有氧運動延緩大鼠腦組織衰老及影響突觸可塑性的研究

阮彩蓮，萬 莉，趙賢娣，馬繁榮，靳維靜

(延安大學醫(yī)學院解剖學教研室，陜西 延安 716000)

有氧運動延緩大鼠腦組織衰老及影響突觸可塑性的研究

阮彩蓮，萬 莉，趙賢娣，馬繁榮，靳維靜

(延安大學醫(yī)學院解剖學教研室，陜西 延安 716000)

目的 探究有氧運動對大鼠腦組織突觸可塑性的影響和延緩腦衰老的作用及機制。方法 選擇30只D-半乳糖致衰的SD大鼠，隨機分為衰老對照組、衰老運動組和正常對照組三組，每組10只，衰老運動組進行8周的跑臺運動，正常及衰老對照組不運動。8周跑臺運動后，觀測大鼠的學習記憶能力和突觸可塑性的改變。結(jié)果 8周后，運動組能明顯提高其突觸密度并降低膜粘滯度，完成時間和錯誤的臂數(shù)明顯減少，且差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。結(jié)論 有氧運動可以延緩大鼠腦衰老并影響突觸可塑性。

有氧運動;腦衰老;突觸可塑性

腦組織衰老的特征之一是學習記憶能力的衰退。突觸可塑性是指突觸調(diào)整功能、改變形態(tài)及增減數(shù)目的能力。研究表明，海馬神經(jīng)元的突觸可塑性變化可能是腦衰老及學習記憶功能障礙的神經(jīng)生物學基礎(chǔ)。D-半乳糖致衰動物，整體上和自然衰老相似，被廣泛用于衰老和抗衰老研究［1］。此次研究以D-半乳糖誘導的腦衰老小鼠為模型，通過檢測大鼠學習記憶能力及腦組織突觸可塑性的改變，探討有氧運動對大鼠腦組織突觸可塑性的影響及延緩腦衰老的作用機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及其分組

選擇SD雄性健康大鼠3月齡30只，體重200～250 g，標準嚙齒類飼料飼養(yǎng)，自由攝食進水，晝夜節(jié)律人工控制光照(光照時間為6∶00～18∶00)，環(huán)境溫度為(22±2)℃，相對濕度(50±10)%。將30只大鼠隨機分為衰老對照組，衰老運動組，正常對照組3組，每組10只。

1.2 建立大鼠腦衰老模型

衰老對照和衰老運動組大鼠:每日在頸背部皮下注射D-半乳糖(100 mg/kg)，連續(xù)注射8周。正常組大鼠:每日皮下注射等量生理鹽水，連續(xù)注射8周。

1.3 有氧運動訓練方案

衰老及正常對照組:自由攝食進水及自由活動，不運動;衰老運動組:適應性訓練1周，起始訓練速度為15 m/min，時間為15 min。適應性訓練后每周進行跑臺運動5 d，共8周，遞增速度為3 m/min、時間5 min，運動到速度為20 m/min，時間為60min，后增加跑臺坡度為5°。

1.4 八臂迷宮實驗［2］

在8周運動后進行八臂迷宮實驗。實驗前先對每組大鼠進行適應性訓練，適應時間為2 d，每天2次。適應后進行每天2次的訓練。每次訓練中，八臂中四臂放置食物(分別為1、3、4、7號臂)，實驗過程此順序不變。實驗開始時，大鼠置于迷宮中央?yún)^(qū)，此時中央?yún)^(qū)四周被鼠門關(guān)住，15 s后，將門打開并開啟分析測試軟件，測試定時10 min，大鼠可選擇進入任意一臂，以攝取食物。大鼠進入有食物的臂且攝取了食物為1次正確選擇;分析記憶的記錄參數(shù)為錯誤選擇的次數(shù)，每只大鼠測試2次，取平均值進行統(tǒng)計分析。

1.5 突觸可塑性分析

1.5.1 突觸體密度計數(shù) 采用任珊珊等［3］對突觸體密度的計數(shù)方法。基本步驟為斷頭處死大鼠，取其大腦皮層及海馬后，經(jīng)多次離心后，取其沉淀為突觸體，并對突觸體進行免疫熒光間接染色，使用流式細胞儀(FCM)計數(shù)。

1.5.2 突觸體膜流動性 采取熒光偏振法［4］，取突觸體懸液1000μL，加入等體積20μmol/L熒光探針DPH工作液，37℃避光孵孕15 min。4℃，13000 ×g離心2 min，沉淀重懸浮于Na-PSS液中，37℃均衡10 min，用熒光分光光度計測熒光偏振強度。計算樣品突觸膜偏振度和膜粘滯度η。采用Bradford法測定蛋白濃度。

1.6 統(tǒng)計學處理

2 實驗結(jié)果

2.1 大鼠八臂迷宮實驗

衰老對照組與正常對照組相比，完成時間和錯誤的臂數(shù)明顯增加(P＜0.05)。衰老運動組與衰老對照組相比，完成時間和錯誤的臂數(shù)明顯減少(P＜0.05)。說明有氧運動能有效提高大鼠的學習記憶能力，延緩其大腦的衰老，結(jié)果見表1。

