有氧运动对APP_PS1小...超微结构和功能的可塑性作用_於来康.pdf

有氧运动对APP/PS1小鼠海马突触超微结构和功能的可塑性作用Impact of Aerobic Exercise on the Synaptic Ultrastructure and Function in Hippocampus from APP/PS1 Mice於来康，吕媛媛，顾博雅，赵丽*YU Laikang，LYU Yuanyuan，GU Boya，ZHAO Li*摘要：目的：通过对阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）模型进行8周有氧运动，探讨有氧运动对AD小鼠早期海马突触超微结构及功能的可塑性影响。方法：24只健康雄性、清洁级4月龄APP/PS1小鼠，随机分为8周有氧运动组（AE）和安静组（AS），每组12只。24只健康雄性、清洁级4月龄C57BL/6J小鼠作为对照组，随机分为8周有氧运动组（CE）和安静组（CS），每组12只。AE组和CE组小鼠进行8周跑台运动。跳台回避实验检测各组小鼠行为学变化；脑片膜片钳技术检测各组小鼠海马LTP的变化；透射电镜观察各组小鼠海马突触数目和超微结构的变化。结果：与正常对照组小鼠相比，6月龄APP/PS1小鼠在跳台回避实验中的错误次数显著增加（P0.01），潜伏期显著减少（P0.01），达标率显著降低（P0.05）；海马LTP的斜率显著降低（P0.01）；CA1区突触数目显著减少（P0.05），CA1区和CA3区突触界面曲率显著减小（CA1区P0.01；CA3区P0.05），突触活性区长度显著缩短（CA1区P0.01；CA3区P0.05），PSD厚度显著减小（CA1区P0.05；CA3区P0.01），突触间隙宽度显著增大（P0.01）。8周有氧运动可显著降低APP/PS1小鼠在跳台回避实验中的错误次数（P0.01），增加潜伏期（P0.01）和达标率；增强海马LTP（P0.01）；增加海马CA1区和CA3区突触的数目（CA1区P0.01；CA3区P0.05）、突触界面曲率（P0.05）、突触活性区长度（CA1区P0.01；CA3区P0.05）、PSD厚度（CA1区P0.05；CA3区P0.01），减小海马突触间隙宽度（P0.01）。结论：规律有氧运动通过改善6月龄APP/PS1小鼠海马突触超微结构损伤，增加海马突触形态可塑性，增强海马LTP，是运动改善其行为学能力的突触机制之一。关键词：有氧运动；突触可塑性；超微结构；长时程增强；APP/PS1小鼠Abstract:Objective:To explore the effects of aerobic exercise on the synaptic ultrastructure and function in hippocampus,eight weeks of aerobic exercise was carried out in APP/PS1 mice.Methods:Twenty-four healthy male,clean-grade 4-month-old APP/PS1 transgenic mice were randomly divided into 8-week aerobic exercise group(AE)and sedentary group(AS),with 12 mice in each group.Twenty-four healthy male,clean-grade 4-month-old C57BL/6J mice were used as the control group and were randomly divided into 8-week aerobic exercise group(CE)and sedentary group(CS),with 12 mice in each group.Mice in the AE group and CE group were subjected to a treadmill exercise protocol for 8 weeks.Step-down fear conditioning was conducted to measure behavioral changes,patch-clamp was used to detect LTP in hippocampus,and