不同方式运动对T2DM小鼠学习记忆能力和海马自噬活性的影响

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouxubo
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背景:2型糖尿病(Type2diabetesmellitus,T2DM)是一种复杂的代谢综合性疾病,常伴有学习记忆能力下降和焦虑行为。已有研究表明,自噬活性降低是T2DM学习记忆能力下降的重要原因之一。运动可以改善T2DM患者的学习记忆受损,然而,其内在机制尚不清楚。当前研究表明高强度间歇训练(High intensity interval training,HIIT)和中等强度连续训练(Moderate intensity continuous training,MICT)对脑健康有积极的作用,但何种方式的运动效果更优无确切定论。目的:首先探讨HIIT和MICT对T2DM学习记忆能力下降的影响及其可能的机制;其次比较两种运动方式对T2DM模型小鼠学习记忆能力的改善效果。方法:(1)建模:4周龄的C57BL/6J雄性小鼠高脂饲料(High fat diet,HFD)喂养8周后,采用链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)腹腔注射建立T2DM小鼠模型。(2)分组:野生型小鼠为正常对照组(Normalcontrol,NC),造模成功的小鼠分为 T2DM 模型组(Type2diabetesmellitus,T2DM)、T2DM 模型加 MICT组(Moderate intensity continuous training,MICT)、T2DM 模型加 HIIT 组(High intensity interval training,HIIT),共四组。(3)运动干预:适应性训练结束后,对T2DM小鼠进行为期8周的HIIT和MICT干预,每周5天。(4)实验检验:在运动干预第7周的最后一天先进行高架十字迷宫测试(elevated plus maze,EPM),在运动干预第8周进行Morris水迷宫实验(Morris water maze,MWM)。行为学测试结束24小时后取材,每组随机选择3只小鼠心脏灌注取全脑,制作石蜡切片;每组剩余小鼠眼球取血后处死,分离两侧海马,一侧用于实时定量PCR,一侧用于Western blotting;分离血清用于ELISA实验。检测指标具体如下:①行为学指标:Morris水迷宫评估小鼠的学习能力和空间记忆能力,高架十字迷宫评估小鼠的焦虑水平。②血糖和血清胰岛素:血糖仪测空腹血糖,ELISA测血清胰岛素。③自噬以及PI3K/Akt/mTOR通路相关指标:RT-PCR实验检测相关蛋白的mRNA表达;Western blotting检测蛋白表达;免疫荧光染色检测海马内Beclin1的分布情况。结果:(1)Morris水迷宫结果显示,与NC组小鼠相比,T2DM组小鼠的逃逸潜伏期增加(P<0.05),穿越隐藏平台的次数和平台象限时间百分比显著减少(P<0.05);与T2DM组相比,MICT组和HIIT组的逃逸潜伏期显著减少(P<0.05),穿越次数和平台象限时间百分比显著增加(P<0.05);MICT组和HIIT组相比,两组的逃逸潜伏期、穿越次数和平台象限时间百分比均无显著性差异(P>0.05)。高架十字迷宫结果显示,与NC组小鼠相比,T2DM组小鼠的开臂进入次数百分比和开臂滞留时间百分比显著下降(P<0.05);与T2DM组相比,MICT组和HIIT组的开臂进入次数百分比和开臂滞留时间百分没有显著性差异(P>0.05),MICT组和HIIT组比较也无差异(P>0.05)。(2)空腹血糖和血清胰岛素结果显示,与NC组小鼠相比,T2DM组小鼠的空腹血糖水平极显著性升高(P<0.001),血清胰岛素水平极显著性下降(P<0.001);与T2DM组相比,MICT组和HIIT组的空腹血糖水平下降(P<0.05),血清胰岛素水平显著性升高(P<0.01);与MICT组相比,HIIT组的血糖和血清胰岛素均无显著性变化(P>0.05)。(3)免疫荧光染色结果显示,与NC组相比,T2DM组的Beclin1荧光强度极显著性下降(P<0.001);与T2DM组相比,MICT组和HIIT组的Beclin1显著上升(P<0.05);MICT和HIIT两组间无显著性差异(P>0.05)。(4)与NC组小鼠相比,T2DM组小鼠海马区Beclin1 mRNA表达极显著下降(P<0.001),Beclin1蛋白表达显著下降(P<0.05),LC3Ⅱ/Ⅰ的比值极显著性下降(P<0.001),p62的蛋白表达极显著性升高(P<0.001);与T2DM组相比,MICT组和HⅡT组的Beclin1蛋白表达、LC3Ⅱ/Ⅰ的比值均显著增加(P<0.05),而p62蛋白表达显著下降(P<0.05),此外,与T2DM组相比,MICT组的LC3 mRNA表达显著增高(P<0.05);MICT 组和 HIIT 组相比,Beclin1、LC3、p62 的 mRNA和蛋白表达均无统计学差异(P>0.05)。(5)与NC组相比,T2DM组小鼠海马区p-Akt/Akt、mTOR mRNA表达极显著升高(P<0.001),p-mTOR/mTOR显著升高(P<0.05);与T2DM组相比,MICT 组和 HIIT 组 p-Akt/Akt 和 p-mTOR/mTOR 显著下降(P<0.05);与 MICT相比,HIIT组的p-mTOR/mTOR的表达显著降低(P<0.05),除此之外,MICT组和HIIT 组在 PI3K、Akt、mTOR 的 mRNA 表达以及 p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt的表达上没有显著差异(P>0.05)。结论:T2DM小鼠存在学习记忆能力下降和焦虑样行为,同时其海马内伴有PI3K/Akt/mTOR过度激活和自噬异常。HIIT和MICT均可抑制T2DM小鼠空间学习记忆能力下降,其机制可能是运动通过抑制过度激活的PI3K/Akt/mTOR信号通路提高自噬活性,进而改善小鼠学习记忆能力。
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