝胶（内含0.5 μg/mL溴化乙锭），在TBE缓冲液中，电泳时间30 min，电压90 V，凝胶成像系统观察电泳结果并在紫外光下观察照相。结果计算：凝胶电泳结束后用凝胶成像系统拍照并进行电泳条带净面积分析。标本靶基因条带净面积参数与内参基因（GAPDH）条带的净面积参数之比值作为该标本mRNA的表达水平参数。
1.6数据处理所得数据应用SPSS11.0统计软件进行统计分析，两组间采用双侧t检验，并进行显著性分析。
2结果
2.1定位航行实验结果如表1和图1所示，在迷宫测试的第一天和第二天，Ta组和Ca组大鼠的潜伏期无显著差异。在第三天和第四天，Ta组大鼠的潜伏期极显著低于Ca组的大鼠（P<0.01）。在第五天，Ta组大鼠的潜伏期显著低于Ca组的大鼠（P<0.05）。
Ta组与Ca组比较，*表示：P<0.05; **表示：P<0.012.2空间搜索实验结果如表2所示，在第六天的空间搜索实验中，Ta组大鼠的平台象限时间百分比大于Ca组大鼠，而Ta组大鼠在平台象限的游泳路程百分比显著大于Ca组大鼠(p<0.05)。
2.3游泳训练对大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA表达的影响如表3和图2所示，与Cb组相比较，8周游泳训练之后，Tb组大鼠海马内BDNFmRNA表达有显著增加（P<0.05），其均数上调38%。与Cb组相比较，8周游泳运动训练之后，Tb组大鼠纹状体内BDNFmRNA表达比C组有显著增加（P<0.05），其均数上调14%。
3讨论
Morris水迷宫广泛地运用在脑科学的研究中，是较为理想的测定动物空间学习记忆能力的实验方法［4］。本实验显示，从第二天开始，Ta组大鼠的潜伏期均比Ca组大鼠短，学习成绩优于Ca组，其中在第三和第四天Ta组大鼠的潜伏期与Ca组大鼠相比呈极显著性差异（P<0.01），同样，第五天也呈显著性差异（P<0.05）。当撤去平台后，Ta组大鼠在平台象限的游泳路程显著性的大于Ca组大鼠，这表明运动训练组大鼠对平台位置的记忆保持力好于安静组的大鼠。故综合定位航行实验和空间搜索实验结果，说明游泳训练使训练组大鼠的学习记忆能力得到提高。
海马在学习和记忆过程中起着重要作用，损毁海马影响动物的空间记忆，同样纹状体也与学习记忆过程密切相关，研究显示纹状体边缘区含有大量与学习记忆功能有关的物质，其神经投射也与多个学习记忆相关脑区相联系［6］。最近的研究发现与学习记忆相关脑区BDNF基因表达的增加对于学习记忆过程具有重要的意义，Thomas等［7］运用原位细胞杂交融合技术的研究表明，海马依赖的情景学习过程迅速并选择性诱导大鼠海马CA1区BDNF的基因表达。另有研究报道［8］敲除或阻断BDNF基因，可阻断LTP，LTP是学习记忆的神经基础，这种阻断作用在注射重组BDNF或过表达BDNF时得到纠正。那么BDNF是通过怎样的作用途径促进学习记忆的呢？有报道认为BDNF对学习记忆的促进作用可能是由于BDNF易化了某些学习记忆相关神经递质的合成和释放，提高了突触的传递效能［9］。除此之外，BDNF作为一种神经营养因子其本身对神经元突触的生成和结构的调节功能也有助于学习记忆过程。
我们的实验显示，经过长期游泳训练，Ta组大鼠海马BDNFmRNA表达量比Ca组显著性增加；同样，在纹状体内Ta组BDNFmRNA表达量也显著多于Ca组。这提示，适宜的运动训练同样可以促进脑内BDNFmRNA的表达，进而有益于学习记忆能力。国外已有少量关于运动与BDNF的报道，但他们多采用了跑轮运动，如Neeper等［10］的实验发现1周的跑轮运动即可显著增加大鼠海马和新皮层BDNF mRNA的水平，他们认为运动引起的这些与学习记忆相关的脑区BDNF的变化对包括学习记忆在内的认知功能起重要作用。Paul等［1］研究了大鼠跑轮运动1、3、5、7、14、28 d后BDNFmRNA的表达，发现从实验的第一天开始整个实验过程中BDNF mRNA的表达均显著增加，BDNF含量在运动4周后显著增加，并用Mirros水迷宫测试发现3周的运动增强了大鼠的学习记忆能力，表明运动以一种时间依赖的方式调节BDNF诱导，并且这也可能是改进中枢神经系统神经营养调节作用的方式。
