运动训练增强小鼠空间学习记忆能力及海马神经发生的观察

摘要

背景：海马区是成年哺乳动物脑内神经发生的重要区域,该区域存在多向分化潜能的神经前体细胞,这些细胞常常处于静止或休眠状态,在外界及内部因素的干预下,这些细胞可被激活,进行增殖并向不同的细胞类型分化。新生的神经元是学习和记忆的基础,动物实验证明饮食行为、丰富的环境、运动、过去习得的经验等可以促进神经前体细胞的增殖、生存并促进向神经元方向分化,有些因素如应激,衰老,皮质醇的水平可抑制神经前体细胞的增殖,进而影响学习记忆及神经元、突触的形态和功能,影响包括行为学、形态学、电生理学和生物化学(一些相关蛋白、神经相关因子的基因表达)等方面。对其调控因素的研究,将为研究学习记忆的机制及脑缺血、损伤、神经系统退行性疾病的治疗提供新的思路。
　　 运动作为一种有效的刺激方式可促进神经的发生,并促进神经前体细胞向神经元分化,提高学习和记忆能力。目前国内外主要研究自主运动对神经发生及学习记忆的影响,研究发现主动运动小鼠空间学习及记忆能力增强,因动物个体的差异、其主动运动量及运动时间无法控制,故无法准确评价运动量及运动时间对神经发生的影响。被动运动可控制动物的运动量及运动时间,研究发现强迫运动提高小鼠水迷宫学习记忆能力,目前对动物被动运动研究多采用强迫游泳及踏转轮机,与人类康复训练差异较大,本实验通过自制改装跑步机强迫动物运动,来评价规律运动及不规律运动对神经发生、动物应激反应及学习记忆的影响,期望建立一种更符合人类康复训练过程的方法。
　　 目的：采用不同种类的中度强迫运动,观察规律和不规律的运动对C57小鼠学习记忆能力、应激反应、海马齿状回新生神经前体细胞的增殖存活及成熟的影响。
　　 材料与方法：清洁级C57BL/6雄性小鼠72只(均为3月龄)由河南省实验动物中心提供。实验过程中对动物的处置参照国家科学技术部发布的《关于善待实验动物的指导性意见》,自由摄食饮水,室温保持在(23±2)℃,相对湿度40％～60%。实验分为两部分,第一部分:将C57BL/6雄性小鼠(48只)随机分为3组,A组规律运动训练组(n=16,定时定量)、B组不规律运动训练组(n=16,定时不定量)、C组对照组(n=16),对AB组小鼠进行为期4周的强迫运动训练,从正式训练第1天起对3组动物进行腹腔注射BrdU(50mg/kg),连续标记7天。采用Morris水迷宫检测小鼠空间学习记忆能力,第29处死动物,用免疫荧光双标法观察各组小鼠海马齿状回区BrdU与神经元核心抗原(Neuronal nucleiantigen,NeuN)双标记的情况。放射性免疫法检测小鼠静脉血皮质醇含量。第二部分:将C57BL/6雄性小鼠(24只)随机分为3组,A组规律运动训练组(n=8,定时定量)、B组不规律运动训练组(n=8,定时不定量)、C组对照组(n=8),从正式训练第1天起对3组动物进行腹腔注射BrdU(50mg/kg),连续标记7天,进行一周的强迫运动训练,第8天处死动物,免疫组织化学测定BrdU阳性细胞数。
　　 结果：定位航行试验中,第1、3、4、5天A组与BC组小鼠逃避潜伏期差异均有统计学意义(P＜0.05),B组与C组差异无统计学意义(P＞0.05);第2天AB组与C组差异有统计学意义(P＜0.05),A组与B组差异无统计学意义(P＞0.05);空间探索试验中,各组在平台象限时问均高于其他象限,A组与B组在平台象限时间与其他象限时间差异有统计学意义(P＜0.05),C组在平台象限时间与邻近其他象限时间差异无统计学意义(P＞0.05)。其中A组在平台象限时间与其他两组比较均有统计学意义(P＜0.05)。第29天3组小鼠海马齿状回区BrdU和NeuN双阳性细胞相比较,A组＞B组＞C组,各组差异均有统计学意义(P＜0.05)。第8天3组小鼠海马齿状回区BrdU阳性细胞比较,A组＞B组＞C组,各组差异均有统计学意义(P＜0.05)。3组小鼠静脉血皮质醇含量,A组＜B组＜C组,各组间差异有统计学意义(P＜0.05)。
　　 结论：运动训练能增强C57小鼠学习记忆能力,并能促进海马新生神经前体细胞增殖、存活及分化成熟,其中规律运动训练较不规律运动训练更有效。