運(yùn)動(dòng)疲勞損害大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的神經(jīng)炎癥機(jī)制研究.pdf

1、目的:在日常訓(xùn)練和比賽中，運(yùn)動(dòng)員經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)疲勞，繼而伴隨著運(yùn)動(dòng)技能和比賽成績(jī)的下降。大量的研究表明，運(yùn)動(dòng)疲勞會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能活動(dòng)如學(xué)習(xí)、記憶、情緒等方面產(chǎn)生負(fù)面影響。學(xué)習(xí)記憶功能是大腦主要的高級(jí)神經(jīng)功能活動(dòng)，是從事體育運(yùn)動(dòng)的重要生理基礎(chǔ)。在各類(lèi)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，無(wú)論是一個(gè)技術(shù)動(dòng)作還是連貫完整運(yùn)動(dòng)技能的習(xí)得、鞏固與應(yīng)用，都是在大腦學(xué)習(xí)記憶功能執(zhí)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，其中任何微小的偏差，都將大幅降低運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力和技術(shù)水平，嚴(yán)重影響訓(xùn)練

2、效果和比賽成績(jī)。因此，研究運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)學(xué)習(xí)記憶能力造成的影響是很有必要的。目前，運(yùn)動(dòng)疲勞導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶功能下降的現(xiàn)象已得到證實(shí)，但其作用機(jī)制尚不明確。有研究表明運(yùn)動(dòng)疲勞應(yīng)激會(huì)通過(guò)激活下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)（hypothalamic pituitary adrenal，HPA）軸和交感神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致腦內(nèi)的免疫細(xì)胞（主要是指小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞）的激活并分泌大量的炎癥因子（如白介素1β、腫瘤壞死因子α等），引發(fā)神經(jīng)炎癥。近期神經(jīng)病理學(xué)研究

3、表明，由膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥會(huì)致使學(xué)習(xí)記憶能力下降。而運(yùn)動(dòng)疲勞作為一種典型的應(yīng)激原，是否能夠通過(guò)大量激活腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞并引發(fā)神經(jīng)炎癥以及神經(jīng)炎癥是否參與了運(yùn)動(dòng)疲勞所致學(xué)習(xí)記憶功能下降的神經(jīng)調(diào)控過(guò)程還鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本研究從行為學(xué)、電生理及分子生物學(xué)三個(gè)層次出發(fā)，觀察運(yùn)動(dòng)疲勞后大鼠海馬區(qū)膠質(zhì)細(xì)胞活化狀態(tài)的變化，分析炎癥因子的分泌以及炎癥因子信號(hào)通路上蛋白的表達(dá)變化，探討由膠質(zhì)活化介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥是否參與運(yùn)動(dòng)疲勞損害學(xué)習(xí)記憶功

4、能的神經(jīng)調(diào)控，旨在為運(yùn)動(dòng)疲勞損害大腦認(rèn)知功能提供新的解釋?zhuān)瑫r(shí)也為開(kāi)發(fā)研制抗疲勞靶向藥物、提高運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技能力和比賽成績(jī)提供重要的理論依據(jù)。
　　方法:雄性SD大鼠，體重200±20g，隨機(jī)分為對(duì)照組(Control group，CG)和運(yùn)動(dòng)疲勞組(exercise-induced fatigue group，EG)。其中，EG大鼠進(jìn)行7天反復(fù)力竭跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，負(fù)荷分為三級(jí)，第Ⅰ級(jí)以8.2 m/min的速度跑15 min，第Ⅱ級(jí)以

5、15 m/min的速度跑15 min，第Ⅲ級(jí)以20m/min的速度跑至力竭。CG動(dòng)物不進(jìn)行任何跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)，正常飼養(yǎng)。建立大鼠運(yùn)動(dòng)疲勞模型后，采用Y迷宮行為學(xué)實(shí)驗(yàn)（包括Y迷宮自主交替、Y迷宮空間識(shí)別、Y迷宮主動(dòng)回避）檢測(cè)大鼠的學(xué)習(xí)記憶行為能力變化;隨后使用在體電生理方法記錄海馬CA1區(qū)突觸長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，LTP)的變化;最后采用分子生物學(xué)技術(shù)觀察分析:①免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)疲勞后大鼠海馬小膠

