有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1小鼠腦血流量的影響及其機(jī)制

房國梁 黎超洋 崔凱茵

國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）是一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其主要臨床特征是記憶力逐漸衰退并伴有語言障礙和行為改變；其病理學(xué)改變?yōu)槌霈F(xiàn)腦內(nèi)老年斑（senile plaque，SP）[1]、形成神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofbrillary tangles，NFTs）[2]、大腦皮質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少[3]以及皮質(zhì)動(dòng)脈和小動(dòng)脈血管淀粉樣變性[4]等。該病不僅給患者帶來巨大痛苦，而且給社會(huì)和家庭帶來沉重負(fù)擔(dān)。如何有效預(yù)防和延緩AD 已成為不容回避的社會(huì)公共健康問題之一，具有深遠(yuǎn)而重大的研究意義。

研究發(fā)現(xiàn)，AD 的病理過程與腦血流量關(guān)系密切。腦血管功能障礙常發(fā)生在AD 的早期[5，6]，腦灰質(zhì)內(nèi)血流量減少可達(dá)40%以上[7]。因此，可將腦血流量（cerebral blood flow，CBF）減少作為AD 發(fā)生的早期標(biāo)志[5]?，F(xiàn)有研究表明，在AD的病理過程中β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）與腦血流量關(guān)系密切，外源性Aβ能降低腦血流量（cerebral blood flow，CBF）[8]，而CBF減少又能誘導(dǎo)Aβ的產(chǎn)生[9]，但是其具體機(jī)制尚未完全明確。Nortley 等的研究揭示Aβ能夠誘導(dǎo)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的NADPH 氧化酶產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS），ROS 能夠激活內(nèi)皮素-1A（endothelin-1 type A，ETA）受體，釋放內(nèi)皮素1（endothelin 1，ET-1），從而引發(fā)腦微血管強(qiáng)烈收縮，減少CBF[10]。

大量研究表明，體育運(yùn)動(dòng)，尤其是有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效延緩大腦認(rèn)知功能衰退，提高大腦學(xué)習(xí)和記憶功能[11-15]，并且有氧運(yùn)動(dòng)能夠降低AD模型動(dòng)物腦內(nèi)Aβ的水平，提高認(rèn)知功能[16]。那么有氧運(yùn)動(dòng)在延緩和改善AD過程中，是否也能通過減少Aβ誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS，阻斷ETA 受體激活，減少ET-1 釋放，從而抑制腦微血管收縮，提高CBF？圍繞該問題，本研究探討了8 周有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)AD 模型APP/PS1 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織血流量的影響及其可能機(jī)制，為闡明有氧運(yùn)動(dòng)預(yù)防和延緩阿爾茨海默癥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 有氧運(yùn)動(dòng)小鼠模型的建立

8 月齡雄性APP/PS1 小鼠20 只和8 月齡雄性C57BL/6J 小鼠20 只，每籠2 只。所有小鼠均自由進(jìn)食和飲水，每天晝夜間隔12 h，環(huán)境溫度保持在20℃±2℃，相對(duì)濕度保持在40%～60%。經(jīng)過1周的適應(yīng)性飼養(yǎng)后，APP/PS1 小鼠和C57BL/6J 小鼠均隨機(jī)分為安靜對(duì)照組（CG 組）和運(yùn)動(dòng)組（EG 組）。其中APP/PS1 小鼠標(biāo)注為T-CG 組（n=10）和T-EG 組（n=10），C57BL/6J小鼠標(biāo)注為W-CG組（n=10）和W-EG組（n=10）。在適應(yīng)性訓(xùn)練階段，所有小鼠每天跑臺(tái)訓(xùn)練10 min，速度9 m/min，周一至周五訓(xùn)練。然后，T-EG和W-EG組小鼠進(jìn)行正式跑臺(tái)訓(xùn)練，訓(xùn)練周期為8 周。通過動(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70% 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)。在訓(xùn)練過程中，密切觀察小鼠生活和訓(xùn)練情況。

1.2 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)

