有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化功能的影響

房國(guó)梁 崔凱茵 趙杰修 李良 李茜

國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）

阿爾茨海默癥（Alzheimer’s disease，AD）是一種常發(fā)于老年人的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其主要臨床特征為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶衰退[1]。目前對(duì)AD的致病原因?qū)W者們還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，但研究發(fā)現(xiàn)β-淀粉樣蛋白沉積[2]、微管相關(guān)蛋白Tau異常磷酸化[3]、氧化應(yīng)激損傷[4]、鈣平衡失調(diào)[5]等都會(huì)對(duì)AD 的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生重要影響。近些年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，AD的病理過(guò)程與線粒體功能障礙密切相關(guān)[6]。

線粒體是一種廣泛分布于真核細(xì)胞中的細(xì)胞器，其主要功能是參與能量代謝，產(chǎn)生ATP，同時(shí)還參與多項(xiàng)細(xì)胞內(nèi)重要生理功能[7]。線粒體對(duì)于維持神經(jīng)元正常生理功能具有十分重要的意義[8]。但在AD患者腦中常伴有線粒體功能障礙，表現(xiàn)為線粒體呼吸作用和活性降低[9]以及線粒體形態(tài)學(xué)改變等[10]，這些改變都嚴(yán)重影響了線粒體氧化磷酸化功能。

大量研究表明，體育運(yùn)動(dòng)尤其是有氧運(yùn)動(dòng)能夠延緩大腦認(rèn)知功能衰退，提高大腦學(xué)習(xí)和記憶功能，對(duì)于防治阿爾茨海默癥具有積極作用[11-14]。另外，研究發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高骨骼肌和心肌細(xì)胞線粒體氧化磷酸化功能，提高ATP 含量和呼吸鏈復(fù)合體酶的活性等[15]。但目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦組織線粒體氧化磷酸化功能影響的研究還非常少。因此，本研究以APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠和C57BL/6J 小鼠為研究模型，觀察8周有氧運(yùn)動(dòng)后小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中ATP含量、線粒體呼吸鏈復(fù)合體酶的活性、線粒體膜電位以及線粒體氧化磷酸化調(diào)控關(guān)鍵蛋白表達(dá)的變化情況，以揭示有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦組織線粒體氧化磷酸化功能的影響，為闡明有氧運(yùn)動(dòng)延緩AD 發(fā)生提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物飼養(yǎng)及分組

以AD 模型動(dòng)物APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型C57BL/6J 小鼠為研究對(duì)象。8月齡雄性APP/PS1 小鼠20 只，體重29.32 ± 2.76 g，每籠2 只。8月齡雄性C57BL/6J 小鼠20 只，體重32.48 ± 3.54 g，每籠5 只。自由進(jìn)食飲水，光照比為12 h︰12 h，溫度（20 ±2）℃，相對(duì)濕度40%～60%。在適應(yīng)性飼養(yǎng)1 周后，APP/PS1 小鼠隨機(jī)分為安靜對(duì)照組（T-CG 組，n=10）和運(yùn)動(dòng)組（T-EG組，n=10）。C57BL/6J小鼠也隨機(jī)分為安靜對(duì)照組（W-CG 組，n=10）和運(yùn)動(dòng)組（W-EG 組，n=10）。所有研究過(guò)程和技術(shù)手段已通過(guò)國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)審查。

1.2 訓(xùn)練方案

所有小鼠先進(jìn)行5 天的跑臺(tái)適應(yīng)性訓(xùn)練，每天訓(xùn)練10 min，速度9 m/min。休息2天后，T-EG 和W-EG組小鼠進(jìn)行為期8周的正式訓(xùn)練。通過(guò)動(dòng)物氣體代謝分析系統(tǒng)測(cè)定小鼠VO2max，使小鼠訓(xùn)練強(qiáng)度維持在75% VO2max，在8周時(shí)間內(nèi)跑臺(tái)速度從12 m/min增至15 m/min。訓(xùn)練時(shí)間從30 min增至60 min，跑臺(tái)坡度為0o。每周一至周五訓(xùn)練，周六、日休息。T-CG和WCG組小鼠則一直處于安靜狀態(tài)。

