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游泳训练激活BDNF-CREB通路改善攻击模型大鼠攻击行为及学习记忆的研究

李羚  
【摘要】:研究目的:攻击是一种生物适应性行为,对于资源获取、领土建立等级观念有重要意义,然而在动物及人类临床研究表明攻击却是一种破坏性行为,并且这种行为能造成极其严重的后果,攻击行为一般都带有目的性和企图性,主要以损害他人的心理或身体状况为主,也存在自我伤害的行为。对攻击行为起到调控作用的神经通路是极其复杂的,并且调控这一行为的神经通路与控制动物情绪的环路极为相似,两种通路都包括大脑边缘叶、旁边缘叶,大脑皮质前额叶,大脑颞叶以及丘脑等区域。通路中的任何一环出现了问题,脑区的功能或结构发生异常改变都将对机体产生一定的影响,其中就包括攻击行为的产生和学习记忆的下降。脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是中枢神经发育、神经可塑性以及体内稳态的重要因子,可以保护海马神经元和完善大脑功能。有学者证实大脑BDNF水平降低容易导致抑郁症的发生和攻击行为的出现,BDNF的下调可以使海马神经元受损数目增加,神经元突触可塑性下降,海马神经元出现萎缩或死亡,对学习记忆及认知功能也造成一定的负面影响,临床上一般会大量采用药物手段来改善大脑BDNF水平,使之提高并产生抗抑郁的效果,BDNF蛋白表达量的上调对学习记忆也出现很大程度的改善。近年来,运动作为干预手段,可以缓解应激导致的攻击行为,改善不良情绪,提高学习记忆能力,成为干预攻击行为提高学习记忆的一种较为推崇的方式。本论文旨在探究运动对攻击模型大鼠攻击情绪及攻击行为的改善、对学习记忆的提高作用,对海马BDNF、TrkB和CREB蛋白表达水平的影响,以及是否通过BDNF/TrkB/CREB/BDNF这一环路来调控。研究方法:实验动物采用3月龄Sprague-Dawley(SD)雄性健康大鼠24只,体重约190g-220g,由西安交通大学医学院动物实验中心提供。进行一周的适应性饲养后,将大鼠随机分为四组,每组6只,分别是:A群居安静对照组;B组单笼饲养组;C组单笼饲养游泳组;D组群居入侵组。检测指标及方法:1、大鼠体重检测;2、大鼠行为学检测:(1)旷场实验:总路程、中央活动时间、站立次数、尿便次数;(2)Morris水迷宫实验:总路程、潜伏期、站台所在象限路程占总路程百分比、站台所在象限时间占总时间百分比;(3)攻击测试实验:攻击潜伏期、攻击次数。3、生化指标检测:酶联免疫吸附实验(ELISA)检测外周血清BDNF含量;Western Blot检测大鼠中枢海马区BDNF蛋白表达量、TrkB蛋白表达量、CREB蛋白表达量。研究结果:1、体重的结果显示大鼠体重的变化率随着时间的推移呈不同程度的增长,但是攻击行为和游泳训练会使大鼠的体重增长率出现一定的降低。2、旷场实验结果显示,适应周结束后,各组大鼠在总路程、中央活动时间、站立次数和尿便次数均无显著性差异;建模后,与安静组相比,攻击模型组总路程减少62.32%(P0.01)、中央活动时间减少63.60%(P0.01)、站立次数减少47.46%(P0.01);模型运动组总路程减少56.16%(P0.01)、中央活动时间减少58.16%(P0.01)、站立次数减少42.43%(P0.01);4周的游泳训练结束后,与安静组相比,攻击模型组总路程减少47.79%(P0.01)、中央活动时间减少56.85%(P0.01)、站立次数减少61.57%(P0.01);模型运动组总路程、中央活动时间、站立次数虽然也相对减少,但是趋势明显缩小,总路程减少38.08%(P0.05)、中央活动时间减少18.49%、站立次数减少30.78%(P0.05);与攻击模型组相比,模型运动组在4周的游泳训练后指标明显升高,中央活动时间升高47.06%(P0.05)、站立次数升高44.48%(P0.05);整个实验周期中尿便次数未出现明显差异。