synaptic number and ultrastructure were assessed using transmission electron microscopy.Results:Compared with the control group,the error frequency(P0.01)and the width of synaptic cleft(P0.01)in the hippocampus of 6-month-old APP/PS1 mice were significantly increased,the latency(P0.01),the standard rate(P0.05),the slope of LTP(P0.01),the number of synapses in hippocampal CA1(P0.05),the synaptic interface curvature in hippocampal CA1(P0.01)and CA3(P0.05),the length of active zone in hippocampal CA1(P0.01)and CA3(P0.05)and the thickness of PSD in hippocampal CA1(P0.05)and CA3 中国体育科技2023 年（第59卷）第2期CHINA SPORT SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.59,No.2,18-24,2023文章编号：1002-9826（2023）02-0018-07DOI：10.16470/j.csst.2021109基金项目：国家自然科学基金项目（31571229）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2021QN001）第一作者简介：於来康（1991-），男，讲师，博士，硕士研究生导师，主要研究方向为体能训练与神经可塑性、运动与健康促进，E-mail：。通信作者简介：赵丽（1970-），女，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动与神经可塑性，E-mail：。作者单位：北京体育大学，北京 100084Beijing Sport University,Beijing 100084,China.18於来康，等：有氧运动对APP/PS1小鼠海马突触超微结构和功能的可塑性作用(P0.01)were significantly reduced.Eight weeks of aerobic exercise could significantly reduce the error frequency(P0.01)and the width of synaptic cleft(P0.01)in the hippocampus,and increase the latency(P0.01),the standard rate,the slope of LTP(P0.01),the number of synapses in hippocampal CA1(P0.01)and CA3(P0.05),the synaptic interface curvature in hippocampus(P0.05),the length of active zone in hippocampal CA1(P0.01)and CA3(P0.05)and the thickness of PSD in hippocampal CA1(P0.05)and CA3(P0.01)of APP/PS1 mice and it can also decrease the width of hippocampal synaptic space.Conclusions:Regular aerobic exercise can alleviate damage of hippocampal synaptic ultrastructure of 6-month-old APP/PS1 mice,increase hippocampal synaptic plasticity,and enhance hippocampal LTP.This might be one of the synaptic mechanisms of exercise to improve the behavior ability.Keywords:aerobic exercise;synaptic plasticity;ultrastructure;LTP;APP/PS1 mice中图分类号中图分类号：G804.2 文献标识码文献标识码：A阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是一种常见的神经退行性疾病，主要临床表现为记忆丧失和认知功能障碍（Kim et al.