在第9 周采用Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)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)記憶和空間記憶能力。在最初的5 天時(shí)間里，小鼠面向池壁，每天從固定一個(gè)象限進(jìn)入水中，記錄從入水至找到平臺(tái)的時(shí)間及逃避潛伏期。如果小鼠在2 min 內(nèi)找不到平臺(tái)，則由實(shí)驗(yàn)者將其引向平臺(tái)，記錄120 s 的潛伏期。每只小鼠每天測(cè)試4 次，間隔至少15 min。第6天，移除平臺(tái)，將小鼠從面向池壁的同一象限放入水中。記錄小鼠入水后60 s 內(nèi)游泳通過平臺(tái)的次數(shù)，評(píng)價(jià)小鼠的空間記憶能力[16]。

1.3 核磁共振成像

Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)束12 h 內(nèi)，所有小鼠禁食不禁水。然后采用Discovery MR750 3.0T 系統(tǒng)進(jìn)行核磁共振成像。每只小鼠用10 %水合氯醛溶液（0.3 mL/ 100 g）腹腔麻醉，并置于俯臥位，然后掃描。系統(tǒng)配備小鼠腦專用線圈，掃描小鼠頭部，對(duì)采集得到的原始數(shù)據(jù)利用Functool軟件進(jìn)行圖像矯正等預(yù)處理，獲得CBF參數(shù)圖，在雙側(cè)皮質(zhì)及海馬設(shè)置4個(gè)感興趣區(qū)，測(cè)得CBF平均值，記錄數(shù)據(jù)[17]。

1.4 取材與指標(biāo)檢測(cè)

1.4.1 取材

核磁共振成像實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有小鼠按照50 mg/kg體重以戊巴比妥鈉腹腔麻醉，然后斷頭取腦，在冰上迅速分離左側(cè)大腦皮質(zhì)前額葉區(qū)和兩側(cè)海馬組織，將樣品保存在液氮中。

1.4.2 ROS檢測(cè)

各組隨機(jī)取5只小鼠大腦皮質(zhì)或海馬組織進(jìn)行連續(xù)冷凍切片，厚度20 μm。新鮮切片直接浸入10 μmol /L的DCFH-DA溶液中，37℃孵育20 min，用PBS洗滌3次后封片。熒光顯微鏡下觀察，每張切片選取4個(gè)相同位置視野，統(tǒng)計(jì)DCFH-DA陽性細(xì)胞數(shù)量。然后計(jì)算ROS相對(duì)含量。

1.4.3 Western blot實(shí)驗(yàn)

取各組5 只小鼠的大腦皮質(zhì)或海馬組織適量，放入研缽中，加液氮研磨。然后轉(zhuǎn)入1.5 mL EP管中，迅速加入蛋白裂解液裂解。完全裂解后，在4℃離心機(jī)中以12000×g 離心10 min。將上清液轉(zhuǎn)入一個(gè)新的EP管中，加入蛋白上樣緩沖液，在100℃水浴中變性5 min。經(jīng)SDS-PAGE電泳后，將蛋白轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜，室溫下用5%脫脂奶粉（溶于TBST 溶液中）封閉1 h。然后用稀釋的一抗（ET-1、Aβ42抗體購自Abcam 公司）4℃孵育過夜。第二天，用TBST溶液洗膜3次，每次5 min，去除殘留的一抗。然后用稀釋的二抗（HRP 標(biāo)記山羊抗兔IgG和HRP標(biāo)記山羊抗小鼠IgG均從Beyotime 公司購買）室溫孵育1 小時(shí)后，用TBST 溶液洗膜4次，每次5 min，去除殘留的二抗。最后用ECL 化學(xué)發(fā)光試劑和X 光片對(duì)蛋白質(zhì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。用Image J專業(yè)軟件分析不同靶蛋白的灰度值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)所得到的潛伏期數(shù)據(jù)采用三因素重復(fù)測(cè)量方差分析（時(shí)點(diǎn)×小鼠品系×運(yùn)動(dòng)方式），其不滿足球形度檢驗(yàn)，使用Greenhouse Geisser（G-G）對(duì)潛伏期結(jié)果的自由度進(jìn)行校正，采用最小顯著性差異法（LSD）進(jìn)行單獨(dú)效應(yīng)檢驗(yàn)；而小鼠穿越站臺(tái)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法則采用廣義線性模型（GLM），并選擇泊松分布簇和對(duì)數(shù)連接函數(shù)進(jìn)行分析。小鼠CBF、ROS、Aβ42以及ET-1數(shù)據(jù)則采用雙因素方差分析，將運(yùn)動(dòng)方式和小鼠品系作為組間主效應(yīng)，分析二者交互效應(yīng)。若存在交互作用，則進(jìn)一步采用LSD法進(jìn)行單獨(dú)效應(yīng)檢驗(yàn)；若無交互作用，則進(jìn)行主效應(yīng)檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，其他分布數(shù)據(jù)則采用中位數(shù)和四分位間距進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)。運(yùn)用Prism GraphPad 8.0軟件繪圖，界定P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1 和C57BL/6J 小鼠認(rèn)知功能的影響

