唐 偉，王 霆

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跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力及紋狀體BDNF表達(dá)的影響

唐 偉1，王 霆2

跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可以改善腦卒中大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，然而機(jī)制尚不清楚。因此，通過觀察4周強(qiáng)迫跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)短暫大腦中動(dòng)脈(MCAO，middle cerebral artery occlusion)栓塞大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力、血漿皮質(zhì)酮(Cort)及紋狀體氨基酸水平和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF(brain-derived neurotrophic factor)表達(dá)的影響，研究跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)改善MCAO大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的可能機(jī)制。方法：45只SD大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、腦缺血模型組及腦缺血運(yùn)動(dòng)組，腦缺血模型組及運(yùn)動(dòng)組大鼠制備MCAO短暫缺血模型，隨后腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠進(jìn)行4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)結(jié)束后通過水迷宮實(shí)驗(yàn)測(cè)試所有大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的變化，隨后放射免疫法測(cè)試大鼠血漿Cort含量，采用高效液相-電化學(xué)方法檢測(cè)紋狀體Glu、GABA的含量，用免疫組織化學(xué)結(jié)合圖像半定量方法對(duì)紋狀體BDNF神經(jīng)元的數(shù)量及面積進(jìn)行測(cè)量和分析。結(jié)論：大腦中動(dòng)脈(MCAO)短暫缺血大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力可以通過進(jìn)行長(zhǎng)期跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)得到改善，其原理極有可能與長(zhǎng)期跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)上調(diào)紋狀體BDNF的表達(dá)，拮抗HPA軸功能亢進(jìn)及興奮性氨基酸的毒性，抑制神經(jīng)元的壞死及凋亡，促進(jìn)腦缺血后損傷神經(jīng)元的修復(fù)有關(guān)。

跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)；大腦中動(dòng)脈栓塞大鼠；學(xué)習(xí)記憶；皮質(zhì)酮；氨基酸；紋狀體

腦卒中是世界上死亡率及致殘率最高的疾病之一，其中腦梗塞最為常見。大腦中動(dòng)脈(MCAO)栓塞是腦卒中的常見原因，因此，大腦中動(dòng)脈栓塞再灌注模型可以較好地模擬臨床腦卒中的病理過程而常被使用。研究發(fā)現(xiàn)[1-3]：跑臺(tái)訓(xùn)練對(duì)腦缺血有保護(hù)作用，然而具體機(jī)制尚不清楚。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，紋狀體是缺血性卒中比較敏感的核心區(qū)域之一，且紋狀體Glu(谷氨酸)、GABA神經(jīng)元含量較多[4]。許多研究證實(shí)，腦缺血過程中腦內(nèi)特別是缺血中心區(qū)域氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)尤其是興奮性氨基酸，例如谷氨酸(G1u)的過量釋放是缺血性腦損傷的重要因素之一，在腦缺血神經(jīng)功能的損害中起著關(guān)鍵作用[5]。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF屬于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族成員，研究報(bào)道，BDNF不僅涉及神經(jīng)發(fā)育，而且在腦卒中后損傷神經(jīng)元再生修復(fù)方面發(fā)揮重要作用[6]。近年來，圍繞腦缺血急性期大腦BDNF的變化研究較多[7]；但是有關(guān)腦缺血后BDNF后期變化相關(guān)文獻(xiàn)較少，而且長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)改善腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的機(jī)制尚不清楚，因此本實(shí)驗(yàn)通過復(fù)制大鼠大腦中動(dòng)脈(MACO)栓塞再灌注模型，觀察長(zhǎng)期跑臺(tái)訓(xùn)練對(duì)MCAO模型大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力、紋狀體氨基酸水平及BDNF表達(dá)的變化，探討跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)MCAO模型大鼠空間學(xué)習(xí)記憶能力的可能機(jī)制。