，2020）。有研究证实，在AD患者或AD动物模型早期就出现与学习记忆能力下降密切相关的突触功能紊乱和突触丢失，并存在于 AD 疾病的整个发生、发展过程中（杜果 等，2017；於来康，2016）。突触作为神经元间信息传递和加工的枢纽，在神经递质的储存、释放和再摄取的过程中具有关键作用，是中枢神经系统可塑性变化最敏感的部位。突触可塑性包括突触传递可塑性、突触发育可塑性和突触形态可塑性，其中突触结构的改变可引起突触传递效能的变化。研究显示，突触形态可塑性与长时程增强（long-term potentiation，LTP）的诱导直接相关，在学习记忆中具有重要作用（Kulik et al.，2019）。突触的数目、突触界面曲率、突触活性区长度、突触后致密物（postsynaptic density，PSD）厚度和突触间隙宽度等突触超微结构的改变都会导致突触功能的改变，被认为是突触功能可塑性的结构基础之一（Xiao et al.，2014）。目前有流行病学资料证实运动对防止脑老化、脑功能的维持具有促进作用（Engeroff et al.，2018；Tyndall et al.，2018）。2015 年阿尔茨海默病协会国际会议中明确指出，体育锻炼对AD和其他痴呆症具有缓解发病进展，在有可能的情况下预防或延缓疾病的发生。APP/PS1 小鼠作为 AD 的经典动物模型之一，通常在 6 月龄出现 A 沉积和记忆保持能力受损，9月龄出现明显学习记忆等行为学障碍（Hu et al.，2013）。前期研究表明，8周有氧运动可以诱导成年大鼠海马突触密度增加（李岩 等，2013）；改善4月龄APP小鼠空间记忆能力（吕媛媛，2011）；增加 4 月龄 APP/PS1 小鼠突触后致密物的含量（顾博雅 等，2014）；增加 8 月龄 APP/PS1小鼠海马Ras、Drebrin含量，缓解AD时树突棘的丢失，增加树突棘可塑性（顾博雅 等，2020）；增加 8 月龄 APP/PS1小鼠海马 CaMK 含量，上调 AMPA 受体 GluA1 亚基活性，增加突触可塑性（於来康 等，2017）。本研究在前期研究基础上，探讨有氧运动对6月龄APP/PS1小鼠行为认知能力、海马 LTP 以及海马 CA1 区和 CA3 区突触数目及超微结构的影响。1 材料与方法1.1实验动物与训练方案24 只健康雄性、清洁级 4 月龄 APP/PS1 小鼠，随机分为8周有氧运动组（AE）和安静组（AS），每组12只。24只健康雄性、清洁级4月龄C57BL/6J小鼠作为对照组，随机分为8周有氧运动组（CE）和安静组（CS），每组12只。实验动物由北京华阜康生物科技有限公司提供 动物许可证号：SCXK（京）2009-0007。小鼠饲养于北京体育大学动物实验室，国家标准啮齿类动物分笼饲养，自由饮食饮水，室温（222），湿度45%55%。动物实验的处理符合北京体育大学运动科学实验伦理委员会的相关规定。AS 组和 CS 组小鼠每天自由饮食，不做运动干预。AE组和CE组小鼠适应性饲养1周后，进行3天适应性跑台训练，每天60 min，运动负荷10 m/min，坡度为0。适应性训练结束后开始8周的有氧运动训练，每周5次，周六、日停训。运动时间和负荷：运动组先以 12 m/min 的速度运动 10 min，然后再以 15 m/min 的速度运动 50 min，跑台坡度为0。1.2行为学检测选用8通道小鼠跳台实验系统（SDT-8，四川成都泰盟软件有限公司）检测各组小鼠的行为学变化。实验包括2次相隔至少1 h的电击训练和1次24 h后的记忆保持测试。1）第一次电击训练：实验第一天需要进行2次电击训练，2 次电击训练的时间间隔为 60 min。具体方法：将小鼠放置于圆柱形的跳台之上，当它离开跳台跳至刺激栅极时，给予小鼠四肢 28 V 的电击，根据仪器设定，该电压为能够引起小鼠发声和退缩的最小电压。