本实验表明，8周的游泳训练促使大鼠脑内海马、纹状体BDNFmRNA表达量增加，从而促进了学习记忆能力。但是，目前有关有氧运动可增强BDNFmRNA 和蛋白表达的机制尚不清楚。另有研究发现，运动导致BDNF 表达的增强与去甲肾上腺素和5-羟色胺等神经递质有关，长期跑轮运动能增加海马等部分脑区和脊髓的去甲肾上腺素分泌［11］；还能增加5-羟色胺的释放和代谢［12］，增加的神经递质很可能通过引起脑内第二信使cAMP的增加，从而激活了对其有依赖性的蛋白激酶，并与蛋白激酶A(PKA)的调控亚基结合而释放能转移到细胞核的催化亚基，同时使CREB在特异的氨基酸（Ser-133）上磷酸化，促使CREB与另一个蛋白质结合，形成CREB-结合蛋白。CREB在Ser-133的磷酸化以及它与CREB-结合蛋白质的联合能够易化基本的转录机制，从而激活受CREB调控的基因。有研究表明，BDNF是CREB调节的靶基因［13］还为BDNF启动子的激活转录因子补体所调控［14］，通过诱导增强转录因子CREB的磷酸化从而使海马中BDNF的表达［15］。因CREB的修饰被认为是信号传输的中心环节，参与海马依赖的长时记忆的形成，故运动训练很可能就是通过这一途径诱导BDNF的表达从而促进学习记忆。
4小结
长期适宜的游泳训练可以提高大鼠的学习记忆能力，并能显著性的上调大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA的表达。运动引起的大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA表达的增加是运动促进学习记忆能力的可能机制之一。
参考文献：
［1］ Paul A A, Victoria M P, Christie E C, et al. The timecourse of induction of brain-drived neurotrophic factor mRNA and protein in the rat hippocampus following voluntary exercise［J］.Neurosci,2004,363(1):43-48.
［2］ Nazan Uysal, Kazim Tugyan, Berkant Muammer Kayatekin, et al. The effects of regular aerobic exercise in adolescent period on hippocampal neuron density, apoptosis and spatial memory［J］.Neuroscience Letters,2005:383：241-245.
［3］ McAllister AK,Katz LC, Lo DC. Neurotrophins and synaptic plasticity［C］.Annual Review of Neuroscience ,1999,22: 295-318.
［4］ Morris R.G..M,Garrud P,Rawlines J.N.P,et al. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions［J］.Nature,1982,297:681-683.
［5］ 包新民, 舒斯云.大鼠脑立体定位图谱［M］.北京：人民卫生出版社,1991:35-86.
［6］ 常铉,舒斯云,包新民等。PKA-CREB信号通路在大鼠纹状体边缘区及海马空间学习记忆过程中的作用［J］.中国临床康复，2005，9（1）：39-41.
［7］ Hall J, Thomas KL, Everitt B J. Rapid and selective induction of BDNF expression in the hippocampus during contextual learning［J］.Nature Neuroscience,2000,3:533-555.
［8］ S. Vaynman,Z. Ying and F.Gomez-Pinilla. Interplay between brain-derived neurotrophic factor and signal transduction modulators in the regulation of the effects of exercise on synaptic-plasticity［J］. Neuroscience,2003,122: 647-657.
［9］ Yamada K, Mizuno M, Nabeshima T. Role for brain-derived neurotrophic factor in learning and memory［J］.Life Sciences,2002,70:735-744.
