Упражнението на бягаща пътека предотвратява влошаване на пространственото учене и паметта при 3×Tg-AD мишки чрез подобряване на структурната синаптична пластичност на хипокампуса и префронталния кортекс, част 4

Шиповете се класифицират като гъби, ако диаметърът на главата е по-голям от диаметъра на шията [47]. Бодлите на гъбите са по-стабилни и се задържат с месеци.

През последните години повтарящите се промени в околната среда и нарастващият натиск в живота карат все повече хора да се чувстват изгубени, уморени и дори изтощени. В тази ситуация много хора няма как да не въздъхнат: Колко дълго можем да оцелеем в такова живо състояние?

Въпреки това, след много проучвания беше показано, че няма пряка връзка между оцеляването за няколко месеца и паметта. С други думи, трудностите, които сме преживели, няма да накарат паметта ни да отслабне. Напротив, правилният начин на мислене и положителната нагласа могат не само да укрепят паметта ни, но и да ни помогнат да посрещнем по-добре бъдещите предизвикателства.

На първо място, положителната нагласа е крайъгълният камък за поддържане на здрава памет. Когато имаме положително мислене, мозъците ни също ще бъдат пълни с енергия. Ще бъдем по-концентрирани и по-креативни. Няколко проучвания показват, че положителните емоции и нагласи могат дори да подобрят проблемите със зрението пред компютърните екрани. Ако можем да се посветим на живота и да продължим позитивно напред, естествено няма да сме далеч от успеха.

На следващо място, умерените упражнения също могат да ни помогнат да поддържаме добра памет. Физическата активност може да подобри здравето на тялото и мозъка. Физическите упражнения могат да насърчат метаболизма и да консумират излишната отрицателна енергия. По време на физическа активност мозъкът ни ще получи повече кислород, което е полезно за мозъка ни и може също да подобри паметта ни.

В допълнение, научаването на нови неща и поддържането на любопитството също могат да ни помогнат да подобрим здравето на паметта. Ученето и изследването поддържат нашите мозъчни клетки активни и активни. Когато изследваме нови области, нашите мозъци ще бъдат предизвикани и жизнеността на паметта ще бъде подобрена.

Накратко, средата и трудностите, в които се намираме, няма да наранят паметта ни. Напротив, поддържането на положителна нагласа, умерените упражнения и научаването на нови неща могат да ни помогнат да укрепим паметта си. Ако имаме положително отношение и поддържаме любопитство, вярвам, че можем да оцелеем по-дълго в този предизвикателен свят. Вижда се, че трябва да подобрим паметта си. Cistanche може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche може също да регулира баланса на невротрансмитерите, като например повишаване на нивата на ацетилхолин и растежни фактори, които са много важни за паметта и ученето. В допълнение, Cistanche може също така да подобри притока на кръв и да насърчи доставянето на кислород, което може да гарантира, че мозъкът получава достатъчно храна и енергия, като по този начин подобрява жизнеността и издръжливостта на мозъка.

Щракнете върху познайте добавките за подобряване на паметта

Те могат да бъдат изместени от тънки шипове чрез дългосрочно потенциране (LTP) [56,58]. Двупосочната ANOVA показва, че генотипът и упражненията на бягаща пътека нямат значителни ефекти върху гъбичките в хипокампуса (генотип: F1,31=6.2, p=0.019; упражнения на бягаща пътека: F1,{{10} }.4,p=0.245; генотип × взаимодействие с упражнения на бягаща пътека: F1,23=0.06, p=0.803;

За префронталния кортекс, двупосочната ANOVA показва, че генотипът и упражненията на бягаща пътека имат значителни основни ефекти върху броя на шиповете на гъбите (генотип: F1,31=23.3,p < 0.001 ; упражнение на бягаща пътека: F1,31=24.4, p <0,001 Фигура 6G), но не е имало значимо взаимодействие между генотипа и упражнението на бягащата пътека върху броя на шиповете (генотип × взаимодействие на бягащата пътека: F1,{{13) }}.1, p=0.723; Фигура 6G).

Posthoc тестовете на Tukey показват, че броят на гъбните бодли е значително намален в префронталния кортекс в контролната група 3 × Tg-AD в сравнение с контролната група без Tg (p=0.001; Фигура 6G ), а упражненията на бягаща пътека увеличават броя на гъбичките в префронталния кортекс (p <0,001; Фигура 6G) при 3 × Tg-AD мишки.

Междувременно упражненията на бягаща пътека увеличиха гъбестите шипове (p=0.003; Фигура 6G) на префронталния кортекс при не-Tg мишки. Шиповете се считат за къси, ако дължината и ширината са еднакви [47].

Набитите шипове се разглеждат като незрял тип, който преобладава по време на ранното постнатално развитие и показва относителен недостиг в зрелия мозък [59]. Набитите шипове могат да участват в хомеостатичната регулация на калция и контрола на невронната възбудимост [60].

Двупосочната ANOVA показва, че генотипът и упражненията на бягаща пътека нямат значителен ефект върху тънките шипове в хипокампуса (генотип: F1,31=5.8, p=0.023; упражнения на бягаща пътека: F1,{{7} }.6, p=0.430; генотип × взаимодействие на бягаща пътека: F1,31=0.01,p=0.810;

Въпреки това, двупосочната ANOVA показва, че генотипът и упражненията на бягаща пътека имат значителни основни ефекти върху броя на тънките шипове (генотип: F1,31=31.1,p < 0.001; упражнения на бягаща пътека: F1,{ {7}}.4, p=0.001; Фигура 6I), и не е имало значително взаимодействие между генотипа и упражненията на бягащата пътека върху броя на бодлите шипове (генотип × взаимодействие на упражненията на бягащата пътека: F1,{{13} }.4, p=0.522; Фигура 6I) в префронталната кора.