1.3 Morris水迷宮測(cè)試

在第9 周采用Morris 水迷宮檢測(cè)各組小鼠定位航行和空間探索行為能力，判斷各組小鼠學(xué)習(xí)記憶和空間記憶的認(rèn)知能力。具體方法參加文獻(xiàn)[16]。

1.4 組織分離

Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有小鼠用10%水合氯醛溶液腹腔麻醉，然后斷頭取腦，在冰上迅速分離同側(cè)相同部位大腦皮質(zhì)和兩側(cè)海馬組織。

1.5 ATP含量測(cè)定

切取相同大小組織塊，稱重后用冰預(yù)冷的PBS 溶液清洗并切成小塊，隨后轉(zhuǎn)入冰預(yù)冷的玻璃勻漿器中。加入10 倍組織塊體積且含有蛋白酶抑制劑的裂解液，在冰浴環(huán)境中進(jìn)行充分勻漿，12000×g，4℃離心5分鐘，取上清。將ATP 標(biāo)準(zhǔn)溶液用裂解液稀釋成0.01 μmol /L、0.03 μmol /L、0.1 μmol /L、0.3 μmol /L、1 μmol /L、3 μmol /L 和10 μmol /L。按1︰100 的比例稀釋ATP 檢測(cè)試劑，配置成ATP 檢測(cè)工作液。96 孔板每孔內(nèi)加入100 μL ATP 檢測(cè)工作液，室溫放置 5 min。然后每孔內(nèi)加入20 μL樣品或標(biāo)準(zhǔn)品溶液，迅速用移液器混勻，然后用酶標(biāo)儀測(cè)定RLU 值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中ATP的濃度。ATP檢測(cè)試劑盒購(gòu)自Beyotime公司。

1.6 線粒體分離

切取相同大小組織塊，稱重后用冰預(yù)冷的PBS 溶液清洗并切成小塊，隨后轉(zhuǎn)入冰預(yù)冷的玻璃勻漿器中。加入10 倍組織塊體積且含有蛋白酶抑制劑的線粒體分離液，在冰浴環(huán)境中勻漿10 次左右。600 ×g，4℃離心5 min，取上清；然后11000 ×g，4℃離心10 min，棄上清，沉淀即為分離得到的線粒體。組織線粒體分離試劑盒購(gòu)自Beyotime公司。

1.7 線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性檢測(cè)

向分離得到的線粒體沉淀中加入40 μL線粒體儲(chǔ)存液，重懸線粒體。采用BCA 法測(cè)定線粒體蛋白濃度（BCA蛋白濃度測(cè)定試劑盒購(gòu)自Beyotime公司）。嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)操作，采用分光光度法檢測(cè)各組小鼠大腦皮質(zhì)及海馬組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ酶活性，然后計(jì)算相對(duì)酶活性。線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ活性檢測(cè)試劑盒均購(gòu)自GENMED公司。

1.8 線粒體膜電位檢測(cè)

JC-1 染色工作液用JC-1 染色緩沖液稀釋5 倍，取90 μL 稀釋后的JC-1 染色工作液，加入10 μL 總蛋白量為1 μg 分離的線粒體，混勻后用酶標(biāo)儀進(jìn)行檢測(cè)。激發(fā)光490 nm，發(fā)射光530 nm，檢測(cè)JC-1 單體，產(chǎn)生綠色熒光；激發(fā)光525 nm，發(fā)射光590 nm，檢測(cè)JC-1聚合物，產(chǎn)生紅色熒光。線粒體膜電位用紅/綠熒光強(qiáng)度比值來(lái)表示。線粒體膜電位檢測(cè)試劑盒購(gòu)自Beyotime公司。