本研究首先通過Morris 水迷宮實(shí)驗(yàn)判斷有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1及C57BL/6J小鼠學(xué)習(xí)記憶和空間記憶的影響。表1 為Morris 水迷宮潛伏期數(shù)據(jù)的描述統(tǒng)計(jì)。對(duì)Morris 水迷宮潛伏期數(shù)據(jù)進(jìn)行三因素重復(fù)測(cè)量方差分析，結(jié)果表明不存在二級(jí)交互效應(yīng)（P=0.282），但小鼠潛伏期存在時(shí)點(diǎn)的主效應(yīng)[F（2.89，104.16）=451.606，偏η2=0.926，P＜0.001]；此外，還存在時(shí)點(diǎn)×小鼠品系以及時(shí)點(diǎn)×運(yùn)動(dòng)方式之間的一級(jí)交互效應(yīng)[時(shí)點(diǎn)×小鼠品系F（2.89，104.16）=8.153，偏η2=0.185，P＜0.001；時(shí)點(diǎn)×運(yùn)動(dòng)方式F（2.89，104.16）=6.206，偏η2=0.147，P＜0.001]。進(jìn)一步的一級(jí)交互效應(yīng)的單獨(dú)效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果表明：固定小鼠品系相比較，潛伏期均隨著訓(xùn)練天數(shù)的遞增而縮短（P＜0.05）。另外，小鼠品系之間5天的潛伏期差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），APP/PS1 小鼠的潛伏期均高于C57BL/6J 小鼠；同時(shí)，固定運(yùn)動(dòng)方式相比較，潛伏期也均隨著訓(xùn)練天數(shù)的遞增而縮短（P＜0.05），并且除第1 天外（P=0.275），其余時(shí)間點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式之間潛伏期的差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），安靜對(duì)照組小鼠的潛伏期均高于運(yùn)動(dòng)組小鼠。具體的4組間的兩兩比較見表1：與W-CG組相比，W-EG組潛伏期在第2天開始出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的減少（P＜0.05）；與W-CG 組相比，T-CG 組潛伏期在第1天開始出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的增加（P＜0.05）；與T-CG 組相比，T-EG 組潛伏期在第3天開始出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的減少（P＜0.01）；與W-EG組相比，T-EG 組潛伏期在第1天開始出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的增加（P＜0.01）。以上結(jié)果表明，C57BL/6J小鼠學(xué)習(xí)記憶能力總體高于APP/PS1 小鼠，且無論小鼠是否存在品系差異，8 周有氧運(yùn)動(dòng)可提高小鼠學(xué)習(xí)記憶能力，從而縮短Morris水迷宮的潛伏期。

表1 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)各組小鼠潛伏期變化（s）

第6 天進(jìn)行空間探索實(shí)驗(yàn)，各組小鼠運(yùn)動(dòng)軌跡圖如圖1A 所示。表2 是小鼠穿越站臺(tái)次數(shù)的描述統(tǒng)計(jì)。廣義線性模型—泊松對(duì)數(shù)線性分析結(jié)果表明：小鼠穿越站臺(tái)次數(shù)不存在小鼠品系×運(yùn)動(dòng)方式之間的交互效應(yīng)（交互效應(yīng)P=0.879），但存在小鼠品系和運(yùn)動(dòng)方式的主效應(yīng)（圖1B，小鼠品系P＜0.01；運(yùn)動(dòng)方式的主效應(yīng)P＜0.05）。上述結(jié)果說明，無論是否進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)干預(yù)，APP/PS1 小鼠的空間記憶能力均低于C57BL/6J 小鼠；同時(shí)，無論小鼠品系是否有差異，8 周有氧運(yùn)動(dòng)均能夠改善這兩種品系小鼠的空間記憶能力。