1 材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及具體分組

健康雄性SD大鼠45只，鼠齡3個(gè)月，體質(zhì)量220～230 g，室溫(25±1)℃，濕度(55±10)%，大鼠自由攝食、飲水。將45只大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組(SO)，腦缺血模型組(CM)及腦缺血運(yùn)動(dòng)組(CE)。

1.2 動(dòng)物MCAO模型制備

模型組和運(yùn)動(dòng)組大鼠制作MCAO動(dòng)物模型[8]。水合氯醛(4%，10 mL/kg)麻醉大鼠后，大鼠頸部正中被切開，分離右側(cè)頸總動(dòng)脈(CCA)、頸內(nèi)動(dòng)脈(ICA)和頸外動(dòng)脈(ECA)。結(jié)扎右側(cè)ECA遠(yuǎn)心端，斜剪一切口，將預(yù)先處理過的直徑0.25 mm的尼龍線圓鈍端沿切口插入近心端，將尼龍線沿右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈走向緩慢推進(jìn)18～20 mm，直至尼龍線頂端有阻塞感，以阻斷右大腦中動(dòng)脈入口，造成右側(cè)大腦中動(dòng)脈供血區(qū)的缺血，90 min后緩慢退出尼龍線實(shí)施再灌流。在實(shí)驗(yàn)過程中，大鼠肛溫控制在(37±0.5)℃，待清醒后放回籠中。假手術(shù)組除不阻塞大腦中動(dòng)脈，其他手術(shù)步驟同腦缺血模型組。

參考Longa方法評(píng)價(jià)模型是否成功的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：無神經(jīng)損傷癥狀(0分)，不能完全伸展左側(cè)前爪(1分)，向左側(cè)轉(zhuǎn)圈(2分)，向左側(cè)傾倒(3分)，不能自發(fā)行走，意識(shí)喪失(4分)。剔除0分、4分及死亡大鼠，1～3分的大鼠入選本次實(shí)驗(yàn)。

1.3 訓(xùn)練方案

MCAO模型組與假手術(shù)組大鼠置于普通籠內(nèi)常規(guī)飼養(yǎng)，期間可自由活動(dòng)，進(jìn)食飲水。MCAO運(yùn)動(dòng)組大鼠在術(shù)后4 d予以強(qiáng)迫跑臺(tái)訓(xùn)練，連續(xù)4周，每天30 min，跑臺(tái)坡度為0°。跑速如下：第1天4 m/min，第2天8m/min，接下來每天12 m/min[9]。

1.4 水迷宮實(shí)驗(yàn)(MWM)

跑臺(tái)訓(xùn)練結(jié)束后第2天，用Morris水迷宮評(píng)估大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。水迷宮為圓形水槽，直徑150 cm，直徑14 cm的平臺(tái)放在水池西北象限的中央，平臺(tái)低于水面l cm，水溫24 ℃，實(shí)驗(yàn)程序包括5 d定位航行實(shí)驗(yàn)，定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)束后24 h測(cè)試大鼠空間探索實(shí)驗(yàn)，迷宮上方安置攝像機(jī)記錄大鼠游泳軌跡[10]。

1)定位航行實(shí)驗(yàn)：為了讓實(shí)驗(yàn)大鼠熟悉迷宮環(huán)境，要在實(shí)驗(yàn)前1天將其放進(jìn)沒有平臺(tái)的水槽中讓其自由游泳2 min，隨后進(jìn)行5 d的定位航行實(shí)驗(yàn)，要求每天將大鼠面向池壁，從東、西、南、北4個(gè)入水點(diǎn)下水，共訓(xùn)練4次，每只大鼠允許其在2 min內(nèi)找到平臺(tái)，如果在2 min后大鼠仍未找到平臺(tái)，就將逃避潛伏期記作2 min，并協(xié)助引導(dǎo)其到平臺(tái)上停留15 s后用吹風(fēng)機(jī)吹干大鼠放進(jìn)鼠籠，10～15 min后進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。最后要統(tǒng)計(jì)4次訓(xùn)練后大鼠逃避潛伏期成績(jī)的平均值來作為當(dāng)日的最終成績(jī)。