1.9 Western blot實(shí)驗(yàn)

向分離得到的線粒體沉淀中加入200 μL 含有蛋白酶抑制劑的線粒體裂解液，用移液器充分混勻以裂解線粒體。采用BCA 法測(cè)定線粒體蛋白濃度，使各組樣品上樣總蛋白量保持一致。加入5×蛋白上樣緩沖液，放入100℃水浴鍋中進(jìn)行蛋白變性，持續(xù)10 min。然后進(jìn)行SDS-PAGE 電泳，電泳后將蛋白轉(zhuǎn)至硝酸纖維素膜上，用5%脫脂奶粉室溫封閉膜1 h，然后將膜與稀釋好的一抗4℃孵育過(guò)夜（實(shí)驗(yàn)中用到的一抗細(xì)胞色素C 氧化酶亞基5a（Cox5a）、細(xì)胞色素C 氧化酶亞基2（Cox2）和琥珀酸脫氫酶亞基C（Sdhc）抗體購(gòu)自abcam公司；NADH 脫氫酶亞基1（Nd1）抗體購(gòu)自proteintech公司；β-actin 抗體購(gòu)自Beyotime 公司）。次日用TBST溶液洗膜5 min×3，洗去殘留一抗，然后將膜與稀釋好的二抗室溫孵育1 h（實(shí)驗(yàn)中用到的二抗HRP 標(biāo)記山羊抗兔IgG 和HRP 標(biāo)記山羊抗小鼠IgG 購(gòu)自Beyotime公司），然后用TBST 溶液洗膜5 min×4，以洗去殘留的二抗。最后使用ECL化學(xué)發(fā)光試劑和X光片檢測(cè)蛋白信號(hào)。

1.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

使用Image J軟件進(jìn)行Western blot條帶的灰度分析，應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。文中所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，顯著性檢驗(yàn)選擇雙尾t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶和空間記憶的影響

Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，8 周有氧運(yùn)動(dòng)后WCG、W-EG、T-CG 和T-EG 組小鼠逃逸時(shí)間分別為31.27 ± 3.87 s、24.17 ± 2.33 s、49.95 ± 4.52 s 和38.10 ± 4.36 s（圖1A）；逃逸距離分別為612.2 ±85.6 cm、467.1 ± 68.9 cm、926.4 ± 110.2 cm 和692.3 ± 102.7 cm（圖1B）。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，與W-CG組相比，T-CG組逃逸時(shí)間和逃逸距離均極顯著性增加（P＜0.01）。而經(jīng)8 周有氧運(yùn)動(dòng)后，T-EG 組逃逸時(shí)間和逃逸距離與T-CG組相比均顯著減少（P＜0.05）。

2.2 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP含量的影響

如圖2 所示，W-CG 組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP 含量分別為1.61 ± 0.20 nmol/mg 和0.86 ± 0.10 nmol/mg。而T-CG組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP含量分別為1.07 ± 0.14 nmol/mg 和0.41 ± 0.09 nmol/mg，與W-CG組相比均極顯著性下降（P＜0.01）。經(jīng)過(guò)8周跑臺(tái)訓(xùn)練后，W-EG 組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP 含量分別為2.14 ± 0.22 nmol/mg 和1.12 ± 0.12 nmol/mg，與W-CG組相比均顯著上升（P＜0.05）。T-EG組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP 含量分別為1.33 ±0.07 nmol/mg 和0.60 ± 0.06 nmol/mg，與T-CG 組相比均顯著上升（P＜0.05）。

