运动对PD大鼠纹状体神经元可塑性作用及其机制研究

Parkinson's disease (PD) is one of neurodegenerative diseases which can severely harm the health of the elderly. And one of the main pathomechanisms is the structure and function changes of striatal medium spiny neurons (MSNs) owing to dopamine neuronal degeneration and necrosis and decrease of dopamine synthesis in the substantia nigra of basal ganglia. Therefore, the project will set to study centering on exercise improving the plasticity of striatal neurons. SD rats were chosen as the object of study, animal models of PD were established with unilateral injection of 6-OHDA into medial forebrain bundle, the improvement effect of exercise on PD rats’ behavioral capacity was estimated using behavioral test method. And the influence levels of exercise on the synaptic ultrastructure of striatal MSNs, the expression level of neurotransmitters and receptors, intracellular calcium regulatory protein phosphorylation were observed. The project tries to disclose the neurobiological mechanism of exercise preventing PD from multiple perspectives.

帕金森病(PD)是严重危害老年人健康的一种神经退行性病变。基底神经节中黑质多巴胺（DA）神经元变性、坏死，DA合成减少，使纹状体中等棘状神经元（MSNs）的结构和功能改变是其重要的致病机制之一。为此，本项目围绕运动促进纹状体神经元可塑性展开研究，拟选择SD大鼠为研究对象，用6-OHDA单侧前脑内侧束注射建立PD动物模型，采用行为学测试方法评价运动对PD大鼠行为能力的改善作用；采用形态学、电生理学、神经生物学、神经免疫学及生物化学等相关技术，观察与分析运动对PD大鼠纹状体MSNs突触超微结构、神经元电活动特征、神经递质与受体表达水平和胞内钙信号相关调节蛋白磷酸化程度；从多角度、多层次揭示运动防治PD的神经生物学机制。

本研究以大鼠为研究对象，采用6-OHDA右侧前脑内侧束注射的方式建立帕金森病（parkinson’s disease, PD）大鼠模型，并通过阿扑吗啡腹腔注射诱导旋转行为评定动物模型的可靠性。手术结束24 h后对PD模型大鼠实施为期4周的跑台运动干预（11 m/min，30 min/d，5 d/week）。采用圆筒试验、网格试验等行为学测试方法，评价运动干预对PD大鼠运动行为能力的改善效果；采用电生理学技术，观察运动干预对PD大鼠纹状体神经元电活动的影响；采用高效液相色谱技术，检测运动干预后PD大鼠纹状体主要神经递质DA/Glu浓度的变化；采用透射电子显微镜，观察运动干预后PD大鼠纹状体内不同类型突触的数量及活性；采用免疫组织化学与免疫印迹技术，检测运动干预后PD大鼠纹状体神经递质、受体、限速酶、神经营养因子以及钙信号调节通路相关蛋白表达水平的变化。研究结果表明，6-OHDA药物注射建立的PD动物模型经APO诱导旋转行为检验符合PD病症模型的要求，建模成功率达57.5 %。4周跑台运动干预后，PD模型大鼠纹状体神经元放电频率显著降低，爆发式放电活动减少；神经元胞外DA含量显著增多，Glu含量显著减少；纹状体内不对称性突触中穿通型突触的比例显著降低；纹状体TH、D2DR和NMDAR1表达上调，GFAP表达显著下调；黒质TH、CDNF表达水平显著上调；同时明显改善了大鼠运动行为功能。本研究结果证实：早期适量运动干预可对PD模型大鼠黑质DA能神经元产生保护作用，促进黑质-纹状体DA能传递，同时增加纹状体星形胶质细胞对胞外Glu的摄取，改善DA与Glu神经递质失衡的状态，降低Glu对神经元的兴奋性毒作用；从而达到重塑PD模型大鼠纹状体Glu能突触超微结构，降低其传递效能，进而抑制神经元兴奋性，最终改善PD模型大鼠运动行为功能障碍的作用效果。本研究从电生理、突触结构、神经递质与受体以及胞内信号转导等方面多层次揭示了运动对PD大鼠纹状体神经元可塑性的作用及其机制，为阐明运动防治PD的生物学机制提供新的思路，也为探寻PD积极有效的运动预防和治疗方法提供了科学依据。