［10］ Neeper SA, Gomez-Pinilla F, Choi J, et al. Physical activity increases mRNA for brain-derived neurotrophic factor and nerve growth factor in rat brain［J］.Brain Res 1996, 726: 49-56.
［11］ Dunn AL , Reigle TG, Youngstedt SD ,et al. Brain norepinephrine and metabolites after treadmill training and wheel running in rats ［J ］ . Med Sci Sports Exerc , 1996,28(2):204-209.
［12］ Meeusen R, Thorre K, Chaouloff F , et al. Effects of tryptophan and/or acute running on extracell-ular 5-HT and 5-HIAA levels in the hippocampus of food deprived rats［J］.Brain Res,1996,740(122):245-252.
［13］ Tao X, Finkbeiner S, Arnold DB, Shaywotz AJ, et al. Ca2+ influx regulates BDNF transcription by CREB family transcription factor-dependent mechanism. Neuron［J］,1998,20(4):709-726.
［14］ West AE, Chen WG, Dalva MB, et al. Calcium regulation of neuronal gene expression ［J］. Colloquium, 2001, 98(20):11024.
［15］ Young D, Lawlor PA, Leone P, et al. Environmental enrichment inhibits spontaneous apoptosis, prevents seizures and is neuroprotective ［J］.Nature medicine, 1999, 5:448.第30卷第10期
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
关键词：游泳训练；学习记忆；海马；纹状体； 脑源性神经营养因子
中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612(2007)10-1352-03
近年来的研究发现，适宜的运动对学习记忆能力有一定的促进作用［1-2］，但是对其分子机制却并不明了。最近的研究发现，在神经元生长过程中起重要作用的脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)，可能在大脑的可塑性过程中起关键性作用，特别是在与学习记忆有关的海马和纹状体中，BDNF可能参与了突触功能和可塑性的调控［3］。本文以大鼠为实验对象，研究长期运动训练对大鼠学习记忆能力的影响，并从BDNF基因表达的角度探讨其可能机制。
1材料与方法
1.1动物分组及训练模型雄性2月龄SD大鼠36只，体重(284.0±12.8)g，由上海市药品检验所提供，常规分笼饲养（每笼4只）。国家标准啮齿类动物饲料喂养，自由饮食饮水。动物饲养环境：室温(23±1)℃，湿度85%，自然光照。
实验前，随机将大鼠分为安静对照组（C组，n=18）和运动训练组（T组，n=18）。所有大鼠进行3次适应性游泳训练，每次30 min。随后，T组开始8周无负重游泳训练，每周6次，每次60 min，游泳训练池为180 cm×60 cm×80 cm，水温(30±1)℃。在第八周最后一次训练结束后，将T组大鼠随机分为Ta组（即训练迷宫组，n=10）和Tb组（即训练生化组，n=8），同时，C组也随机分为Ca组（即安静迷宫组，n=10）和Cb组（即安静生化组，n=8）。Ta组和Ca组用于水迷宫的学习记忆能力测试，Tb组和Cb组用于基因指标测试。