3)空間探索實(shí)驗(yàn)：完成定位航行實(shí)驗(yàn)后的第2天，從水中撤出平臺(tái)，由4個(gè)入水點(diǎn)中任一入水點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)大鼠放入水中，并記錄每只大鼠2 min跨越原平臺(tái)的次數(shù)及在原平臺(tái)象限停留的時(shí)間。

1.5 大鼠腦組織紋狀體谷氨酸及γ-氨基丁酸含量測(cè)定

每組6只大鼠水迷宮行為測(cè)試結(jié)束后即刻斷頭取腦，首先于冰盤上迅速分離紋狀體(大腦右側(cè))，稱重，然后在冰上制備大鼠大腦組織紋狀體的勻漿，需要加入0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液，隨后進(jìn)行15 min(3 500 r/min)的離心，接著提取出清液1 mL，最后根據(jù)在試劑盒上的具體說明測(cè)定實(shí)驗(yàn)大鼠大腦組織的紋狀體組織勻漿中Glu及GABA的具體含量。

1.6 紋狀體BDNF取材與切片

每組剩余5只大鼠行為測(cè)試結(jié)束后即刻，經(jīng)腹腔注射戊巴比妥鈉(100 mg/kg)麻醉，開胸，用4%多聚甲醛常規(guī)灌注，去除大腦，蔗糖溶液后固定。在固定后使用石蠟包埋，然后將腦組織進(jìn)行冠狀位切片，片厚5 μm，接著對(duì)BDNF免疫組織進(jìn)行化學(xué)染色。將石蠟切片置于65 ℃烤箱中烘烤1 h，二甲苯脫蠟2次，加入3%的雙氧水-甲醇液在室溫下孵育10 min，隨后再滴加腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子兔抗鼠血清第1抗體(配比1∶50，37 ℃孵育1 h)，PBS液洗3次，每次5 min，隨后加入生物素標(biāo)記的羊抗兔第2抗體50 μL，37 ℃孵育1 h；接著DAB室溫顯色15 min，再進(jìn)行蘇木素復(fù)染并裱片，然后梯度酒精脫水、透明，最后封片。

1.7 大鼠血漿皮質(zhì)酮含量測(cè)試

在行為測(cè)試即刻結(jié)束后，腹腔注射戊巴比妥鈉(100 mg/kg)麻醉，在進(jìn)行灌注和斷頭取腦時(shí)，從每只大鼠的左心室取血2 mL，4 ℃下進(jìn)行3 500 r/min的離心10 min，吸棄掉上清液并分離血漿后，置于-70 ℃的低溫冰箱中冷凍保存，嚴(yán)格按照操作說明書來測(cè)定實(shí)驗(yàn)大鼠血漿皮質(zhì)酮的含量。

1.8 實(shí)驗(yàn)圖像分析及統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用數(shù)碼高倍生物顯微鏡拍攝并借助形態(tài)學(xué)顯微圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，參照大鼠腦立體定位圖譜隨機(jī)選取紋狀體相同區(qū)域的5個(gè)視野，對(duì)大鼠缺血側(cè)紋狀體區(qū)BDNF(400倍)的陽(yáng)性細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)及面積的測(cè)定，如圖1、2所示。

圖 1 冠狀位下紋狀體截面，箭頭所示(→)

圖 2 紋狀體BDNF陽(yáng)性神經(jīng)元分布(10×10，10×40)

2 研究結(jié)果

2.1 術(shù)后大鼠觀察

MCAO術(shù)后多數(shù)大鼠于1～2 h內(nèi)清醒，對(duì)照組清醒后進(jìn)

食及活動(dòng)很好，未見明顯神經(jīng)功能缺損癥狀，術(shù)后24 h所有MCAO大鼠均可自由飲水及攝食，術(shù)后48 h MCAO大鼠神經(jīng)功能下降有所恢復(fù)，72 h后大部分大鼠神經(jīng)功能缺失表現(xiàn)不明顯，術(shù)中及術(shù)后2 d腦缺血模型組及運(yùn)動(dòng)組大鼠各死亡2只。