3、攻击实验测试结果显示攻击模型组自身前后相比较未在攻击潜伏期和攻击次数方面出现显著性差异,模型运动组自身前后相比较攻击潜伏期增加了 33.57%(P0.01)、攻击次数减少了 36.11%(P0.01);模型运动组与攻击模型组相比在攻击潜伏期和攻击次数均有显著变化。4、Morris水迷宫实验结果显示,建模后定位航行实验中各组大鼠的总路程和潜伏期随着学习天数的增加而逐渐减少,与安静组相比较,攻击模型组和模型运动组潜伏期明显延长(P0.05)。建模后空间探索实验中,除了穿越站台次数攻击模型组与安静组相比降低了 80.47%,模型运动组与安静组相比降低了 72.47%,其余三项指标均无差异性。运动后定位航行实验中从第一天起模型运动组与安静组总路程相比较表现出显著性差异(P0.05),但在第二天到第四天的学习测试中安静组与模型运动组无明显差异了;但是同攻击模型组总路程相比,模型运动组出现显著性差异(P0.05)。模型运动组与安静组潜伏期相比较也表现出显著性差异(P0.05)和极显著性差异(P0.01),4天的学习测试中攻击模型组学习能力最差,潜伏期与安静组相比低18.74%,与模型运动组相比低63.09%,与攻模型运动组相比表现出极显著性差异(P0.01)。运动后空间探索实验中,各组大鼠的总路程并未有明显差异,攻击模型组大鼠穿越站台次数与安静组相比降低71.43%(P0.01),与模型运动组相比降低64.03%(P0.05);站台象限时间占总时间的百分比与安静组相比少35.3l1%(P0.05),与模型运动组相比少42.57,%(P0.01);站台象限路程占总路程的百分比与安静组相比少40.81%(P0.05),与模型运动组相比少36.83%(P0.05)。5、ELISA酶联免疫吸附实验结果显示,与安静组进行对比,攻击模型组大鼠外周血清BDNF含量降低了 26.55%(P0.05),模型运动组大鼠外周血清BDNF含量升高了 14.38%;与攻击模型组相比,模型运动组外周血清BDNF升高了 37.11%(P0.01)。6、Western Blot实验结果显示,与安静组进行对比,4周游泳训练后模型运动组海马BDNF、TrkB和CREB蛋白表达量均有提升,攻击模型组BDNF和TrkB蛋白表达量表现出显著性差异(P0.05),CREB蛋白表达量表现出极显著性差异(P0.01);与攻击模型组相比,模型运动组BDNF、TrkB和CREB蛋白表达量具有极显著性差异(P0.01)。7、Pearson相关性分析结果显示,BDNF、TrkB、CREB与攻击次数存在显著负相关(r=-0.697,p=0.012)(r=-0.682,p=0.014)(r=-0.638,p=0.026);BDNF、CREB 与学习记忆存在显著正相关(r=0.605,p=0.037)(r=0.601,p=0.039);BDNF 与 TrkB、TrkB 与 CREB 存在极显著正相关(r=0.823,p=0.006)(r=0.908,p=0.001);BDNF 与 CREB 存在显著正相关(r=0.738,p=0.23)。研究结论:1、游泳训练可以改善攻击模型大鼠对周围环境的探究兴奋性,消除因攻击情绪和攻击行为引起的恐惧心理和低迷状态。2、单笼饲养加入侵刺激的建模手段使大鼠学习记忆下降;游泳训练能使大鼠学习记忆显著提高。3、游泳训练能显著延长大鼠攻击行为的潜伏期,减少大鼠的攻击次数,缓解攻击模型大鼠攻击情绪及攻击行为。4、大鼠中枢海马BDNF、TrkB和CREB蛋白的表达与攻击行为成负相关,与学习记忆成正相关;游泳训练能够有效提升攻击模型大鼠中枢海马区BDNF、TrkB与CREB蛋白表达水平,由于BDNF、TrkB和CREB蛋白表达水平是同步增长的,所以运动缓解攻击行为和提升学习记忆是通过BDNF/TrkB/CREB/BDNF这一环路来实现的。


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