1.2行为学实验程序Ta组和Ca组大鼠在第9周采用Morris水迷宫［4］测试其学习记忆能力，测试分两部分：1） 定位航行实验( place navigation)：共5 d。实验前1 d, 将大鼠放入不放平台的水池中自由游泳2 min, 让其熟悉水迷宫环境。平台放入第一象限中央，每天分上午和下午两个时间段进行大鼠的训练和测试，每个时间段测试3次，分别从固定的入水点将大鼠面向池壁放入水池, 电脑记录大鼠找到并爬上平台所需的时间，即潜伏期(latency)。若大鼠在120 s 内找不到平台，则由实验者将其引上平台，逃避潜伏期计为120 s。每次测试间隔60 s，让大鼠在平台上休息。2） 空间探索实验( spatial probe test )：实验在第6 d进行，撤走池内平台，将大鼠从原入水点面向池壁放入池中，通过系统记录并分析大鼠在120 s 内的游泳轨迹,计算出大鼠在平台象限中游泳路程和时间占总游泳路程和时间的百分比。
1.3样本采集Tb组大鼠在第八周最后一次运动结束之后即刻断头处死，Cb组与Tb组大鼠同时断头处死，两组交替进行。按文献的方法［5］迅速取其纹状体、海马，所有操作均在冰上操作，将取出的纹状体、海马放入冻存管中，迅速置入液氮中保存，待测。
1.4总RNA提取取冻存组织分别置于玻璃匀浆器中，加1 mL Trizol，匀浆充分，采用Trizol法提取海马和纹状体总RNA，将总RNA作适当稀释后，根据OD260/OD280光密度比值作定量分析。定量公式：RNA浓度（μg/mL）=OD260值×40×稀释倍数（本实验为400倍）。
1.5逆转录反应逆转录体系（总体积20 μL）包括：DEPC水与2 μg总RNA共8 μL, RNA酶抑制剂(50 U/μL)0.5 μL，5×buffer4 μL,10mMdNTP2 μL,0.1 mMDTT2 μL,随机引物(50 pM/μL) 0.5 μL，M-MLV逆转录酶（200 U/μL ）1 μL。37℃水浴反应1 h，90℃处理10 min灭活逆转录酶。PCR反应组成如下：灭菌水34.5 μL，MgCl2(TaKaRa) 5 μL，10×buffer (TaKaRa) 5 μl，10 mM dNTP1 μL，Primer(up 50 pM/μL) 1 μL，Primer(down 50 pM/μL) 1 μL,反转录产物2 μL, Taq酶(5 U/μL)0.6 μL。以看家基因3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）作为内参，PCR时各指标的退火温度以及循环数来自预实验，退火温度具体如下：（A程序结束后直接进行B程序）A程序（降落PCR）:a.94℃ 2 min,b.94℃ 30 s,c.61℃～57℃ 45 s,d.72℃ 1 min(注：其中b,c,d三个步骤持续20个循环。C步为降落PCR，每个循环降低0.2℃);B程序:a.94℃ 30 s,b.57℃ 45 s,c.72℃ 1 min,d.72℃ 6 min(注：其中a,b,c,三个步骤持续20个循环) 所用引物由上海赛百胜生物公司合成，序列为：BDNF: 上游 5'-CCA TGA AAG AAG CAA ACG TC-3'
下游 5'-CAG CAG AAA GAG CAG AGG AG-3'GAPDH:上游5'-ACC ACA GTC CAT GCC ATC AC-3'
下游5'-TCC ACC ACC CTG TTG CTG TA-3'电泳分析结果：取扩增产物10 μL，上样于1.5%琼脂糖凝胶（内含0.5 μg/mL溴化乙锭），在TBE缓冲液中，电泳时间30 min，电压90 V，凝胶成像系统观察电泳结果并在紫外光下观察照相。结果计算：凝胶电泳结束后用凝胶成像系统拍照并进行电泳条带净面积分析。标本靶基因条带净面积参数与内参基因（GAPDH）条带的净面积参数之比值作为该标本mRNA的表达水平参数。
1.6数据处理所得数据应用SPSS11.0统计软件进行统计分析，两组间采用双侧t检验，并进行显著性分析。
2结果
2.1定位航行实验结果如表1和图1所示，在迷宫测试的第一天和第二天，Ta组和Ca组大鼠的潜伏期无显著差异。在第三天和第四天，Ta组大鼠的潜伏期极显著低于Ca组的大鼠（P<0.01）。在第五天，Ta组大鼠的潜伏期显著低于Ca组的大鼠（P<0.05）。
Ta组与Ca组比较，*表示：P<0.05; **表示：P<0.012.2空间搜索实验结果如表2所示，在第六天的空间搜索实验中，Ta组大鼠的平台象限时间百分比大于Ca组大鼠，而Ta组大鼠在平台象限的游泳路程百分比显著大于Ca组大鼠(p<0.05)。
2.3游泳训练对大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA表达的影响如表3和图2所示，与Cb组相比较，8周游泳训练之后，Tb组大鼠海马内BDNFmRNA表达有显著增加（P<0.05），其均数上调38%。与Cb组相比较，8周游泳运动训练之后，Tb组大鼠纹状体内BDNFmRNA表达比C组有显著增加（P<0.05），其均数上调14%。