2.2 跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)MCAO大鼠水迷宮實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)的結(jié)果

2.2.1 跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)MCAO大鼠定位航行實(shí)驗(yàn)逃避潛伏期的影響

如圖3所示，由表1可知，各組大鼠5 d內(nèi)尋找平臺(tái)的時(shí)間越來越短，表明大鼠在5 d的游泳訓(xùn)練中對(duì)尋找隱藏在水中的平臺(tái)均有一定的記憶能力。假手術(shù)組大鼠平均逃避潛伏期很快下降，而腦缺血模型組及運(yùn)動(dòng)組大鼠平均逃避潛伏期緩慢下降，且波動(dòng)很大。每組大鼠縱向數(shù)據(jù)表明：從水迷宮訓(xùn)練的第l天起，腦缺血模型組大鼠比假手術(shù)組大鼠逃避潛伏期明顯延長(zhǎng)(P<0.01)。腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠水迷宮訓(xùn)練的第l～3天逃避潛伏期顯著高于假手術(shù)組(P<0.01)，第4～5天開始差異較穩(wěn)定，但仍具有顯著性(P<0.05)；腦缺血模型組大鼠從水迷宮訓(xùn)練的第4～5天逃避潛伏期明顯短于模型組大鼠(P<0.05)。

表 1 大鼠Morris水迷宮定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)果 s

注：與腦缺血模型組比較，*為P<0.05，**P<0.01；與假手術(shù)組比較，#為P<0.05，##為P<0.01。下同。

注：免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示腦缺血模型組大鼠紋狀體BDNF陽(yáng)性神經(jīng)元表達(dá)(→)與假手術(shù)組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)4周后運(yùn)動(dòng)組大鼠紋狀體BDNF免疫陽(yáng)性神經(jīng)元表達(dá)與模型組比較顯著增強(qiáng)(→)。

bar=50 μm (2AC)。

圖 3 缺血側(cè)紋狀體BDNF陽(yáng)性神經(jīng)元分布

2.2.2 跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)MCAO大鼠空間探索實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響

由表2可知：2 min內(nèi)，與假手術(shù)組大鼠比較，腦缺血模型組大鼠初次找到原平臺(tái)的時(shí)間延長(zhǎng)(P<0.01)，延長(zhǎng)幅度為105%，穿越站臺(tái)次數(shù)較假手術(shù)組均明顯減少(P<0.01)，減少幅度為65%；與模型組比較，腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠初次找到原平臺(tái)的時(shí)間顯著縮短(P<0.05)，縮短幅度為30%，穿越站臺(tái)次數(shù)顯著增多(P<0.01)，增加幅度為74%。

2.3 各組大鼠血漿皮質(zhì)酮及紋狀體Glu及GABA測(cè)試結(jié)果

表3結(jié)果顯示：與假手術(shù)組比較，模型組大鼠紋狀體Glu含量顯著增加2.09倍(P<0.01)，GABA含量顯著下降(P<0.01)，下降幅度為40%；腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠Glu含量與模型組相比顯著下降(P<0.01)，下降幅度為41%，GABA含量比模型組顯著增高(P<0.05)，增加幅度為31%。腦缺血模型組大鼠與假手術(shù)組比較血漿Cort含量顯著增加(P<0.05)，上升幅度為42%；腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠血漿Cort含量與假手術(shù)組比較，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)過4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，與腦缺血模型組比較，腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠血漿Cort含量顯著下降(P<0.05)，下降幅度為28%。

表 2 大鼠Morris水迷宮空間探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表 3 各組大鼠血漿Cort及紋狀體谷氨酸及

2.4 各組大鼠缺血側(cè)紋狀體BDNF表達(dá)結(jié)果

圖2所示，光鏡下可見紋狀體內(nèi)分布有大量的BDNF，低倍鏡下為褐色小圓點(diǎn)(如圖2A所示)，高倍鏡下BDNF神經(jīng)元大小不一，胞核淡染，胞漿染色為深褐色，胞體形態(tài)多種多樣呈橢圓形或圓形(如圖2B所示)。

