前言：阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)是一种原发性神经退行性疾病。早期主要的临床表现为渐进性学习和记忆能力减退。目前病因尚不明确,普遍认为是一种与遗传、环境等多因素相关的神经系统变性疾病。目前尚无特效的治疗药物和手段。　　 运动是中枢神经系统有效的刺激形式,运动对大脑的功能重组和代偿起着重要作用。众多研究表明,运动不仅能够提高普通人群的认知能力,还能减缓AD的发病和进展。尽管体力活动对AD治疗的潜在作用被广泛接受,但是有关运动对AD作用的机制研究尚不多见。　　 海马长时程增强(long-term potentiation,LTP)是研究学习和记忆的理想模型,也是研究AD认知损害相关机制的生物模型。研究证明,不同类型的AD转基因动物模型均出现海马LTP减弱,并且AD转基因小鼠海马环路的突触传递异常早于Aβ沉积和神经细胞变性。因此,增强海马LTP的诱导和维持,对AD的学习和记忆能力的改善具有重要意义。　　 AD主要的病理特征是神经细胞之间大量的老年斑(senile plaque,SP)和神经细胞内神经纤维缠结(neurofibrillary tangle,NET),并伴有神经元及突触缺失。Β淀粉样蛋白(β-amyloid protein,Aβ)是构成AD特征性病理改变-老年斑的核心物质,是β淀粉样前体蛋白(beta amyloid precursor protein,APP)经酶切后的毒性产物。研究表明,学习和记忆行为学改变与Aβ沉积关系极为密切。因此,研究Aβ在AD发病过程中的作用对揭示AD的病理变化和防治机制都具有重要意义。　　 脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是保护和维持神经元发育、神经突触可塑性和神经细胞活性的重要因子,在海马依赖的学习和记忆调控中具有重要作用。BDNF参与调节运动对脑的有益作用,并与突触可塑性增强有关。　　 在学习和记忆及突触可塑性的机制研究中,信号转导通路受到关注。大量研究证实,IXP与学习和记忆形成的分子机制有高度一致性。因此,探讨运动对诱导LTP的主要信号分子及其通路的影响,对于了解运动提高学习和记忆能力的相关机制有着重要的指导意义。细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal regulatedkinase,ERK)/cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-response-element binding protein,CREB)信号途径对突触可塑性具有十分重要的作用。研究提示,ERK/CREB信号途径是记忆形成的调节途径之一,长期过量的Aβ刺激,可导致ERK水平下调,影响CREB磷酸化过程,引发记忆障碍。　　 综上所述,我们假设,运动通过增强AD海马的LTP来改善其学习和记忆损害可能与BDNF有关,ERK-CREB通路的各元件因子可能发挥重要作用。　　 本研究实验动物选用Aβ淀粉样前体蛋白(β-Amyloid precursor protein,APP)/早老素基因1(presenilin-1,PS1)双转基因小鼠,拟通过观察跑台运动对APP/PS1双转基因小鼠的学习和记忆行为学、电生理学、神经病理学及分子生物学指标的影响,分别从整体水平、细胞水平及蛋白分子水平,揭示跑台运动对AD的防治效果,并进一步阐明运动对AD作用的细胞和分子机制。本研究为AD的防治提供理论基础,对提高AD患者的生存质量,改善其功能障碍,减轻家庭及社会负担具有重要意义。　　 材料和方法：3月龄32只野生性小鼠及32只APP/PS1转基因小鼠各随机分为两组:野生型小鼠对照组(WtC)、野生型小鼠运动组(WtE)、转基因小鼠对照组(TgC)、转基因小鼠运动组(TgE)。