3讨论
Morris水迷宫广泛地运用在脑科学的研究中，是较为理想的测定动物空间学习记忆能力的实验方法［4］。本实验显示，从第二天开始，Ta组大鼠的潜伏期均比Ca组大鼠短，学习成绩优于Ca组，其中在第三和第四天Ta组大鼠的潜伏期与Ca组大鼠相比呈极显著性差异（P<0.01），同样，第五天也呈显著性差异（P<0.05）。当撤去平台后，Ta组大鼠在平台象限的游泳路程显著性的大于Ca组大鼠，这表明运动训练组大鼠对平台位置的记忆保持力好于安静组的大鼠。故综合定位航行实验和空间搜索实验结果，说明游泳训练使训练组大鼠的学习记忆能力得到提高。
海马在学习和记忆过程中起着重要作用，损毁海马影响动物的空间记忆，同样纹状体也与学习记忆过程密切相关，研究显示纹状体边缘区含有大量与学习记忆功能有关的物质，其神经投射也与多个学习记忆相关脑区相联系［6］。最近的研究发现与学习记忆相关脑区BDNF基因表达的增加对于学习记忆过程具有重要的意义，Thomas等［7］运用原位细胞杂交融合技术的研究表明，海马依赖的情景学习过程迅速并选择性诱导大鼠海马CA1区BDNF的基因表达。另有研究报道［8］敲除或阻断BDNF基因，可阻断LTP，LTP是学习记忆的神经基础，这种阻断作用在注射重组BDNF或过表达BDNF时得到纠正。那么BDNF是通过怎样的作用途径促进学习记忆的呢？有报道认为BDNF对学习记忆的促进作用可能是由于BDNF易化了某些学习记忆相关神经递质的合成和释放，提高了突触的传递效能［9］。除此之外，BDNF作为一种神经营养因子其本身对神经元突触的生成和结构的调节功能也有助于学习记忆过程。
我们的实验显示，经过长期游泳训练，Ta组大鼠海马BDNFmRNA表达量比Ca组显著性增加；同样，在纹状体内Ta组BDNFmRNA表达量也显著多于Ca组。这提示，适宜的运动训练同样可以促进脑内BDNFmRNA的表达，进而有益于学习记忆能力。国外已有少量关于运动与BDNF的报道，但他们多采用了跑轮运动，如Neeper等［10］的实验发现1周的跑轮运动即可显著增加大鼠海马和新皮层BDNF mRNA的水平，他们认为运动引起的这些与学习记忆相关的脑区BDNF的变化对包括学习记忆在内的认知功能起重要作用。Paul等［1］研究了大鼠跑轮运动1、3、5、7、14、28 d后BDNFmRNA的表达，发现从实验的第一天开始整个实验过程中BDNF mRNA的表达均显著增加，BDNF含量在运动4周后显著增加，并用Mirros水迷宫测试发现3周的运动增强了大鼠的学习记忆能力，表明运动以一种时间依赖的方式调节BDNF诱导，并且这也可能是改进中枢神经系统神经营养调节作用的方式。
本实验表明，8周的游泳训练促使大鼠脑内海马、纹状体BDNFmRNA表达量增加，从而促进了学习记忆能力。但是，目前有关有氧运动可增强BDNFmRNA 和蛋白表达的机制尚不清楚。另有研究发现，运动导致BDNF 表达的增强与去甲肾上腺素和5-羟色胺等神经递质有关，长期跑轮运动能增加海马等部分脑区和脊髓的去甲肾上腺素分泌［11］；还能增加5-羟色胺的释放和代谢［12］，增加的神经递质很可能通过引起脑内第二信使cAMP的增加，从而激活了对其有依赖性的蛋白激酶，并与蛋白激酶A(PKA)的调控亚基结合而释放能转移到细胞核的催化亚基，同时使CREB在特异的氨基酸（Ser-133）上磷酸化，促使CREB与另一个蛋白质结合，形成CREB-结合蛋白。CREB在Ser-133的磷酸化以及它与CREB-结合蛋白质的联合能够易化基本的转录机制，从而激活受CREB调控的基因。有研究表明，BDNF是CREB调节的靶基因［13］还为BDNF启动子的激活转录因子补体所调控［14］，通过诱导增强转录因子CREB的磷酸化从而使海马中BDNF的表达［15］。因CREB的修饰被认为是信号传输的中心环节，参与海马依赖的长时记忆的形成，故运动训练很可能就是通过这一途径诱导BDNF的表达从而促进学习记忆。
4小结
长期适宜的游泳训练可以提高大鼠的学习记忆能力，并能显著性的上调大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA的表达。运动引起的大鼠海马、纹状体内BDNFmRNA表达的增加是运动促进学习记忆能力的可能机制之一。
参考文献：
［1］ Paul A A, Victoria M P, Christie E C, et al. The timecourse of induction of brain-drived neurotrophic factor mRNA and protein in the rat hippocampus following voluntary exercise［J］.Neurosci,2004,363(1):43-48.