圖像分析結(jié)果顯示(見表4，并如圖3所示)：腦缺血模型組大鼠缺血側(cè)紋狀體BDNF陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)與假手術(shù)組比較，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；與假手術(shù)組比較，腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠紋狀體BDNF數(shù)量及面積均顯著增多(P<0.01，P<0.01)，增加幅度分別為75%及72%；與腦缺血模型組大鼠比較，腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠紋狀體BDNF陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量及面積均顯著增加(P<0.01，P<0.01)，增加幅度分別為45%及47%。

表 4 各組大鼠右側(cè)紋狀體BDNF陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)和

3 討論

本研究通過水迷宮實(shí)驗(yàn)證實(shí)：短暫大腦中動(dòng)脈栓塞嚴(yán)重削弱了大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，而4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)顯著增強(qiáng)了腦缺血大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，具體表現(xiàn)為水迷宮實(shí)驗(yàn)中腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠逃避潛伏期縮短，平臺(tái)停留時(shí)間延長(zhǎng)，穿越站臺(tái)次數(shù)增加，與前期學(xué)者研究結(jié)果一致[11]。皮質(zhì)酮是HPA軸的重要激素，Milot等[12]采用結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈和造成大鼠腦缺血再灌注模型，皮質(zhì)酮過度分泌一直延續(xù)到缺血后1個(gè)星期，說明腦缺血再灌注后伴發(fā)HPA軸功能紊亂，導(dǎo)致皮質(zhì)酮含量增高對(duì)腦功能造成一定損害，與腦缺血引起的學(xué)習(xí)記憶能力下降有關(guān)。我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大鼠單側(cè)(右側(cè))大腦中動(dòng)脈栓塞28 d大鼠Cort水平顯著高于假手術(shù)組，學(xué)習(xí)記憶能力下降，可能與應(yīng)激激素Cort 的過度分泌有關(guān)。研究認(rèn)為，25～30 m/min的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可提高腦缺血大鼠的血清皮質(zhì)酮水平[11]，并且Kim等研究認(rèn)為，9 m/min的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可以恢復(fù)應(yīng)激障礙等疾病引起的HPA軸失調(diào)[13]；因此，為了避免跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)腦缺血大鼠的應(yīng)激刺激本實(shí)驗(yàn)大鼠的跑臺(tái)速度為4、8、12 m/min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠血漿皮質(zhì)酮水平顯著低于腦缺血組大鼠，因此，可以認(rèn)為4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)改善腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力與血漿皮質(zhì)酮水平下降有關(guān)。