圖1 各組小鼠穿越站臺(tái)次數(shù)

表2 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)各組小鼠穿越站臺(tái)次數(shù)

上述結(jié)果說明8 周有氧運(yùn)動(dòng)能夠提高APP/PS1 及C57BL/6J小鼠學(xué)習(xí)記憶和空間記憶能力。

2.2 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1 和C57BL/6J 小鼠腦血流量的影響

本研究通過小動(dòng)物核磁共振成像系統(tǒng)檢測(cè)了有氧運(yùn)動(dòng)后APP/PS1及C57BL/6J小鼠腦部雙側(cè)皮質(zhì)及海馬區(qū)血流量（圖2A）。如圖所示，4 組小鼠大腦皮質(zhì)CBF（圖2B）分別為：W-CG 組1.07 ± 0.08 mL/g/min、WEG組1.28 ± 0.12 mL/g/min、T-CG組0.90 ± 0.06 mL/g/min、T-EG 組1.06 ± 0.08 mL/g/min；海馬組織CBF（圖2C）分別為：W-CG 組1.28 ± 0.08 mL/g/min、WEG組1.45 ± 0.15 mL/g/min、T-CG組1.09 ± 0.07 mL/g/min、T-EG 組1.23 ± 0.05 mL/g/min。從圖2 可以發(fā)現(xiàn)，在大腦皮質(zhì)和海馬組織中CBF 均存在小鼠品系的主效應(yīng)[大腦皮質(zhì)F（1，36）=49.01，偏η2=0.577，P＜0.001；海馬F（1，36）=45.84，偏η2=0.560，P＜0.001]；同時(shí)，也存在運(yùn)動(dòng)方式的主效應(yīng)[大腦皮質(zhì)F（1，36）=45.25，偏η2=0.557，P＜0.001；海馬F（1，36）=26.16，偏η2=0.421，P＜0.001]。上述結(jié)果表明，APP/PS1 小鼠與野生型C57BL/6J 小鼠相比，其大腦皮質(zhì)和海馬組織中的血流量較低；而無論小鼠品系如何，經(jīng)過8 周有氧運(yùn)動(dòng)，均能夠提高APP/PS1以及C57BL/6J小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織的血流量。

圖2 大腦皮質(zhì)和海馬組織CBF

2.3 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1 和C57BL/6J 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ET-1含量的影響

有氧運(yùn)動(dòng)后APP/PS1和C57BL/6J小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ET-1 含量見圖3A。4 組小鼠大腦皮質(zhì)ET-1相對(duì)含量（圖3B）分別為：W-CG 組100.00% ±14.65%、W-EG組63.07% ± 15.96%、T-CG組151.40%± 10.00%、T-EG 組104.35% ± 14.05%；海馬組織ET-1 相對(duì)含量（圖3C）分別為：W-CG 組100% ± 10.49%、W-EG 組53.40% ± 16.41%、T-CG 組176.20% ±11.35%、T-EG 組98.19% ± 13.73%。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小鼠大腦皮質(zhì)中的ET-1 相對(duì)含量存在小鼠品系和運(yùn)動(dòng)方式的主效應(yīng)[圖3B，小鼠品系主效應(yīng)F（1，16）=56.44，偏η2=0.779，P＜0.001；運(yùn)動(dòng)方式主效應(yīng)F（1，16）=46.33，偏η2=0.743，P＜0.001]，而海馬組織中則存在小鼠品系×運(yùn)動(dòng)方式之間的交互效應(yīng)[圖3C，交互效應(yīng)F（1，16）=6.421，偏η2=0.286，P=0.022]。在大腦皮質(zhì)中（圖3B），APP/PS1 小鼠與野生型C57BL/6J 小鼠的ET-1 相對(duì)含量差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且APP/PS1 小鼠高于C57BL/6J 小鼠；同時(shí)，8 周的有氧運(yùn)動(dòng)均能夠使兩種品系小鼠大腦皮質(zhì)中的ET-1相對(duì)含量下降。而海馬組織中（圖3C），8周有氧運(yùn)動(dòng)后，小鼠ET-1相對(duì)含量存在運(yùn)動(dòng)方式的單獨(dú)效應(yīng)（P＜0.001），分別比較W-CG 與W-EG組以及T-CG 與T-EG 組，W-EG 和T-EG 組的ET-1 相對(duì)含量下降；同時(shí)小鼠ET-1相對(duì)含量也存在小鼠品系的單獨(dú)效應(yīng)（P＜0.001），W-CG和W-EG組的ET-1相對(duì)含量都分別低于T-CG 和T-EG 組。上述結(jié)果說明，在大腦皮質(zhì)和海馬組織中，APP/PS1 小鼠的ET-1 比C57BL/6J 野生型小鼠高。而8 周有氧運(yùn)動(dòng)能夠降低APP/PS1 及C57BL/6J 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ET-1含量。