运动组小鼠进行2天适应性训练后,开始正式训练。每天进行跑台训练30分钟,以5m/min的速度开始运动5min,后以8m/min的速度持续运动5min,最后以11m/min的速度持续运动20min。　　 5个月运动训练结束后,利用Morris水迷宫测试观察各组小鼠学习和记忆行为学变化。行为学实验后,小鼠继续饲养1周,随后进行电生理学实验。　　 电生理测试结束后,每组6只小鼠马上断头取脑,剥离海马,一半海马快速投入液氮速冻,-80℃冰箱保存,待检测BDNF、p-ERK1/2、ERK1/2、p-CREB和CREB的蛋白表达水平。另一半海马加入Trizo1,-80℃冰箱保存,待检测BDNF、ERK1/2和CREB的基因表达水平。每组另取6只小鼠脑进行石蜡包埋,进行HE染色、尼氏染色及Aβ的免疫组织化学检测。剩余小鼠电镜观察海马神经元的超微结构。　　 实验数据均以X-±S表示,组问比较采用双因素方差分析;电生理实验中群体锋电位(population spike,PS)幅值及场兴奋性突触后电位(field-excitatorypostsynaptic potential,f-EPSP)斜率组内比较采用两样本均数t检验;隐蔽平台实验中逃避潜伏期和路径长度的组内比较采用重复测量数据方差分析。LTP发生率采用卡方检验。P＜0.05表示差异具有显著性。　　 结果：　　 1、跑台运动对学习和记忆能力的影响水迷宫结果显示,转基因小鼠出现明显的学习和记忆能力下降,跑台运动明显改善转基因小鼠的学习和记忆损害。　　 2、跑台运动对海马在体LTP的影响WtC组小鼠LTP发生率高于TgC组小鼠,并且仅在TgC组小鼠中发现LTD(long-term depression,LTD)。但是,各组小鼠LTP发生率差异不具显著性(P＞0.05)。与野生型小鼠相比,转基因小鼠海马LTP明显减弱,运动可增强转基因小鼠海马LTP。　　 3、跑台运动对神经病理学的影响HE和尼氏染色结果显示,转基因AD小鼠海马齿状回(dentate gyrus,DG)神经元数量明显减少,排列稀疏,神经元细胞核固缩多见,尼氏小体数量明显减少,尼氏体分界不清。透射电镜观察结果显示,转基因小鼠海马神经元可见细胞核变性、固缩,核膜模糊不清,部分溶解,不连续,线粒体普遍肿胀,线粒体膜结构不清,嵴紊乱,嵴数量减少或消失,部分线粒体出现空泡化。跑台运动减轻AD转基因小鼠神经元的损伤程度。　　 Aβ免疫组织化学染色结果显示,转基因小鼠海马DG区可见大量棕黄色Aβ呈团簇样或斑块样沉积,跑台运动使Aβ沉积明显减少。　　 4、跑台运动对BDNF基因和蛋白表达的影响转基因小鼠海马组织中BDNF基因和蛋白表达均上调,运动可明显降低转基因小鼠BDNF基因和蛋白的表达水平。　　 5、跑台运动对ERK1/2基因和蛋白表达的影响转基因小鼠虽然出现ERK1/2基因和蛋白表达水平上调,但p-ERK1/2蛋白表达下调;跑台运动提高野生型小鼠海马p-ERK1/2和ERK1/2的基因和蛋白表达水平,但是运动下调AD转基因小鼠ERK1/2基因和蛋白表达,却使p-ERK1/2蛋白表达上调。　　 6、跑台运动对CREB基因和蛋白表达的影响各组小鼠海马组织中p-CREB及CREB基因和蛋白表达水平与p-ERK1/2和ERK1/2的表达趋势一致。　　 结论：　　 1、跑台运动改善APP/PS1转基因小鼠学习和记忆的损害。　　 2、跑台运动增强APP/PS1转基因小鼠海马DG区的LTP。　　 3、跑台运动改善APP/PS1转基因小鼠海马DG区神经元形态和结构的损害。　　 4、跑台运动减少APP/PS1转基因小鼠海马DG区的Aβ沉积。　　 5、跑台运动使APP/PS1转基因小鼠海马组织中的BDNF表达下调。　　 6、ERK/CREB信号转导通路参与调节跑台运动对APP/PS1转基因小鼠学习和记忆损害的保护作用。