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跑步锻炼对转基因AD小鼠海马作用的研究

【摘要】:第一部分 跑步锻炼对不同时期转基因AD小鼠空间学习和记忆能力的作用目的:研究跑步锻炼对行为学改变前和行为学改变后的APP/PS1转基因小鼠空间学习和记忆能力的作用,为深入研究跑步锻炼延缓AD发生发展的神经生物学基础提供理论依据。方法:6月龄和12月龄雄性APP/PS1转基因小鼠各20只,以及相应月龄雄性野生型小鼠各10只。同一月龄的APP/PS1转基因小鼠随机分为对照组(AD Control)和跑步组(AD Runner),野生型小鼠则作为野生组(Wild-type)。分别对6月龄和12月龄的AD Runner小鼠进行温和、规律的跑步锻炼,AD Control小鼠和Wild-type小鼠则不进行跑步锻炼。跑步锻炼第一周上午按50 mg/kg的剂量对12月龄小鼠进行Brdu腹腔注射,持续7天;下午分别对6月龄和12月龄的AD Runner小鼠进行跑步锻炼干预,时间为20 min/天,速度从5m/min逐渐提高至10 m/min,持续5天,休息2天。自跑步锻炼第二周开始,停止对12月龄小鼠注射Brdu,继续对6月龄和12月龄的AD Runner小鼠进行跑步锻炼干预,时间为20 min/天,速度维持在10 m/min,每周锻炼5天,休息2天,为期4个月。运用Morris水迷宫测试小鼠的空间学习和记忆能力,第1~6天为定位航行实验,记录和分析小鼠每天的逃避潜伏期;第7天为空间探索实验,记录小鼠的穿台次数和小鼠在目标象限游泳的时间。结果:1、10月龄Wild-type小鼠,AD Control小鼠和AD Runner小鼠的逃避潜伏期存在显著性差异(p=0.007),其中,AD Control小鼠的逃避潜伏期较Wild-type小鼠的逃避潜伏期显著性延长(p=0.004),AD Runner小鼠的逃避潜伏期较AD Control小鼠的逃避潜伏期显著性缩短(p=0.009);2、10月龄Wild-type小鼠,AD Control小鼠和AD Runner小鼠穿越平台的次数和目标象限游泳的时间均存在显著性差异(p=0.003和p=0.000),其中,AD Control小鼠穿越平台的次数与Wild-type小鼠相比没有显著性差异(p=0.12),AD Runner小鼠穿越平台的次数较AD Control小鼠显著性增加(p=0.001);AD Control小鼠目标象限游泳的时间较Wild-type小鼠显著性缩短(p=0.000),AD Runner小鼠目标象限游泳的时间较AD Control小鼠显著性增加(p=0.006)。3、16月龄的Wild-type小鼠,AD Control小鼠和AD Runner小鼠的逃避潜伏期存在显著性差异(p=0.000),其中,AD Control小鼠的逃避潜伏期较Wild-type小鼠显著性延长(p=0.000),AD Runner小鼠的逃避潜伏期较AD Control小鼠的逃避潜伏期显著性缩短(p=0.002);4、16月龄的Wild-type小鼠,AD Control小鼠和AD Runner小鼠穿越平台的次数和目标象限游泳的时间均存在显著性差异(p=0.006和p=0.004),其中,AD Control小鼠穿越平台的次数较Wild-type小鼠显著性减少(p=0.002),AD Runner小鼠穿越平台的次数与AD Control小鼠相比没有显著性差异(p=0.050),AD Control小鼠目标象限游泳的时间较Wild-type小鼠显著性缩短(p=0.004),AD Runner小鼠目标象限游泳的时间较AD Control小鼠显著性增加(p=0.005)。结论:1、10月龄和16月龄的雄性APP/PS1转基因AD小鼠的空间学习和记忆能力均显著性减退。2、跑步锻炼不仅能够延缓早期转基因AD小鼠空间学习和记忆能力的减退,而且能够改善晚期转基因AD小鼠空间学习和记忆障碍。第二部分 跑步锻炼对早期转基因AD小鼠海马及海马有髓神经纤维的作用目的:研究跑步锻炼对行为学改变前的APP/PS1转基因小鼠海马结构改变的影响,以期找到跑步锻炼影响转基因AD小鼠空间学习和记忆能力的神经生物学基础,为今后寻找早期干预AD的行为学和药物手段提供理论依据。