圖3 大腦皮質(zhì)和海馬組織ET-1相對(duì)含量

2.4 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1 和C57BL/6J 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ROS水平的影響

本研究檢測(cè)了有氧運(yùn)動(dòng)后APP/PS1和C57BL/6J小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織ROS 相對(duì)含量。4 組小鼠大腦皮質(zhì)ROS 相對(duì)含量（圖4A）分別為：W-CG 組100.00%± 13.40%、W-EG 組62.13% ± 15.20%、T-CG 組159.11% ± 10.96%、T-EG 組96.70% ± 13.13%；海馬組織ROS 相對(duì)含量（圖4B）分別為：W-CG 組100.00%± 9.92%、W-EG 組51.82% ± 20.57%、T-CG 組178.29% ± 12.88%、T-EG 組94.65% ± 15.43%。ROS檢測(cè)結(jié)果表明，小鼠大腦皮質(zhì)中的ROS 存在運(yùn)動(dòng)方式和小鼠品系的主效應(yīng)[圖4A，運(yùn)動(dòng)方式主效應(yīng)F（1，16）=68.49，偏η2=0.811，P＜0.001；小鼠品系主效應(yīng)F（1，16）=59.77，偏η2=0.789，P＜0.001]；而小鼠海馬組織中，則存在小鼠品系×運(yùn)動(dòng)方式之間的交互效應(yīng)[圖4B，交互效應(yīng)F（1，16）=6.61，偏η2=0.292，P=0.021]。無論是否進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，APP/PS1 小鼠的大腦皮質(zhì)ROS 相對(duì)含量均高于C57BL/6J 小鼠；同時(shí)，無論小鼠品系如何，運(yùn)動(dòng)均可以降低大腦皮質(zhì)中ROS相對(duì)含量。而在小鼠海馬組織的ROS 檢驗(yàn)結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，分別比較W-CG 組與W-EG 以及T-CG 與T-EG 組，W-EG 和TEG組的ROS相對(duì)含量均下降，提示存在運(yùn)動(dòng)方式的單獨(dú)效應(yīng)（P＜0.001）；同時(shí)，在海馬組織中，W-CG 和WEG 組的ROS 相對(duì)含量都分別低于T-CG 和T-EG 組，提示存在小鼠品系的單獨(dú)效應(yīng)（P＜0.001）。上述結(jié)果表明，在大腦皮質(zhì)和海馬組織中，APP/PS1 小鼠的ROS相對(duì)含量比C57BL/6J 野生型小鼠高，但8 周有氧運(yùn)動(dòng)可以降低兩種小鼠大腦皮質(zhì)和海馬中ROS相對(duì)含量。

圖4 大腦皮質(zhì)和海馬組織ROS相對(duì)含量

2.5 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)APP/PS1 和C57BL/6J 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Aβ水平的影響