训练结束后，将小鼠放回笼内，用 75%酒精清洁跳台和箱体，并擦干，待酒精完全挥发后进行下一只小鼠的训练。该跳台实验系统共配备8个实验通道，理论上一次可以同时对8只小鼠进行训练，由于频繁开关箱门产生的声音和振动会对其他通道小鼠产生影响，因此，为了保证训练的效果，本研究的实验过程中每次训练 1 只小鼠。2）第二次电击训19中国体育科技2023年（第59卷）第2期练：第一次电击训练结束 1 h 后重复上述操作，并记录小鼠的跳台潜伏期。如果小鼠在跳台上滞留的时间超过60 s（潜伏期超过 60 s，该潜伏期记为潜伏期 1），即可认为小鼠已经记住先前的刺激，此时不给与电击刺激，将小鼠放回笼内，清洁跳台和箱体，进行下一只小鼠的训练；如果小鼠在跳台上滞留的时间小于 60 s，第二次电击训练 1 h后再次重复训练1次。如仍未达标，则予以淘汰。3）记忆保持实验：在第一次电击训练结束 24 h 之后进行。具体操作方法与电击训练相同，但是不给与电击刺激。记录小鼠从跳台上跳到刺激栅极的错误次数：若小鼠从跳台上跳下来，错误次数记为 1，并记录小鼠在跳台上滞留的时间（该时间记为潜伏期2）；将小鼠放回跳台后若再次跳下，错误次数记为 2，以此类推，共进行 300 s 的测试。如果小鼠在跳台上滞留的时间超过 300 s 仍未从跳台上跳下，则终止实验。实验过程中除记录小鼠的潜伏期和错误次数外，还需计算达到回避标准的小鼠数量。达标标准：记忆保持实验测得的潜伏期（潜伏期2）大于第二次电击训练所测得潜伏期（潜伏期1）的3倍且超过60 s。通常以潜伏期和错误次数作为判断小鼠记忆力的定性指标，达标率作为判断小鼠记忆力的定量指标。1.3海马LTP记录小鼠异氟烷吸入麻醉后，断头，取脑，分离出左右两侧海马组织置于95%O2和5%CO2混合气饱和的蔗糖切片液中。切片液的成分及浓度：蔗糖68.00 mmol/L，KCl 2.50 mmol/L，NaH2PO4 1.25 mmol/L，MgSO4 5.00 mmol/L，NaHCO3 26.00 mmol/L，葡萄糖 25.00 mmol/L，pH 7.37.4（Schurman et al.，2019）。刀片修块后，4%低熔点琼脂包埋，待琼脂凝固后，取出琼脂包裹的脑组织块，再次修块并固定在VT1200 S振动切片机（Leica，德国）上，经混合气体饱和的 4 切片液中以 350 m 的厚度切片，海马脑片在切片液中孵育 5 min 后，移至 95%O2和 5%CO2混合气饱和的人工脑脊液（artificial cerebrospinal fluid，aCSF）中常温孵育1 h以上。aCSF的成分及浓度：NaCl 119.00 mmol/L，KCl 3.00 mmol/L，CaCl2 2.00 mmol/L，MgCl2 1.00 mmol/L，NaH2PO4 1.25 mmol/L，NaHCO3 25.00 mmol/L，葡萄糖 10.00 mmol/L，pH 7.37.4。打开蠕动泵，建立aCSF循环，并持续通95%O2和5%CO2的混合气。调节记录槽液面，使其高度适中，通过蠕动泵维持 aCSF 流速为 24 ml/min。将脑片从孵育槽转移至记录槽，盖网固定。采用电流钳模式，epsodic stimulation模式下记录。光学显微镜下定位海马CA1区后，将装有1 mmol/L NaCl的玻璃微电极（电极电阻为12 m）置于海马CA1辐射层，将刺激电极置于海马schaffer侧支纤维处，两者间距约 300 m。按一定间隔递增调节刺激强度，记录不同刺激强度下所诱发的场电位幅度变化，得到最大场电位幅度。调节刺激强度，使诱发的场电位幅值约为最大场电位幅度 40%，刺激个数为 1，刺激持续时间为 500 s，每个 sweep 间隔 1 min，稳定记录 20 min 作为baseline。通过刺激电极给予15串TBS刺激，每串间隔时间为20 s。每一串TBS由10组4个100 Hz的单刺激组成，组间间隔200 ms（Schurman et al.，2019）。刺激强度同baseline，刺激持续时间为500 s，每个sweep间隔1 min，记录1 h。1.4突触数目和突触超微结构检测采用透射电镜（transmission electron microscopy，TEM）观测各组小鼠海马CA1区和CA3区突触数目的变化。小鼠异氟烷吸入麻醉，无呼吸、无痛觉后固定于鼠板上，打开胸腔充分暴露心脏，灌注 50 ml 生理盐水，随后缓缓注入4%多聚甲醛-磷酸缓冲液（pH 7.4），待小鼠的舌、腹腔脏器、四肢完全僵硬时，停止灌注，拔掉输液管。