方法:对6月龄的APP/PS1转基因AD小鼠进行跑步锻炼干预后,从AD Runner小鼠、AD Control小鼠和Wild-type小鼠中各随机选取6只小鼠进行麻醉灌注,随机抽取一侧大脑半球,O.C.T包埋后于低温冷冻切片机中从头侧至尾侧依次切取40μm厚的连续冠状切片,按照体视学抽样方法对含有海马结构的组织切片进行7次随机等距离抽样,获取7组海马结构的连续等距离切片。选择第1组等距离组织切片进行尼氏染色,并通过体视学分析软件计算海马及海马CA1区和DG区的体积;余下的组织切片经过组织化学和免疫组织化学染色观察海马内老年斑的情况以及海马内有髓神经纤维髓鞘的分布情况。另一侧大脑半球进行1 mm等距连续脑组织切片,分别在海马CA1区和DG区内各随机抽取3个组织块制成电镜标本,运用体视学方法计算海马CA1区和DG区内有髓神经纤维总长度、总体积以及有髓神经纤维髓鞘的体积。结果:1、10月龄AD Control小鼠海马体积、海马CA1区体积和DG区体积均较相同月龄Wild-type小鼠海马的体积显著性减小(p=0.000,p=0.026和p=0.000);10月龄AD Runner小鼠海马体积、海马CA1区体积和DG区体积均显著性小于相同月龄AD Control小鼠(p=0.000,p=0.010和p=0.006)。2、10月龄Wild-type小鼠海马内没有老年斑沉积,而相同月龄AD Control小鼠和AD Runner小鼠海马内均有少量的老年斑沉积,但AD Runner小鼠海马内沉积的斑块数量少于AD Control小鼠海马内沉积的斑块数量。3、10月龄AD Control小鼠和AD Runner小鼠海马神经纤维髓鞘分布均较相同月龄Wild-type小鼠稀疏,而AD Control小鼠海马神经纤维髓鞘的分布较AD Runner小鼠海马神经纤维髓鞘的分布更为稀疏。4、10月龄AD Control小鼠海马CA1区内有髓神经纤维总长度与相同月龄Wild-type小鼠相比没有显著性差异(p=0.949),但其有髓神经纤维的体积及其髓鞘的体积较相同月龄Wild-type小鼠显著性减小(p=0.033和p=0.018);10月龄AD Runner小鼠CA1区内有髓神经纤维的总长度和总体积与相同月龄AD Control小鼠相比没有显著性改变(p=0.070和p=0.063),但其髓鞘的体积显著性大于相同月龄的AD Control小鼠(p=0.018)。5、10月龄AD Control小鼠海马DG区内有髓神经纤维的总长度与相同月龄Wild-type小鼠相比没有显著性差异(p=0.482),但有髓神经纤维及其髓鞘体积较相同月龄Wild-type小鼠显著性减小(p=0.037和p=0.007);10月龄AD Runner小鼠DG区内有髓神经纤维的总长度、有髓神经纤维及其髓鞘的体积均显著性大于AD Control小鼠(p=0.013,p=0.018和p=0.006)。结论:1、10月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马及海马CA1区和DG区明显萎缩,跑步锻炼能够延缓早期APP/PS1转基因AD小鼠海马及海马CA1区和DG区萎缩。2、10月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马内有少量的老年斑沉积,跑步锻炼能够减少早期APP/PS1转基因AD小鼠海马内老年斑的沉积。3、10月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马CA1区内有髓神经纤维及其髓鞘的体积显著性减少,跑步锻炼可以延缓转基因AD小鼠海马CA1区有髓神经纤维髓鞘体积的下降。4、10月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马DG区内有髓神经纤维及其髓鞘的体积均显著性减少,跑步锻炼不仅可以延缓转基因AD小鼠海马DG区有髓神经纤维及其髓鞘的体积丢失,还能延缓转基因AD小鼠海马DG区有髓神经纤维的总长度丢失。