有氧運(yùn)動(dòng)后APP/PS1和C57BL/6J小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Aβ42的含量見圖5A。經(jīng)過8周跑臺(tái)訓(xùn)練后，4組小鼠大腦皮質(zhì)Aβ42相對(duì)含量（圖5B）分別為：W-CG組100.00% ± 11.58%、W-EG組52.65% ± 18.88%、TCG 組237.91.11% ± 9.33%、T-EG 組150.38% ±13.72%；海馬組織Aβ42相對(duì)含量（圖5C）分別為：W-CG組100.00% ± 9.93%、W-EG 組51.82% ± 14.76%、TCG 組315.60% ± 8.90% 、T- EG 組198.84% ±12.14%。分析結(jié)果表明，小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中的Aβ42相對(duì)含量均存在小鼠品系×運(yùn)動(dòng)方式之間的交互效應(yīng)[圖5B、圖5C，皮質(zhì)交互效應(yīng)F（1，16）=7.00，偏η2=0.305，P=0.018；海馬交互效應(yīng)F（1，16）=20.34，偏η2=0.560，P＜0.001]。隨后對(duì)皮質(zhì)和海馬中Aβ42進(jìn)行單獨(dú)效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的組織中，都存在運(yùn)動(dòng)方式和小鼠品系的單獨(dú)效應(yīng)。固定運(yùn)動(dòng)方式，分別比較WCG 與T-CG，以及W-EG 與T-EG，發(fā)現(xiàn)在大腦皮質(zhì)和海馬組織中T-CG和T-EG組Aβ42的相對(duì)含量分別高于W-CG 和W-EG（P＜0.001）；同時(shí)，固定小鼠品系，分別比較W-EG 與W-CG 組以及T-EG 與T-CG 組，發(fā)現(xiàn)在大腦皮質(zhì)和海馬組織中W-EG 和T-EG 組的Aβ42的相對(duì)含量分別低于W-CG和T-CG組（P＜0.001）。上述結(jié)果說明，在大腦皮質(zhì)和海馬組織中，APP/PS1小鼠的Aβ42相對(duì)含量要比C57BL/6J 野生型小鼠高，而8 周有氧運(yùn)動(dòng)能夠降低APP/PS1及C57BL/6J小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Aβ42水平。

圖5 大腦皮質(zhì)和海馬組織Aβ42相對(duì)含量

3 討論

大腦是人體最高級(jí)神經(jīng)中樞，新陳代謝十分旺盛。盡管重量僅占體重的2%～3%，卻是人體消耗氧氣和能量最高的器官，占人體總氧氣消耗量的20%以上。因大腦本身不具備儲(chǔ)存氧氣及能量的功能，需要血液通過高度復(fù)雜的腦血管組織向大腦運(yùn)輸氧氣、葡萄糖和營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)在小動(dòng)脈和微血管處進(jìn)行物質(zhì)交換，帶走代謝產(chǎn)生的廢物。因此，穩(wěn)定充裕的CBF供應(yīng)對(duì)于維持大腦正常生理功能具有重要作用。近些年來研究發(fā)現(xiàn)，AD 的病理過程與CBF 關(guān)系密切。AD 最早期的癥狀就是CBF減少[5，6]，腦灰質(zhì)內(nèi)血流量減少可達(dá)40%以上[7]。因此可將CBF減少作為AD發(fā)生的早期標(biāo)志[5]。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與野生型C57BL/6J小鼠相比，AD模型APP/PS1小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織CBF較低，分別僅為C57BL/6J小鼠CBF的84%和85%。

Aβ的產(chǎn)生是AD最為顯著的特征。先前的研究表明，Aβ對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞具有明顯的毒性作用，可以影響一氧化氮合酶的活性，減少NO 的生成[18]。而NO 具有擴(kuò)張血管的作用，因此Aβ能夠造成腦血管收縮，降低CBF。CBF 的減少又會(huì)促進(jìn)β-淀粉樣蛋白前體蛋白APP 轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸拘宰饔玫腁β[9]。目前對(duì)外源性Aβ的效應(yīng)研究還主要集中在動(dòng)脈和小動(dòng)脈上[8]，而腦內(nèi)大多數(shù)血管阻力位于微血管[19]。Nortley 等的研究結(jié)果表明Aβ能夠刺激微血管周細(xì)胞，引發(fā)AD患者及AD模型小鼠腦部微血管收縮，降低CBF，這可能是AD 早期CBF減少的主要原因[10]。微血管周細(xì)胞是具有伸縮性的平滑肌細(xì)胞樣細(xì)胞，覆蓋在微血管的基底面，其主要功能是參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)微血管收縮性、內(nèi)皮細(xì)胞活性及巨噬細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)。研究人員發(fā)現(xiàn)，Aβ聚集在AD 患者及AD 模型小鼠腦部微血管周圍，誘導(dǎo)周細(xì)胞內(nèi)的NADPH氧化酶產(chǎn)生ROS，ROS能夠激活周細(xì)胞內(nèi)皮素-1A（endothelin-1 type A，ETA）受體，釋放具有強(qiáng)烈收縮血管功能的活性肽ET-1，從而引發(fā)周細(xì)胞和微血管的強(qiáng)烈收縮[10]。研究人員通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)這種收縮足以使CBF減半，這與受AD影響的CBF減少相當(dāng)。而抑制周細(xì)胞引發(fā)的微血管收縮能夠減少AD 的能量缺乏和神經(jīng)退行性病變[10]。該項(xiàng)研究為早期預(yù)防和治療AD 開辟了一個(gè)全新領(lǐng)域。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中同樣發(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Aβ含量、ROS 水平以及ET-1 的分泌量較高，這可能是造成大腦皮質(zhì)和海馬組織CBF 降低的主要原因。