6、質(zhì)細(xì)胞(microglia，MG)和星形膠質(zhì)細(xì)胞(astrocyte，AS)數(shù)量及形態(tài)的表達(dá)變化;②半定量PCR結(jié)合酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)測(cè)試海馬組織中炎癥因子即白介素1β(interleukin1 beta，IL-1β)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis fatctor-alpha，TNF-α)蛋白及mRNA水平的表達(dá)變化;③免疫蛋白印跡檢測(cè)炎癥信號(hào)通路上特定蛋白c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kina

7、se，JNK)、P38分裂原激活的蛋白激酶(P38 mitogenactivated protein kinase，P38MAPK)、核轉(zhuǎn)錄因子-kappaB(nucleartranscription factor kappaB，NF-κB)的表達(dá)變化;以及檢測(cè)學(xué)習(xí)記憶相關(guān)分子蛋白-鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin-dependent proteinkinase-Ⅱ，CAMKⅡ)和環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(

8、cAMP-response elementbinding protein，CREB)的表達(dá)變化。數(shù)據(jù)采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SEM)表示。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件SPSS18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兩組間的差異比較采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，P＜0.05表示兩組間有顯著差異;P＜0.01表示兩組間有非常顯著性差異。
　　結(jié)果:
　　1、Y迷宮行為學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，在自主交替測(cè)試中，EG大鼠較CG大鼠的自主交替率顯著下降(P＜0.01）;空

9、間識(shí)別實(shí)驗(yàn)表明， EG大鼠在新異臂停留的時(shí)間明顯縮短，穿梭次數(shù)顯著下降(P＜0.01），并且EG大鼠在新異臂停留的時(shí)間也明顯短于起始臂及其他臂(P＜0.05）;主動(dòng)回避測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EG大鼠的主動(dòng)回避錯(cuò)誤次數(shù)、辨別錯(cuò)誤次數(shù)和訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果均顯著高于CG(P＜0.05，P＜0.01)，而記憶正確次數(shù)則顯著低于CG(P＜0.01)。
　　2.在體電生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與CG大鼠比較，EG大鼠海馬的E-LTP和L-LTP場(chǎng)興奮性突觸后電

10、位（field excitatory postsynaptic potentials，fEPSP）的平均斜率均顯著性降低(P＜0.01)。
　　3.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:①與CG大鼠比較，EG大鼠海馬小膠質(zhì)細(xì)胞體積較大、胞體變圓、突起增多并且染色變深，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析陽(yáng)性細(xì)胞面積和染色消減灰度值均顯著升高(P＜0.05，P＜0.01);星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹、肥大，突起增多，星形膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidi

11、c protein，GFAP）陽(yáng)性細(xì)胞面密度和胞漿平均灰度值均顯著性升高（P＜0.05）。②與CG大鼠比較，EG大鼠海馬IL-1β、TNF-α mRNA的表達(dá)水平顯著性升高(P＜0.01)，且IL-1β、TNF-α的蛋白表達(dá)水平也顯著升高(P＜0.01，P＜0.05)。③與CG大鼠比較，EG大鼠海馬內(nèi)炎癥信號(hào)通路上特定蛋白JNK、P38MAPK、NF-κB的表達(dá)明顯升高(P＜0.05，P＜0.01)，學(xué)習(xí)記憶相關(guān)分子蛋白CAMKⅡ及CR

12、EB表達(dá)均顯著性下降（P＜0.0J1）。
　　結(jié)論:運(yùn)動(dòng)疲勞導(dǎo)致大鼠學(xué)習(xí)記憶行為能力明顯下降，電生理實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)動(dòng)疲勞會(huì)降低大鼠的場(chǎng)興奮性突觸后電位，影響海馬組織細(xì)胞的突觸可塑性，抑制海馬CA1區(qū)的E-LTP和L-LTP，提示運(yùn)動(dòng)疲勞不僅會(huì)導(dǎo)致短時(shí)程記憶的下降，而且還會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)程記憶的下降。運(yùn)動(dòng)疲勞在降低大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的同時(shí)還過(guò)度激活了大鼠海馬內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，使它們的形態(tài)和數(shù)量都發(fā)生改變并且海馬組織中的炎癥因子分泌