表1 大鼠八臂迷宮實驗結(jié)果

2.2 突觸可塑性檢測結(jié)果

衰老對照組與正常對照組相比，突觸密度明顯下降，膜粘滯度明顯增加(P＜0.05)。衰老運動組與衰老對照組相比，突觸密度明顯增加，膜粘滯度明顯降低(P＜0.05)。說明有氧運動能明顯提高其突觸密度并降低膜粘滯度，影響其突觸可塑性，結(jié)果見表2。

表2 有氧運動對衰老大鼠腦突觸密度計數(shù)和突觸膜流動性的影響

3 討論

學習記憶和空間認知能力的下降是腦衰老的一個顯著標志，王蓉等［5］研究發(fā)現(xiàn)，衰老導致的學習記憶能力下降與海馬神經(jīng)元的突觸丟失和突觸可塑性密切相關(guān)。故突觸可塑性的改變是腦組織衰老的重要因素。有文獻表示［6］，作為一種條件刺激，運動可引起突觸形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的重塑。張金梅［7］研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動的干預可以降低衰老大鼠空間學習記憶能力的衰退程度，并有效延緩腦衰老進程。

在本次研究中，與衰老對照組相比，有氧運動跑臺運動的大鼠其學習記憶能力得到顯著改善，且差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。趙麗等［8］研究發(fā)現(xiàn)有氧運動能夠促進大鼠腦皮層的突觸動力學，增強其可塑性。本研究以突觸體數(shù)量和突觸體膜流動性為檢測指標，發(fā)現(xiàn)與衰老對照組相比，有氧運動可以增加大鼠大腦皮層及海馬區(qū)的突觸體數(shù)量并提高突觸體膜流動性，影響大鼠的腦組織突觸可塑性。

綜上所述，有氧運動可以通過影響大鼠的腦組織突觸可塑性這一機制，來提高其學習記憶能力，從而延緩其腦組織衰老程度。

［1］秦紅兵，楊朝曄，范憶江，等.D-半乳糖誘導衰老小鼠模型的建立與評價［J］.中國組織工程研究與臨床康復，2009，13(7):1275-1278.

［2］付芳，崔建梅，于芳.有氧運動對老年大鼠學習記憶及海馬CA1區(qū)一氧化氮合酶表達的影響［J］.體育科學，2011，31(11):43-47.

［3］任姍姍，賀曉娟，云少君，等.運動對腦老化小鼠學習記憶能力及突觸可塑性的影響［J］.衛(wèi)生研究，2010，39 (2):239-241.

［4］劉桂琴，岳慧琴，張勇.熒光偏振法測定生物膜的流動性［J］.現(xiàn)代儀器，2004，6:33-34.

［5］王蓉，唐玉，張麗，等.大鼠海馬神經(jīng)元突觸超微結(jié)構(gòu)的增齡變化［J］.中國比較醫(yī)學雜志，2009，19(4):18-21.

［6］劉慧莉，趙剛.運動、阿爾茨海默病與突觸可塑性［J］.中國康復理論與實踐，2012，18(3):244-246.

［7］張金梅.有氧運動對大鼠腦衰老及空間記憶學習能力和海馬NCAM表達的影響［D］.成都:成都體育學院，2013:1-35.

［8］趙麗，李巖，顧博雅.有氧運動調(diào)節(jié)Rho/cofilin信號改善衰老大鼠皮層突觸丟失［J］.北京體育大學學報，2013，36(11):61-69.

Aerobic exercise group rats senescence and affect the study of synaptic plasticity

RUAN Cai-Lian，WAN Li，ZHAO Xian-di，MA Fan-rong，JINWei-jing

(Medical college of Yanan University，Yanan 716000，China)

Objectiveto explore the synaptic plasticity of aerobic exercise on rats had the potential impact and delay the aging of the brain function andmechanism.M ethods30 D-galactose to failure of SD rats，were randomly divided into control group，aging agingmovement group and normal control group in three groups，each group of10，aging group for 8 weeks to treadmillmotion，normal and aging control group don't exercise.8 weeks after treadmill exercise，observing rats learning and memory ability and the change of the synaptic plasticity.Results After 8 weeks，the campaign group can obviously improve the synaptic density and viscosity reducingmembrane，aging completion time and the number of errors of arm movement group was obviously reduced，and the difference was statistically significant(P＜0.05).ConclusionAerobic exercise can delay the aging rats and synaptic plasticity.

Aerobic exercise;Brain aging;Synaptic plasticity

R338.1

A

1672-2639(2015)03-0004-02

2015-04-18;責任編輯 梁 毅］

延安大學自然科學基礎(chǔ)研究(YDK2013-01);延安大學2013年省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目(1529)

阮彩蓮(1974—)，女，陜西延安人，解剖學碩士，主要從事解剖學教學和運動人體科學的研究。