長期的有氧訓(xùn)練能夠改善AD 模型小鼠的空間記憶能力并延緩認(rèn)知功能衰退進(jìn)程[20]。經(jīng)常參加體育運(yùn)動(dòng)的老年人AD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)顯著降低[21]。此外，參加體育運(yùn)動(dòng)的AD 患者腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）水平降低[22]。這為預(yù)防和改善AD提供了一種健康可行且有效的策略，但是相關(guān)的生物學(xué)機(jī)制尚不明確。

體育運(yùn)動(dòng)能夠顯著改善腦血管功能，提高CBF。在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，將30名輕度認(rèn)知障礙患者隨機(jī)分為兩組，進(jìn)行12個(gè)月的干預(yù)，一組進(jìn)行有氧訓(xùn)練，另一組作為對(duì)照僅進(jìn)行伸展訓(xùn)練，兩組均進(jìn)行25～30 分鐘的訓(xùn)練，每周3次，12個(gè)月后有氧訓(xùn)練組受試者心肺功能和記憶功能得到改善，并且與拉伸組相比，其腦前扣帶回皮質(zhì)CBF增加；此外，個(gè)體間的記憶改善程度與前扣帶回皮質(zhì)和鄰近前額葉皮質(zhì)的CBF增加有關(guān)[23]。在一項(xiàng)對(duì)帕金森病患者的干預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過2 個(gè)月的上肢運(yùn)動(dòng)后，神經(jīng)影像學(xué)分析顯示，與訓(xùn)練前相比，左側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)和小腦皮質(zhì)的CBF明顯增加，雙側(cè)蒼白球與右側(cè)中央蓋、右側(cè)后扣帶回和左側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的功能連接增強(qiáng)[24]。Borror等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，在急性有氧運(yùn)動(dòng)后，CBF 和氧化應(yīng)激增加，并且促進(jìn)了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF 的釋放，從而解釋了認(rèn)知能力的提高。運(yùn)動(dòng)引起CBF增加并能介導(dǎo)血管生成生長因子的局部誘導(dǎo)和全身釋放。長期有氧運(yùn)動(dòng)可以改變基因表達(dá)，增加動(dòng)脈直徑，并從原先存在的微血管處分支生成新的微血管，血管細(xì)胞基因表達(dá)的改變和微血管的生成增加了血流能力，從而改善血流控制[26]。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，8 周有氧運(yùn)動(dòng)后，APP/PS1和C57BL/6J小鼠學(xué)習(xí)記憶和空間記憶能力提高，大腦皮質(zhì)和海馬組織血流量增加。分析其原因可能是8周有氧運(yùn)動(dòng)降低了Aβ水平，抑制了ROS的產(chǎn)生，從而能夠有效抑制周細(xì)胞ETA受體的激活，減少ET-1的釋放，抑制了毛細(xì)血管收縮，提高CBF 和認(rèn)知水平，從而延緩和改善神經(jīng)退行性特征。

4 結(jié)論

β-淀粉樣蛋白能夠誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生，提升內(nèi)皮素1 的含量，造成大腦皮質(zhì)和海馬組織血流量降低。而8 周有氧運(yùn)動(dòng)能夠降低APP/PS1 小鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中β-淀粉樣蛋白含量和活性氧水平，減少內(nèi)皮素1的釋放，提高腦血流量和認(rèn)知水平，對(duì)延緩和改善阿爾茨海默癥具有積極作用。