［2］ Nazan Uysal, Kazim Tugyan, Berkant Muammer Kayatekin, et al. The effects of regular aerobic exercise in adolescent period on hippocampal neuron density, apoptosis and spatial memory［J］.Neuroscience Letters,2005:383：241-245.
［3］ McAllister AK,Katz LC, Lo DC. Neurotrophins and synaptic plasticity［C］.Annual Review of Neuroscience ,1999,22: 295-318.
［4］ Morris R.G..M,Garrud P,Rawlines J.N.P,et al. Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions［J］.Nature,1982,297:681-683.
［5］ 包新民, 舒斯云.大鼠脑立体定位图谱［M］.北京：人民卫生出版社,1991:35-86.
［6］ 常铉,舒斯云,包新民等。PKA-CREB信号通路在大鼠纹状体边缘区及海马空间学习记忆过程中的作用［J］.中国临床康复，2005，9（1）：39-41.
［7］ Hall J, Thomas KL, Everitt B J. Rapid and selective induction of BDNF expression in the hippocampus during contextual learning［J］.Nature Neuroscience,2000,3:533-555.
［8］ S. Vaynman,Z. Ying and F.Gomez-Pinilla. Interplay between brain-derived neurotrophic factor and signal transduction modulators in the regulation of the effects of exercise on synaptic-plasticity［J］. Neuroscience,2003,122: 647-657.
［9］ Yamada K, Mizuno M, Nabeshima T. Role for brain-derived neurotrophic factor in learning and memory［J］.Life Sciences,2002,70:735-744.
［10］ Neeper SA, Gomez-Pinilla F, Choi J, et al. Physical activity increases mRNA for brain-derived neurotrophic factor and nerve growth factor in rat brain［J］.Brain Res 1996, 726: 49-56.
［11］ Dunn AL , Reigle TG, Youngstedt SD ,et al. Brain norepinephrine and metabolites after treadmill training and wheel running in rats ［J ］ . Med Sci Sports Exerc , 1996,28(2):204-209.
［12］ Meeusen R, Thorre K, Chaouloff F , et al. Effects of tryptophan and/or acute running on extracell-ular 5-HT and 5-HIAA levels in the hippocampus of food deprived rats［J］.Brain Res,1996,740(122):245-252.
［13］ Tao X, Finkbeiner S, Arnold DB, Shaywotz AJ, et al. Ca2+ influx regulates BDNF transcription by CREB family transcription factor-dependent mechanism. Neuron［J］,1998,20(4):709-726.
［14］ West AE, Chen WG, Dalva MB, et al. Calcium regulation of neuronal gene expression ［J］. Colloquium, 2001, 98(20):11024.
［15］ Young D, Lawlor PA, Leone P, et al. Environmental enrichment inhibits spontaneous apoptosis, prevents seizures and is neuroprotective ［J］.Nature medicine, 1999, 5:448.第30卷第10期
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”