断头取出脑组织。将整个脑组织置于 2.5%的戊二醛固定液中，4 下固定 20 min，然后在冰盘上将脑组织按海马 CA1、CA3 区切成不大于 2 mm3的小块，并将其置于 2.5%的戊二醛固定液中 4 过夜。次日，先用 0.1 mmol/L PB 漂洗15 min4 次，后 用 1%锇 酸 固 定 液 固 定 2 h，再 用0.1 mmol/L PB 漂洗 15 min4 次。4 下用梯度丙酮脱水，丙酮浓度分别为 30%、50%、70%、80%、90%、100%、100%、100%。每个浓度脱水 15 min 后，将样品分别放入丙酮和树脂比例为 11、12、13 的混合液中浸透 1.5 h、1.5 h、3.0 h。浸透过程结束后，于纯树脂中浸透过夜。次日晨更换树脂再次浸透 12 h。将组织放入包埋板内，置于盛有干燥剂的盒中，45 烤箱烘烤过夜。次日晨70 包埋聚合 12 h 后，放入干燥器内室温保存。选取海马进行修块，超薄切片机切片，铜网裱片，使用醋酸双氧铀和枸橼酸铅对超薄切片进行染色。切片在30 000下观察，随机拍照，采用 Image J 图像分析软件测量图像参数。分别记录每张照片中的突触数目；采用多点平均法测量突触间隙宽度/nm；参照 Jones 等（1978）的实验方法测量突触界面曲率，以突触界面弧长与弦长之比表示；参照Gldner 等（1980）的实验方法测量突触活性区长度/nm 和PSD厚度/nm。1.5数据处理与分析所有数据以平均值标准差（MSD）表示。LTP 数据通过pClamp 10.0软件采集和分析。实验数据的统计分析和图片制作使用 Sigma Plot 软件进行。LTP 的计算方式：最后10 min记录的LTP斜率平均值/baseline斜率平均值100%。在满足方差齐性检验条件下，采用双因素方差分析（two-way ANOVA），跳台回避实验达标率的检验采用卡方检验（chi-square test）。P0.05为差异具有显著性，P0.01为差异非常显著。2 结果2.1行为学测试结果20於来康，等：有氧运动对APP/PS1小鼠海马突触超微结构和功能的可塑性作用6 月龄 APP/PS1 小鼠与正常对照组相比，错误次数显著增加（P0.01），潜伏期显著减少（P0.01），达标率显著降低（P0.05）。8周有氧运动干预后，APP/PS1小鼠错误次数显著降低（P0.01），潜伏期显著增加（P0.01），达标率也有所增加，且小鼠自由活动能力更强（图1图3）。2.2有氧运动对海马LTP的影响LTP 是在海马 schaffer 侧支处施加 TBS 刺激的条件下，在 CA1 区诱导出的兴奋性突触传递效能长时程增强的现象。6 月龄各组小鼠海马均可诱导出 LTP，但 LTP 的斜率存在一定的差异（图4）。6月龄APP/PS1小鼠与正常对照组相比，TBS刺激诱导下，海马LTP的斜率显著降低（P0.01），8周有氧运动可显著增加6月龄APP/PS1小鼠（P0.01）和C57小鼠（P0.01）海马LTP的斜率。2.3有氧运动对海马突触数目的影响与正常对照组相比，6月龄APP/PS1小鼠海马CA1区突触数目显著减少（P0.05，图 5），神经毡结构松散，空泡化明显，典型的突触结构较少；海马CA3区突触数目与正常对照组相比虽有减少，但未见显著性差异（图 6、图7）。8 周有氧运动可显著增加 6 月龄 APP/PS1 小鼠海马CA1区（P0.01）和CA3区（P0.05）突触数目。此外，有氧运动也可增加正常对照组小鼠海马CA1区和CA3区突触数目（P0.01）。2.4有氧运动对海马突触超微结构的影响6 月龄正常对照组小鼠海马 CA1 区和 CA3 区突触结构完整、清晰，突触前膜突触小泡丰富、排列整齐，PSD密度高；与正常对照组相比，6 月龄 APP/PS1 小鼠海马 CA1区和CA3区突触结构模糊，突触界面曲率显著减小（CA1 图4 各组小鼠海马LTP的变化Figure 4.Changes in the LTP of Hippocampus in Various Groups注：A.脑片膜片钳场电位模式记录到的各组小鼠海马场兴奋性突触后电位图；B.各组小鼠海马LTP统计图。图1 各组小鼠跳台回避实验错误次数测试结果Figure 1.Results of Error Frequency of Step-Down Fear Conditioning Test in Various Groups注：*P0.01，下同。