圖1 Morris水迷宮測(cè)試結(jié)果

圖2 大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體ATP含量

2.3 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ酶活性的影響

如圖3A所示，與W-CG組相比，T-CG組小鼠其大腦皮質(zhì)線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性顯著下降，分別為W-CG組水平的61.50% ± 5.34%（P＜0.01）、67.81% ± 6.03%（P＜0.05）、56.70% ± 5.34%（P＜0.01）、63.42% ± 7.25%（P＜0.05）和68.70% ± 5.05%（P＜0.01）。經(jīng)過(guò)8周跑臺(tái)訓(xùn)練后，與W-CG組相比，WEG 組小鼠大腦皮質(zhì)線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性顯著上升，分別為W-CG 組水平的129.27% ±7.59%（P＜0.05）、120.33% ± 7.64%（P＜0.05）、131.80%± 7.19%（P＜0.05）、130.13% ± 7.41%（P＜0.05）和135.53% ± 10.44%（P＜0.05）。與T-CG 組相比，T-EG組小鼠大腦皮質(zhì)線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ相對(duì)酶活性顯著上升，分別為W-CG 組水平的76.96% ±5.41%（P＜0.05）、78.48% ± 4.58%（P＜0.05）、80.39%± 5.49%（P＜0.05）和93.11% ± 5.85%（P＜0.05）；復(fù)合體Ⅱ相對(duì)酶活性有所上升，為W-CG 組水平的80.39%± 5.49%，但與T-CG組相比未達(dá)到顯著性差異。

如圖3B所示，與W-CG組相比，T-CG組小鼠海馬組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性均極顯著下降，分別為W-CG 組水平的57.30% ± 5.61%、61.20% ± 5.30%、64.92% ± 5.32%、55.41% ± 5.74%和68.20% ± 4.40%（P＜0.01）。經(jīng)過(guò)8 周跑臺(tái)訓(xùn)練后，與W-CG 組相比，W-EG 組小鼠海馬組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性均顯著上升，分別為WCG 組水平的131.27% ± 13.72%、126.00% ± 13.74%、132.63% ± 12.92%、134.37% ± 8.18%和142.90% ±7.37%（P＜0.05）。與T-CG組相比，T-EG組小鼠海馬組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性均顯著上升，分別為W-CG組水平的73.31% ± 3.78%（P＜0.05）、75.07% ± 4.10%（P＜0.05）、88.24% ± 3.96%（P＜0.01）、72.59% ± 5.41%（P＜0.05）和99.73% ± 6.24%（P＜0.01）。

圖3 大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ相對(duì)酶活性

2.4 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位的影響

如圖4所示，W-CG組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位分別為1.02 ± 0.09 和0.63 ± 0.05。而TCG 組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位分別為0.57 ± 0.06 和0.37 ± 0.05，與W-CG 組相比均極顯著性下降（P＜0.01）。經(jīng)過(guò)8周跑臺(tái)訓(xùn)練后，W-EG組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位分別為1.21 ± 0.07和0.79 ± 0.06，與W-CG 組相比均顯著性上升（P＜0.05）。而T-EG組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位分別為0.75 ± 0.08 和0.49 ± 0.04，與T-CG 組相比均顯著性上升（P＜0.05）。

圖4 大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位

2.4 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化調(diào)控關(guān)鍵蛋白表達(dá)的影響

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與W-CG 組相比，T-CG 組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體內(nèi)Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白水平均顯著下降（圖5A）；其中T-CG 組大腦皮質(zhì)線粒體Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白表達(dá)水平約為W-CG 組 水平的68.72% ± 4.33%（P＜0.01）、61.23% ± 6.64%（P＜0.01）、62.41% ± 6.00%（P＜0.01）和53.70% ± 6.66%（P＜0.01）（圖5B）；海馬組織線粒體Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白表達(dá)水平約為W-CG組水平的61.0% ± 9.97%（P＜0.01）、58.40% ± 6.34%（P＜0.01）、63.49% ± 6.11%（P＜0.05）和52.11% ±6.46%（P＜0.01）（圖5C）。

而經(jīng)過(guò)8 周跑臺(tái)訓(xùn)練后，與W-CG 組相比，W-EG組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體內(nèi)Cox5a、Cox2、Nd1和Sdhc 的蛋白水平均顯著上升（圖5A）；其中W-EG組大腦皮質(zhì)線粒體Cox5a、Cox2、Nd1和Sdhc的蛋白表達(dá)水平約為W-CG 組水平的156.78% ± 12.47%（P＜0.01）、143.55% ± 14.01%（P＜0.05）、167.48% ± 13.62%（P＜0.05）和174.36% ± 20.45%（P＜0.01）（圖5B）；海馬組織線粒體Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白表達(dá)水平約為CG 組水平的143.22% ± 10.34%（P＜0.01）、152.68% ±15.23%（P＜0.01）、138.97% ± 14.36%（P＜0.05）和156.99% ± 12.86%（P＜0.01）（圖5C）。