關(guān)于腦缺血導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶能力下降的機(jī)制目前還在研究階段，腦內(nèi)Glu/GABA 調(diào)節(jié)系統(tǒng)是近年研究的熱點(diǎn)[14]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中氨基酸遞質(zhì)可分為興奮性(主要是Glu)和抑制性(主要是GABA)2類。Glu在學(xué)習(xí)記憶、尤其在誘導(dǎo)LTP的過程中起關(guān)鍵作用，并且成為成人大腦損傷的重要機(jī)制[15]。Campos等[16]研究發(fā)現(xiàn)腦缺血時(shí)Glu釋放量與缺血時(shí)間呈正相關(guān)，即缺血時(shí)間愈長(zhǎng)，神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸釋放量愈多。GABA是抑制性氨基酸的重要成員之一，是腦內(nèi)主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，可拮抗Glu的毒性，對(duì)腦缺血神經(jīng)元損傷有保護(hù)作用。研究認(rèn)為：在慢性腦缺血損傷早期，Glu升高的同時(shí)，突觸前谷氨酸受體可以增加GABA的釋放，可通過突觸前抑制作用，減少Glu的釋放，減輕其興奮性毒性作用[17]；但在腦缺血持續(xù)的病理?yè)p傷過程中，GABA的合成會(huì)被關(guān)閉，繼之GABA逐漸耗竭[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，大鼠短暫大腦中動(dòng)脈栓塞28 d后，紋狀體Glu含量顯著增加，同時(shí)GABA水平顯著下降。臨床及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，體育鍛煉具有神經(jīng)保護(hù)作用，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)可以通過減弱腦缺血大鼠的氧化應(yīng)激、改善腦血流量、維護(hù)神經(jīng)與血管的完整性增強(qiáng)大鼠學(xué)習(xí)記憶能力[19]，而Zhang等[20]認(rèn)為跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)預(yù)干預(yù)可以防止腦缺血引起的腦細(xì)胞后續(xù)損害，減輕炎癥反應(yīng)，抑制谷氨酸過多釋放，保護(hù)血腦屏障，抑制細(xì)胞凋亡。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠紋狀體Glu水平減少，GABA水平增加，并且腦缺血運(yùn)動(dòng)組大鼠學(xué)習(xí)記憶能力顯著增強(qiáng)，可能是因?yàn)樯叩腉ABA抑制性的影響谷氨酸調(diào)節(jié)的神經(jīng)活動(dòng)，降低其神經(jīng)毒性，從而增強(qiáng)腦缺血大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。

紋狀體是小腦基底神經(jīng)節(jié)中的一個(gè)核團(tuán)，在學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)中起關(guān)鍵作用，紋狀體神經(jīng)元對(duì)大腦中動(dòng)脈栓塞引起的腦缺血非常敏感，是腦卒中的易發(fā)部位之一[21]。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF由海馬和紋狀體等區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞分泌，通過作用于受體激酶促進(jìn)神經(jīng)組織的生存和分化，并且在參與腦缺血損傷的再生修復(fù)等方面發(fā)揮重要作用。大量研究表明，腦缺血會(huì)導(dǎo)致大腦BDNF的表達(dá)，并且BDNF的表達(dá)與腦缺血后梗死面積及腦缺血后損傷的神經(jīng)功能恢復(fù)有關(guān)，并且有時(shí)間依賴性[22]。國(guó)內(nèi)徐正東等研究發(fā)現(xiàn)，即MCAO后6 h在大腦皮質(zhì)表達(dá)增強(qiáng)，l d 達(dá)高峰，在以后的時(shí)間點(diǎn)逐漸下降，7 d之后仍有表達(dá)，但低于對(duì)照組，證明了大鼠腦缺血后早期可誘發(fā)BDNF的大腦皮質(zhì)表達(dá)增加，對(duì)受損神經(jīng)元修復(fù)起一定作用[23]。在本研究中，我們通過免疫組織化學(xué)染色法測(cè)試了大鼠紋狀體BDNF的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)大鼠單側(cè)(右側(cè))大腦中動(dòng)脈栓塞28 d模型組大鼠紋狀體缺血側(cè)BDNF表達(dá)與假手術(shù)組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示腦缺血狀態(tài)下紋狀體BDNF的應(yīng)激性高表達(dá)難以維持較長(zhǎng)時(shí)間，隨著腦缺血-再灌注時(shí)間的延長(zhǎng)紋狀體在腦缺血損傷過程中組織自我修復(fù)能力低下有關(guān)，這可能是腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降的機(jī)制之一。