图3 各组小鼠跳台回避实验达标率测试结果Figure 3.Results of Standard Rate of Step-Down Fear Conditioning Test in Various Groups注：*P0.05，下同。图2 各组小鼠跳台回避实验潜伏期测试结果Figure 2.Results of Latency of Step-Down Fear Conditioning Test in Various Groups图5 各组小鼠海马CA1区超微结构Figure 5.Ultrastructural of CA1 of Hippocampus in Various Groups注：箭头所示为突触；比例尺=0.5 m；下同。21中国体育科技2023年（第59卷）第2期区 P0.01，CA3 区 P0.05；图 5、图 6、图 8），突触活性区长度显著缩短（CA1区P0.01，CA3区P0.05；图5、图6、图 9），PSD 厚度显著减小（CA1 区 P0.05，CA3 区 P0.01；图5、图6、图10），突触间隙宽度显著增大（P0.01，图 5、图 6、图 11）。8 周有氧运动干预后，6 月龄 APP/PS1小鼠海马突触CA1区和CA3区突触结构较清晰、完整，突触前突触小泡数量增加、分布较密集，突触界面曲率显著增大（P0.05；图5、图6、图8），突触活性区长度显著增长（CA1区P0.01，CA3区P0.05；图5、图6、图9），PSD厚度显著增加（CA1 区 P0.05，CA3 区 P0.01；图 5、图 6、图10），突触间隙宽度显著减小（P0.01；图5、图6、图11）。3 讨论近年，有研究已经证实，运动有利于大脑健康和脑功能的维持，特别是在老年人群中，运动被认为是提高认知功能的有效手段。AD 作为老年人群中痴呆的最常见类型，其主要病理特征为细胞内tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFT）和细胞外 淀粉样蛋白（-amyloid peptide，A）沉积形成的神经炎斑（neuritic plaques，NP）的出现，尤其在与记忆和认知相关的海马脑区更为明显（应侠 等，2014；张静爽 等，2014）。关于AD的研究证实，经常参加运动可有效提高老年人认知功能（刘东祺 等，2019；王英伟 等，2019）。Panza 等（2018）的Meta分析结果显示，与其他类型运动相比，有氧运动能够更为有效地延缓AD患者或有AD患病风险老年人的认知功能下降。Frith 等（2018）关于体力活动与 AD患病风险的研究表明，在有 AD 患病风险的成年人中，较高的体力活动与较高的认知功能相关。本研究显示，6月龄 APP/PS1 小鼠在跳台回避实验中的行为学表现显著降低，具体表现为错误次数增加，潜伏期和达标率降低；8周有氧运动通过增加潜伏期，降低错误次数，提高了6月龄APP/PS1 小鼠的达标率和行为学表现。说明本研究所采取的有氧运动方案作为干预手段，对6月龄APP/PS1小鼠的行为学表现具有明显改善作用。20 世纪 70 年代以来，对于海马突触传递效能的长时程变化研究已取得突破性的进展，研究普遍认为突触传递效能的 LTP 和长时程抑制（long term depression，LTD）是与学习记忆相关的突触可塑性的主要形式，是学习记忆的细胞机制，也是研究长时程可塑性应用最为广泛的模型。有研究报道了 6 月龄及以上月龄 AD 模型小鼠海马图6 各组小鼠海马CA3区超微结构Figure 6.Ultrastructural of CA3 of Hippocampus in Various Groups图8 各组小鼠海马突触界面曲率的变化Figure 8.Changes in the Synaptic Interface Curvature of Hippocampus in Various Groups图7 各组小鼠海马突触数目的变化Figure 7.Changes in the Number of Synapses of Hippocampus in Various Groups图9 各组小鼠海马突触活性区长度的变化Figure 9.Changes in the Synaptic Length of Active Zone of Hippocampus in Various Groups22於来康，等：有氧运动对APP/PS1小鼠海马突触超微结构和功能的可塑性作用LTP受损的现象。