與T-CG 組相比，T-EG 組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體內(nèi)Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白水平均顯著上升（圖5A），其中T-EG 組大腦皮質(zhì)線粒體Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白表達(dá)水平約為W-CG 組水平的99.65% ± 8.11%（P＜0.01）、80.53% ± 6.13%（P＜0.05）、88.63% ± 6.21%（P＜0.01）和87.49% ± 8.15%（P＜0.01）（圖5B）；海馬組織線粒體Cox5a、Cox2、Nd1和Sdhc 的蛋白表達(dá)水平約為W-CG 組水平的94.83% ±7.41%（P＜0.01）、82.12% ± 7.04%（P＜0.01）、96.73%± 9.49%（P＜0.01）和89.81% ± 8.51%（P＜0.01）（圖5C）。

圖5 大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化調(diào)控關(guān)鍵蛋白表達(dá)水平

3 討論

線粒體是細(xì)胞合成ATP 的重要細(xì)胞器，同時(shí)也參與氨基酸、脂質(zhì)和類固醇的代謝、Ca2+穩(wěn)態(tài)、自由基產(chǎn)生、細(xì)胞氧化還原電位維持、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡調(diào)控以及突觸可塑性等多種細(xì)胞功能[17]。大腦作為能量需求和消耗最多的器官，其神經(jīng)元細(xì)胞中線粒體數(shù)量也多于其他組織、器官細(xì)胞。由于神經(jīng)元細(xì)胞糖酵解能力低，因此對(duì)線粒體產(chǎn)生的ATP 高度依賴[18]。另外，線粒體在神經(jīng)元中分布并不均衡，主要集中于神經(jīng)元的某些區(qū)域，如突觸，這些區(qū)域ATP產(chǎn)生和消耗的量都非常大[19]。在神經(jīng)沖動(dòng)傳遞過(guò)程中，當(dāng)一個(gè)遞質(zhì)被突觸釋放時(shí)，突觸后膜上的幾個(gè)離子通道被打開(kāi)，允許離子流入，這需要消耗大量ATP[17]。此外，神經(jīng)元其他生理活動(dòng)也一并消耗ATP，以恢復(fù)離子梯度和軸突運(yùn)輸?shù)膭?dòng)作電位。一項(xiàng)成像研究發(fā)現(xiàn)，靜止的皮質(zhì)神經(jīng)元每秒消耗高達(dá)47 億個(gè)ATP 分子[20]。因此，線粒體功能穩(wěn)定對(duì)神經(jīng)元存活和大腦正常功能維持具有十分重要的意義。

越來(lái)越多的研究表明，線粒體功能障礙是AD 發(fā)生、發(fā)展的重要病理原因，而線粒體氧化磷酸化功能下降是其主要方面[21]。質(zhì)子和電子通過(guò)在線粒體呼吸鏈上的傳遞完成ATP 的合成。呼吸鏈由位于線粒體內(nèi)膜的五種蛋白脂質(zhì)酶復(fù)合體組成，包括復(fù)合體Ⅰ（NADH-輔酶Q 還原酶）、復(fù)合體Ⅱ（琥珀酸-輔酶Q 還原酶）、復(fù)合體Ⅲ（輔酶Q-細(xì)胞色素C還原酶）、復(fù)合體Ⅳ（細(xì)胞色素C氧化酶）和復(fù)合體Ⅴ（ATP合成酶）。呼吸鏈復(fù)合體酶活性的下降，會(huì)引起呼吸鏈電子傳遞功能的下降，從而影響細(xì)胞ATP 合成能力。已有研究顯示，AD患者大腦皮質(zhì)中線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ的活性均顯著低于正常人，其中復(fù)合體Ⅱ下降35%～50%，復(fù)合體Ⅳ下降10%[22]。本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，與野生型C57BL/6J 小鼠相比，APP/PS1 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP 含量、線粒體呼吸鏈復(fù)合體酶活性和線粒體膜電位均顯著下降。