國(guó)外學(xué)者研究認(rèn)為，自愿運(yùn)動(dòng)及強(qiáng)迫跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)均可通過上調(diào)海馬BDNF表達(dá)增強(qiáng)大鼠認(rèn)知能力[24]，且研究表明低強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可改善大腦中動(dòng)脈栓塞大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力[25]；而Kima等[26]發(fā)現(xiàn)2周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)增加了腦缺血大鼠海馬BDNF mRNA的水平，但對(duì)大鼠的運(yùn)動(dòng)功能及空間學(xué)習(xí)記憶能力沒有改善。因此，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)為4周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MCAO模型大鼠經(jīng)過4周中等強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)缺血側(cè)紋狀體BDNF表達(dá)明顯增強(qiáng)，提示腦缺血大鼠經(jīng)過長(zhǎng)期跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)認(rèn)知能力改善可能與紋狀體BDNF表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)缺血后損傷神經(jīng)元的修復(fù)有關(guān)。最近研究報(bào)道腦缺血后高表達(dá)的BDNF可以通過下調(diào)NMDA受體功能，減少谷氨酸的分泌從而削弱谷氨酸的神經(jīng)毒性，參與腦缺血損傷保護(hù)過程[27]；因此，本實(shí)驗(yàn)中跑臺(tái)訓(xùn)練在大鼠腦缺血神經(jīng)元損傷后學(xué)習(xí)記憶能力增強(qiáng)的機(jī)制之一，可能是通過上調(diào)紋狀體BDNF的表達(dá)，拮抗HPA軸功能亢進(jìn)及興奮性氨基酸的毒性，抑制腦缺血神經(jīng)元的壞死及凋亡，促進(jìn)損傷神經(jīng)元的修復(fù)而起到腦保護(hù)作用，具體原理需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

4周跑臺(tái)鍛煉可以增強(qiáng)MCAO大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，可能與此運(yùn)動(dòng)上調(diào)腦缺血大鼠紋狀體BDNF的表達(dá)，拮抗HPA軸功能亢進(jìn)及興奮性氨基酸的毒性，抑制缺血神經(jīng)元的壞死及凋亡，促進(jìn)腦缺血后損傷神經(jīng)元的修復(fù)有關(guān)，提示紋狀體可能是運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的作用腦區(qū)之一，且這一作用可能是由跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)腦缺血大鼠紋狀體Glu、GABA水平使其保持興奮-抑制平衡及上調(diào)紋狀體BDNF共同介導(dǎo)的。

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Effects of Treadmill Training on Learning and Memory and BDNF Expression within Striatum after Cerebral Ischemia Rats

TANG Wei1,WANG Ting2

Treadmill exercise may enhance the recovery of impaired memory function in stroke rats.However,the mechanisms underlying these beneficial effects are not yet known.Therefore,the purpose of this study was to investigate the effects of the 4-week forced treadmill exercise on the learning and memory,the blood plasma cort content,amino acid levels and BDNF expression within striatum of brain after MCAO(transient middle cerebral artery occlusion) rats,inquiring into the possible mechanism of treadmill exercise improving learning and memory of MCAO rats.Methods:45 male SD rats were randomly allocated to 3 groups,sham operation group(SO),cerebral ischemia model group(CM) and cerebral ischemia exercise group(CE).The rats of CM and CE group rats were submitted to the transient middle cerebral artery occlusion,and then the CE group rats received 4-week forced treadmill exercise.Then all rats were submitted to behavioral testing for spatial memory by the Morris water maze;then the blood plasma cort content was detected by radioimmunoassay.Subsequently the concentration of Glu and GABA were examined by high performance liquid- electrochemical detection and BDNF expression within striatum was detected and analysised by using immuneohistochemical method.Conclusion:Treadmill exercise may improve the learning and memory ability after MCAO rats,its mechanism might be that treadmill exercise upregulate BDNF expression,overactive HPA axis antagonism and decrease Glu neurotoxicity within striatum,inhibit neuronal necrosis and apoptosis and promote the repair of damage neurons.

treadmill exercise;MCAO model rats;learning and memory;Cort;amino acid;BDNF

2015-09-16

中北大學(xué)科學(xué)基金(2015—2016)。

唐偉(1980-)，男，山東萊州市人，碩士，講師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。

1.中北大學(xué)體育學(xué)院，山西 太原 030051；2.山西大學(xué)體育學(xué)院，山西 太原 030006

1.School of Sport and Physical Education,North University of China,Taiyuan 030051,China;2.School of Physical Education,Shanxi University,Taiyuan 030006,China.

G 804.2

1009-783X(2016)06-0572-05

A