早期跑台运动通过调控海马TREM2缓解AD大鼠神经元突触损伤和识别记忆能力障碍

【作者】 张琳琳； 刘燕中； 刘一平；

【机构】 河南师范大学体育学院； 福建师范大学体育科学学院运动与健康福建省高等学校重点实验室；

【摘要】 研究目的:研究表明阿尔兹海默症(AD)发生发展进程中,异常聚集的Aβ可通过小胶质细胞2型髓样细胞触发受体(Triggering receptor expressed on myeloid cells,TREM2)导致小胶质细胞功能异常,进一步影响神经元损伤是AD发生的重要机制。此外,人体和动物研究均已证实有氧运动明显缓解脑损伤和中枢神经退行性疾病导致的认知功能障碍,如脑缺血、阿尔兹海默症等,然而,有氧运动改善AD认知功能障碍是否与TREM2有关尚无相关研究报道。因此,本课题旨在探讨早期跑台运动对Aβ触发级联反应引起阿尔兹海默症神经元突触损伤中的作用,为运动裨益阿尔兹海默症脑功能和预防高高风险人群患病提供一定依据。研究方法:实验一:42只雄性SD大鼠随机分为对照组(C组,n=13)、AD组(AD组,n=13)、运动AD组(Exe-AD组,n=13)和运动空白组(Exe组,n=13)。Exe-AD组和Exe组大鼠接受早期跑台运动干预,60min/天,5d/周,共4周;C组和Exe组大鼠在鼠笼里面自由饲养,无任何运动干预。运动结束后,Exe-AD和AD组大鼠通过一次性单侧脑室注射Aβ1-42蛋白进行AD模型。21天后通过新物体识别实验评价各组大鼠的识别记忆能力。行为学实验结束后,将各组大鼠灌流取脑并分离海马脑区,进行后续相关检测,包括:应用Western Blot检测海马脑区TREM2蛋白表达情况。应用高尔基染色观察海马神经元树突复杂性和树突棘密度;透射电镜观察海马突触超微结构;Western Blot检测突触相关蛋白的表达水平,如囊泡整合蛋白、突触前膜阵列蛋白、突触后膜标记蛋白以及在突触生长和神经递质释放等方面起直接调节作用的生长相关蛋白43;最后采用微透析技术取得海马脑区细胞外液,并利用液相色谱检测脑区细胞外液中多巴胺、谷氨酸和γ-氨基丁酸三种神经递质水平。实验二:33只雄性SD大鼠随机分为运动AD组(Exe-AD,n=11),AAV-Control+运动AD组(AAV-Control+Exe-AD,n=11)和AAV-TREM2+运动AD组(AAV-TREM2+Exe-AD,n=11)。AAV-TREM2+运动AD组大鼠通过脑定位注射CD68启动子的TREM2低表达腺相关病毒下调海马脑区小胶质细胞TREM2水平,AAV-Control+运动AD组则注射对照病毒。待海马小胶质细胞TREM2低表达模型构建成功后,各组大鼠均接受4周的跑台运动干预和3周的AD造模。最后,各组大鼠进行行为学实验和后续相关检测(同实验一)。研究结果:(1)大鼠发生AD后其变化主要表现在:与对照组相比,AD组大鼠在探索新物体5min和24后的识别记忆能力均发生显著障碍(P<0.05)。高尔基染色结果表明:与对照组相比,AD组神经元树突在距离神经元胞体70μm到210μm位置的树突分支数量显著下降(P<0.05,同时树突棘数量也显著下降(P<0.05)。透射电镜结果表明:与对照组相比,AD后大鼠海马脑区突触数量、突触前神经元内囊泡数量和突触后膜致密物减少,突触连接结构紊乱。Western blot结果表明:与对照组相比,AD组大鼠海马脑区囊泡整合蛋白、突触前膜阵列蛋白、突触后膜标记蛋白和生长相关蛋白43四种突触相关蛋白表达显著下降(P<0.01)。微透析-液相色谱结果表明:与对照组相比,AD组大鼠海马脑区细胞外液中多巴胺、谷氨酸和γ-氨基丁酸三种神经递质水平显著下降(P<0.01)。(2)有氧运动对AD大鼠的影响主要体现在以下方面:(1)与AD组相比,运动AD组大鼠在探索新物体5min和24后的识别记忆能力均得到显著改善(P<0.001)。(2)与AD组相比,运动AD组大鼠海马脑区神经元突触损伤和神经递质水平得到显著改善,表现为:运动AD组神经元树突在距离神经元胞体40μm到260μm位置的树突分支数量显著增加(P<0.05),同时树突棘数量也显著增加(P<0.05)。海马脑区突触前神经元内囊泡数量和突触后膜致密物明显增多,突触连接结构得到改善,对突触的超微结构起到保护作用。海马脑区突触相关蛋白(囊泡整合蛋白、突触前膜阵列蛋白、突触后膜标记蛋白和生长相关蛋白43)表达显著增加(P<0.05)。海马脑区细胞外液中神经递质(多巴胺、谷氨酸和γ-氨基丁酸)水平显著增加(P<0.01)。(3)下调海马TREM2后运动对AD的影响主要表现在:与AAV-Control+运动AD组相比,AAV-TREM2+运动AD组大鼠在探索新物体5min和24后的识别记忆能力发生显著障碍(P<0.01)。与AAV-Control+运动AD组相比,AAV-TREM2+运动AD组大鼠海马脑区神经元突触损伤和神经递质水平丢失情况加重,表现为:海马脑区神经元树突在距离神经元胞体100μm到250μm位置的树突分支数量显著下降(P<0.05),同时树突棘数量也显著下降(P<0.01);海马脑区突触数量、突触前神经元内囊泡数量和突触后膜致密物减少,突触连接结构紊乱;突触相关蛋白(囊泡整合蛋白、突触前膜阵列蛋白、突触后膜标记蛋白和生长相关蛋白43)表达显著减少(P<0.01);海马细胞外液中神经递质(多巴胺、谷氨酸和γ-氨基丁酸)水平显著减少(P<0.05)。研究结论:跑台运动可通过调控海马脑区TREM2缓解AD大鼠神经元突触损伤和识别记忆障碍,为海马脑区TREM2参与早期运动裨益AD脑健康提供一定依据。更多还原