He等（2020）分别记录了6月龄APP/PS1小鼠及其同月龄正常对照组小鼠海马 LTP，研究显示，6月龄APP/PS1小鼠海马LTP的幅度较同月龄正常对照组小鼠显著减小。Gelman 等（2018）分别记录了 67 月龄rTg4510 小鼠（一种 tau 蛋白过度表达的 AD 模型小鼠）和810 月龄 APP/PS1 小鼠海马 LTP 的幅度，研究显示，rTg4510小鼠和APP/PS1小鼠LTP的幅度较同月龄正常对照组小鼠均显著减小。Booth 等（2016）记录了 78 月龄的 rTg4510 小鼠海马 LTP，显示 78 月龄 rTg4510 小鼠海马LTP的幅值较同月龄正常对照组小鼠显著减小。在本研究中，6 月龄 APP/PS1 小鼠海马 LTP 的斜率较同月龄C57小鼠显著减小，与前人研究结果一致。8周有氧运动干预可显著提高6月龄APP/PS1小鼠和C57小鼠海马LTP斜率，说明有氧运动同样可以提高正常小鼠的脑功能。综上所述，有氧运动提高6月龄APP/PS1小鼠海马CA1区突触可塑性是其行为学改善的细胞电生理学机制。突触功能紊乱和突触丢失是 AD 典型的病理特征。研究显示，在 AD 患者或 AD 动物模型出现临床症状之前就已存在突触功能紊乱和突触丢失，突触丢失的程度与认知障碍的程度密切相关（杜果 等，2017；於来康，2016）。因此，早期有效防治突触功能紊乱和突触丢失可能是预防或延缓 AD 等神经退行性疾病的有效途径之一。本研究显示，6月龄APP/PS1小鼠海马CA1区和CA3区突触数目均减少是 6 月龄小鼠行为学表现异常和海马 LTP 受损的组织学基础。8周有氧运动可显著增加6月龄APP/PS1小鼠和 C57 小鼠海马 CA1 区和 CA3 区突触数目，该结果与有氧运动增强 LTP 的结果一致。在中枢神经系统中，突触的总体水平可直接影响神经网络系统中信息传递的效率，而单一突触的结构状态是影响突触传递的基础，主要表现为突触界面曲率、突触活性区长度、PSD厚度和突触间隙宽度的改变。本研究结合行为学及突触功能学的变化报道了AD模型临床早期（6月龄APP/PS1小鼠）海马CA1 区和 CA3 区突触的超微结构变化，发现突触界面曲率显著减小，突触活性区长度显著缩短，PSD厚度显著减小，突触间隙宽度显著增大，表明其突触前膜神经递质释放的有效面积减小，同时到达突触后膜的神经递质数量亦减少，使得突触传递效能降低，LTP 受损。突触前和突触后各组成部分之间的界面并不总是平坦的，大多存在一定的曲率，称为突触界面曲率。突触界面曲率是增加突触前后膜间相对应面积的机制之一，较大的突触界面曲率可扩大神经递质与突触后膜靶点的结合面积，确保神经递质不扩散到外周空间而顺利到达靶点，从而提高神经递质的传递效率。突触活性区是神经元突触上独特的亚细胞结构，是由突触前膜的囊泡与电压依赖型钙通道蛋白相结合形成的致密区，包含一个控制突触小泡栓系、启动和融合的特殊蛋白质网络，是反映突触形态可塑性的特征性指标之一（Kawabe et al.，2017）。突触活性区与突触前膜神经递质释放的时效性密切相关，其长度的变化可代表神经递质释放的有效面积的变化。PSD是突触后膜可塑性变化的重要结构基础，由数千种成分构成，主要包括跨膜通道和受体、黏附分子、支架蛋白、信号酶、小 GTPase 蛋白家族及其调节蛋白、肌动蛋白细胞骨架成分等（Feng et al.，2019）。PSD 厚度的变化与突触功能密切相关，PSD 厚度及面积的增加是突触传递效能增强的物质基础。研究显示，在 LTP 诱导过程中，PSD 的厚度、长度和面积均增加，是反映突触可塑性变化最重要的形态学指标（Gold，2012）。突触间隙是突触前膜与突触后膜间的空隙，是神经元与其他相邻神经元进行信息传递的部位。突触前膜释放的神经递质通过突触间隙到达突触后膜，从而进行信息传递。而突触间隙内由于有大量神经递质降解酶的存在，部分神经递质在到达突触后膜前即被降解，神经递质从突触前膜到达突触后膜经历的时间越长，传递过程中被降解的量也越多。突触间隙增大可导致突触传递功能和学习记忆能力的降低，突触间隙缩小可促进突触传递功能和学习记忆能力的增强。因此，6月龄APP/PS1小鼠海马CA1区和CA3区超微结构损伤是其行为学表现异常的突触结构基础。