第三部分 跑步锻炼对晚期转基因AD小鼠海马及海马神经元的作用目的:研究跑步锻炼对行为学已经发生改变的APP/PS1转基因小鼠海马结构改变的影响,以期找到跑步锻炼改善转基因AD小鼠空间学习和记忆能力的神经生物学基础,为今后寻找缓解和治疗AD的行为学和药物手段提供结构基础。方法:对12月龄的APP/PS1转基因AD小鼠进行跑步锻炼干预后,从AD Runner小鼠、AD Control小鼠和Wild-type小鼠中各随机选取6只小鼠进行麻醉灌注,随机抽取一侧大脑半球,O.C.T包埋后于低温冷冻切片机中从头侧至尾侧依次切取50μm厚的连续冠状切片,按照体视学抽样方法对含有海马结构的组织切片进行6次随机等距离抽样,获取6组海马结构的连续等距离切片。选择第1组等距离组织切片进行尼氏染色,并通过体视学分析软件计算海马及海马CA1区和DG区的体积;余下的5组冰冻组织切片则随机选择2组分别进行甲苯胺蓝染色和anti-Brdu抗体免疫组织化学染色,运用体视学分析软件计算海马及海马CA1区和DG区内神经元的数目和Brdu+细胞的数目,余下的冰冻组织切片则经过组织化学染色、免疫组织化学染色和免疫荧光双标等方法观察海马内老年斑的情况以及海马内新生神经元的情况。结果:1、16月龄时,Wild-type小鼠、AD Control小鼠、AD Runner小鼠海马体积、海马CA1区体积和DG区体积均没有显著性差异。2、16月龄Wild-type小鼠海马内没有老年斑沉积,而相同月龄AD Control小鼠和AD Runner小鼠海马内均有大量的老年斑沉积,且AD Runner小鼠海马内沉积的斑块数量与AD Control小鼠相比有所减少。3、16月龄AD Control小鼠海马及海马CA1区、DG区内神经元的总数量均较相同月龄Wild-type小鼠显著性减少(p=0.003,p=0.020和p=0.010),16月龄AD Runner小鼠海马及DG区内神经元的总数量与相同月龄AD Control小鼠相比均显著性增加(p=0.005和p=0.013),但其海马CA1区内神经元的数量与AD Control小鼠相比没有显著性差异(p=0.200)。4、16月龄AD Control小鼠海马及DG区内Brdu+细胞的总数量均较相同月龄Wild-type小鼠显著性减少(p=0.027和p=0.004),而CA1区内Brdu+细胞的总数量与相同月龄Wild-type小鼠相比没有显著性差异(p=0.198);16月龄AD Runner小鼠海马及海马DG区内Brdu+细胞的总数量较相同月龄AD Control小鼠均显著性增加(p=0.040和p=0.004),而海马CA1区内Brdu+细胞的总数量与AD Control小鼠相比没有显著性差异(p=0.078)。5、16月龄Wild-type小鼠和AD Runner小鼠海马CA1区内可见少量新生神经元分布,而相同月龄AD Control小鼠海马CA1区内几乎观察不到有新生神经元分布。但是16月龄Wild-type小鼠、AD Control小鼠和AD Runner小鼠海马DG区内均可见新生神经元分布,其中以AD Control小鼠海马DG区内新生神经元分布最少。结论:1、野生型小鼠16月龄时海马及海马CA1区和DG区体积与相同月龄APP/PS1转基因AD小鼠没有显著性差异,跑步锻炼对晚期APP/PS1转基因AD小鼠海马及海马CA1区和DG区的萎缩没有延缓作用。2、16月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马内有大量的老年斑沉积,跑步锻炼能够减少晚期APP/PS1转基因AD小鼠海马内老年斑的沉积。3、16月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马及海马CA1区、DG区内神经元显著性丢失,跑步锻炼可以减少转基因AD小鼠海马及海马DG区内神经元的丢失。4、16月龄时,APP/PS1转基因AD小鼠海马DG区内新生神经元形成能力和存活能力减弱,跑步锻炼可以促进转基因AD小鼠海马DG区内新生神经元的形成和存活。

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