有氧運(yùn)動(dòng)作為一種延緩AD的有效手段，能夠改善腦組織線粒體氧化磷酸化功能。4 周的跑臺(tái)訓(xùn)練能夠降低由鏈脲霉素導(dǎo)致的大鼠海馬組織線粒體功能障礙，增強(qiáng)細(xì)胞色素C氧化酶活性和ATP含量[23]。同時(shí)有氧運(yùn)動(dòng)可改善老年大鼠海馬組織線粒體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能。Luo 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，10 周游泳訓(xùn)練后18月齡SD大鼠海馬組織氧化應(yīng)激水平下降，神經(jīng)元細(xì)胞中線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)得到改善，并且線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ和Ⅳ酶的活性增強(qiáng)。本研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)8 周的有氧運(yùn)動(dòng)后，C57BL/6J 小鼠和APP/PS1 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP 含量顯著提高，并且線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ～Ⅴ的酶活性均有所升高。說(shuō)明長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)能夠增強(qiáng)腦組織線粒體呼吸鏈復(fù)合體酶活性，提高線粒體氧化磷酸化的水平，從而提高ATP 的合成能力。另外，線粒體膜電位高低能夠整體反映線粒體功能是否正常。本研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)8周有氧運(yùn)動(dòng)后，C57BL/6J小鼠和APP/PS1小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體膜電位均顯著上升，說(shuō)明長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)后腦組織線粒體整體功能的提高。

對(duì)于有氧運(yùn)動(dòng)提高C57BL/6J小鼠和APP/PS1小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化功能的原因，我們進(jìn)行了深入研究。Cox5a和Cox2是組成細(xì)胞色素C 氧化酶的重要亞基。而細(xì)胞色素C 氧化酶是線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅳ，能夠?qū)⒓?xì)胞色素C 上的電子傳遞給O2生成H2O，同時(shí)將質(zhì)子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體膜間隙形成質(zhì)子電化學(xué)勢(shì)能差，ATP 合酶利用勢(shì)能差將ADP 轉(zhuǎn)化為ATP[25]。Nd1 是組成NADH 脫氫酶的一個(gè)重要亞基。NADH 脫氫酶又稱為NADH-輔酶Q 還原酶，是線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ，該酶的作用是先將NADH 上的兩個(gè)高勢(shì)能電子傳遞給黃素單核苷酸輔基，然后轉(zhuǎn)移到鐵硫聚簇上，最后將電子傳遞給輔酶Q[26]。Sdhc作為琥珀酸脫氫酶四個(gè)亞基之一，幫助將琥珀酸脫氫酶固定在線粒體內(nèi)膜上。琥珀酸脫氫酶作為線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅱ中的關(guān)鍵酶，連接氧化磷酸化與電子傳遞兩個(gè)過(guò)程，在氧化琥珀酸的同時(shí)傳遞電子。因此，Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 對(duì)于線粒體呼吸鏈裝配與功能至關(guān)重要，Cox5a、Cox2、Nd1和Sdhc表達(dá)正常與否能顯著影響整條呼吸鏈的功能狀態(tài)以及ATP生成。本研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)8周的跑臺(tái)訓(xùn)練后，運(yùn)動(dòng)組小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體內(nèi)Cox5a、Cox2、Nd1 和Sdhc 的蛋白水平與對(duì)照組相比均顯著上升，說(shuō)明長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)能夠顯著提高大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化調(diào)控關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，從而提高大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化功能。而Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高小鼠學(xué)習(xí)記憶和空間記憶能力，從而提高認(rèn)知功能。

4 結(jié)論

有氧運(yùn)動(dòng)能夠顯著提高APP/PS1小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ATP 含量、線粒體呼吸鏈復(fù)合體酶活性和線粒體膜電位，通過(guò)提高線粒體氧化磷酸化調(diào)控關(guān)鍵蛋白表達(dá)，改善APP/PS1 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織線粒體氧化磷酸化功能，提高認(rèn)知功能。