8 周有氧运动图10 各组小鼠海马PSD厚度的变化Figure 10.Changes in the Thickness of PSD of Hippocampus in Various Groups图11 各组小鼠海马突触间隙宽度的变化Figure 11.Changes in the Width of Synaptic Cleft of Hippocampus in Various Groups23中国体育科技2023年（第59卷）第2期可明显改善 6 月龄 APP/PS1 小鼠海马 CA1 区和 CA3 区超微结构的变化，突触结构参数中的突触界面曲率增大，突触活性区长度增长，PSD厚度增加，突触间隙宽度减小，提示，有氧运动可有效改善突触结构参数的异常变化，增加海马突触传递效能，增强LTP，是运动改善6月龄APP/PS1小鼠行为学表现的突触结构基础。4 结论规律有氧运动通过改善 6 月龄 APP/PS1 小鼠海马突触超微结构损伤，增加海马突触形态可塑性，增强海马LTP，是运动改善其行为学能力的分子机制之一。参考文献：杜果，何婧，黄燕，等，2017.突触丢失在认知障碍中的作用 J.中华老年心脑血管病杂志，19（9）：1004-1006.顾博雅，高姗姗，赵丽，2020.有氧运动对调节AD模型小鼠海马Ras/Drebrin增加树突棘可塑性分析 J.北京体育大学学报，43（1）：126-133.顾博雅，卢金地，吕媛媛，等，2014.中等强度运动调节APP/PS1转基因小鼠脑皮层AMPA受体GluR1活性 J.北京体育大学学报，37（9）：56-60.李岩，赵丽，龚丽景，等，2013.有氧运动对成年大鼠海马Rho GTPases的调节作用 J.北京体育大学学报，36（4）：44-48.刘东祺，李荣梅，张美琪，等，2019.有氧运动干预老年轻度认知功能障碍的Meta分析 J.中国组织工程研究，23（35）：5727-5731.吕媛媛，2011.8周跑台运动对APP小鼠空间学习记忆能力的影响及机制 D.北京：北京体育大学.王英伟，李秀东，毕雪晶，等，2019.有氧体操运动对社区轻度认知障碍老年人认知功能的影响 J.中国老年学杂志，39（4）：848-850.应侠，吴振，雷严，等，2014.阿尔茨海默病的发病机制及治疗药物研究进展 J.中国药房，25（33）：3152-3155.於来康，2016.有氧运动对APP/PS1转基因小鼠中枢CaMK的作用 D.北京：北京体育大学.於来康，顾博雅，李岩，等，2017.有氧运动调节APP/PS1小鼠海马CaMK、AMPAR活性，增加突触可塑性 J.北京体育大学学报，40（1）：41-45.张静爽，王蓉，2014.阿尔茨海默病发生机制的研究进展 J.首都医科大学学报，35（6）：721-724.BOOTH C A，WITTON J，NOWACKI J，et al.，2016.Altered intrinsic pyramidal neuron properties and pathway-specific synaptic dysfunction underlie aberrant hippocampal network function in a mouse model of tauopathy J.J Neurosci，36（2）：350-363.ENGEROFF T，VOGT L，FLECKENSTEIN J，et al.，2018.Lifespan leisure physical activity profile，brain plasticity and cognitive function in old age J.Aging Ment Health，23（7）：811-818.FENG Z，CHEN X，ZENG M，et al.，2019.Phase separation as a mechanism for assembling dynamic postsynaptic density signalling complexes J.Curr Opin Neurobiol，57：1-8.FRITH E，LOPRINZI P D，2018.Physical activity is associated with higher cognitive function among adults at risk for Alzheimer s disease J.Complement Ther Med，36：46-49.GELMAN S，PALMA J，TOMBAUGH G，et al.，2018.Differences i