8周有氧运动对肥胖小鼠海马神经元突触可塑性和神经发生的影响
作者单位：广州体育学院
会议名称：《第十三届全国体育科学大会》
会议日期：2023年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
摘 要：研究目的:高脂膳食诱导的肥胖是认知障碍、痴呆和阿尔茨海默病的重要危险因素之一。研究表明高脂膳食诱导的肥胖小鼠呈现出海马依赖性记忆损伤。神经元突触可塑性和神经发生是学习记忆的生理学基础。实验室前期研究表明有氧运动可有效增强阿尔茨海默病小鼠海马脑区神经元突触可塑性,改善阿尔茨海默病模型小鼠的学习记忆障碍。神经元的突触可塑性是指神经元在接受内外环境的刺激时具有改变形态结构以增强神经元突触功能的能力,可表现为神经元轴突长度、树突复杂程度及树突棘数量的变化。此外,运动可有效增强海马神经元的神经发生水平。神经发生可以恢复损伤神经元的数量并融入到存储记忆的神经环路。神经元激活标志蛋白c-Fos和神经发生标志蛋白双皮质素(DCX)水平可以分别体现神经元的激活程度和神经发生水平。本研究以高脂膳食诱导的肥胖小鼠为研究对象,以海马神经元突触可塑性和神经发生为切入点,探讨8周有氧运动干预对肥胖小鼠认知功能的影响及其可能的神经机制。本研究可为阐明运动改善肥胖小鼠记忆障碍的神经生物学机制提供实验室依据。研究方法:(1)肥胖小鼠造模:6周龄雄性C57BL/6J小鼠随机分为正常对照组(CON,N=12)和高脂膳食组。高脂膳食组小鼠喂养60%高脂肪饲料。20周后,通过测量高脂膳食组小鼠体重(高于CON组20%)及Lee s指数(与CON组之间有显著性差异)判定肥胖模型建立。随后,将肥胖小鼠随机分为肥胖对照组(HFD,N=12)和肥胖运动组(HFD-Ex,N=12)。(2)运动方案:CON和HFD组小鼠不进行任何运动干预。HFD-Ex组小鼠进行8周规律跑台运动,5d/周,60min/d。其训练的前后5min运动速度为8m/min,中间50min运动速度为12m/min,跑台坡度为0°。(3)行为学测试。Y迷宫自发交替实验:小鼠由其中一臂的末端放入,自由探索10min,记录小鼠进入每个臂的次数和入臂顺序,并计算自发交替次数自发交替率=(交替次数/[入臂总次数-2])×100%。新物体识别测试:小鼠放入旷场中自由探索两个相同的物体10min。在0.5h和2h后,依次将其中一个物体换为新物体并允许小鼠自由探索10min。分析和统计小鼠对不同物体的探索时间及总探索时间。辨别指数=新物体探索时间/总探索时间×100%。(4)高尔基染色评估各组小鼠海马脑区神经元轴突长度、树突复杂程度和树突棘数量。轴突长度为神经元胞体到轴突末端的距离。以神经元胞体为中心,间隔10μm画同心圆并统计同心圆与树突所形成的交点数量即为树突复杂程度。用1000×的海马神经元镜检图片分析树突二级分支的树突棘个数。(5)Western Blot检测海马脑区神经元激活标志蛋白c-Fos和神经发生标志蛋白双皮质素(DCX)的表达水平。(6)数据用平均数±标准误表示,使用t检验和单因素方差分析进行数据处理。p 0.05有显著性差异,p 0.01有非常显著性差异。研究结果:(1)HFD组与CON组小鼠相比,小鼠的体重、肾周脂肪和附睾脂肪含量均显著性增加(p 0.001)。与HFD组相比,HFD-Ex组小鼠的体重(p 0.001)、肾周脂肪(p 0.05)和附睾脂肪(p 0.05)含量均显著性降低。其中,肾周脂肪和附睾脂肪分别代表机体的腹部脂肪和内脏脂肪。结果提示8周有氧运动可显著降低肥胖小鼠的腹部脂肪和内脏脂肪堆积。(2)HFD组与CON组小鼠相比,小鼠的自发交替率和辨别指数均显著性降低(p 0.001)。与HFD组相比,HFD-Ex组小鼠的自发交替率(p 0.01)和辨别指数(p 0.001)均显著性增加。此外,8周有氧运动显著性提高肥胖小鼠的总入臂次数(p 0.001)。结果提示有氧运动可明显改善肥胖小鼠的记忆损害并提高小鼠的整体活动水平。(3)与HFD组相比,HFD-Ex组小鼠海马脑区c-Fos和DCX的蛋白表达水平均显著性增加(p 0.01)。此外,HFD组与CON组小鼠相比,小鼠海马脑区DCX的蛋白表达水平均显著性降低(p 0.001)。结果提示8周有氧运动可以激活肥胖小鼠海马脑区神经元,并恢复神经元的神经发生水平。(4)HFD组与CON组小鼠相比,小鼠海马脑区神经元的轴突长度、树突复杂程度及树突棘数量均显著性降低(p 0.001)。与HFD组相比,HFD-Ex组小鼠海马脑区神经元的轴突长度、树突复杂程度及树突棘数量均显著性增加(p 0.001)。结果提示有氧运动可有效提高肥胖小鼠海马脑区神经元轴突长度、树突复杂程度和树突棘数量以增强神经元突触可塑性。研究结论:高脂膳食诱导的肥胖小鼠呈现出记忆水平下降,而8周有氧运动可有效改善高脂膳食诱导的肥胖小鼠的记忆损害。其中,8周有氧运动提高肥胖小鼠海马脑区神经元激活状态以增强神经发生,提高神经元轴突长度、树突复杂程度、树突棘数量以增