Post hoc тестовете на Tukey показват, че бодлите шипове на префронталния кортекс са значително намалени в контролната група 3 × Tg-AD в сравнение с контролната група без Tg (p < 0.001; Фигура 6I).

Упражнението на бягаща пътека увеличава броя на бодлите шипове в префронталния кортекс (p=0.005; Фигура 6I) при 3×Tg-AD мишки. Междувременно упражненията на бягаща пътека увеличиха броя на бодлите шипове (p=0.042; Фигура 6I) на префронталния кортекс при не-Tg мишки.

4. Дискусия

Тук демонстрирахме, че шестмесечни 3 × Tg-AD мишки показват нарушена пространствена работна памет и предварителната обработка с упражнения на бягаща пътека предотвратява намаляването на пространствената работна памет при 3 × Tg-AD мишки.

Предварителното третиране с упражнения на бягаща пътека доведе до увеличаване на броя на синапсите, синаптичните структурни параметри, експресията на Syn, дължината на аксона, сложността на дендритите, броя на дендритните шипове и възстановяване на структурната синаптична пластичност на хипокампуса и префронталния кортекс при 3 × Tg-AD мишки. Междувременно, предварителната обработка с упражнения на бягаща пътека подобрява синаптичната пластичност чрез увеличаване на броя на синапсите, дължината на аксона, сложността на дендритите и броя на дендритните шипове в хипокампуса и/или префронталния кортекс на не-Tg мишки.

Нашите констатации предполагат, че упражненията могат да служат като ефективна интервенция в ранния стадий за забавяне на прогресията на AD. Открихме, че процентът на грешки в работната памет е значително увеличен в контролната група 3 × Tg-AD в сравнение с контролната група без Tg, но няма значителни ефекти върху процента грешки в референтната памет.

Краткосрочната памет и загубата на синаптична функция са първоначалните и най-често срещани признаци на увреждане на паметта и когнитивен спад [35]. С напредването на болестта хората постепенно изпитват дългосрочна загуба на памет, което води до проблеми с многозадачността и абстрактното мислене. По този начин, тези резултати предполагат, че шестмесечни 3 × Tg-AD мишки са все още в ранните етапи на прогресия на AD.

Освен това, 12 седмици предварителна тренировка на бягаща пътека доведе до значително намаляване на процента на грешки в работната памет на ден 5 и ден 6 от сесията за придобиване при теста с радиален лабиринт с осем ръце.

Радиалният лабиринт с осем рамена е една от най-разпространените парадигми за оценка на пространствената работна памет и пространствената референтна памет [61]. Пространствената работна памет често се използва като синоним на краткосрочна памет, но работната памет позволява манипулиране на съхранената информация, докато краткосрочната памет се отнася само до краткосрочното съхранение на информация [62].

Пространствената референтна памет се отнася до дългосрочни спомени, които са необходими за запомняне на информация [63]. Освен това, предишни проучвания показват, че бягането на бягаща пътека обръща когнитивните спадове при 3 × TgAD мишки в задачата на водния лабиринт на Морис, която тества зависимо от хипокампа учене, включително придобиване на пространствена памет и дългосрочна пространствена памет [64–66].

Взети заедно, шестмесечни 3×Tg-AD мишки показват намалена пространствена работна памет и силното намаляване на грешките в работната памет при теста с радиален лабиринт с осем ръце показва, че предварителните обработки на упражнения на бягаща пътека предотвратяват спад в пространственото учене и памет в ранните етапи на 3 × Tg-AD мишки.

Разгледахме потенциалните механизми, които биха могли да подчертаят предизвиканото от упражнения на бягаща пътека намаляване на грешките в работната памет при шестмесечни 3 × Tg-AD мишки. Структурно-синаптичната пластичност се проявява като промени в броя и размера на синапсите, дължината на синаптичната активна зона, ширината на синаптичната цепнатина, синаптичната кривина и дебелината на постсинаптичната плътност [67].

Смята се, че структурната синаптична пластичност в рамките на хипокампуса и префронталния кортекс формира клетъчната основа на ученето и паметта, което зависи от различни пре- и постсинаптични невронни механизми [5,6]. Установихме, че предварителната обработка на упражнения на бягаща пътека води до увеличаване на броя на синапсите както в хипокампуса, така и в префронталния кортекс на шестмесечни 3×Tg-AD мишки.

Междувременно, предварителните тренировки на бягаща пътека увеличават броя на синапсите както в хипокампуса, така и в префронталния кортекс при не-Tg мишки. Дължината на синаптичната активна зона отразява пресинаптичните невронни механизми на структурна синаптична пластичност, докато синаптичната кривина и дебелината на постсинаптичната плътност отразяват постсинаптичните невронни механизми на структурна синаптична пластичност [68,69].

Синаптичната цепнатина е структурата, отговорна за предаването на невротрансмитер между пресинаптичните и постсинаптичните неврони и оптималното скъсяване на синаптичната цепнатина може да има адаптивна функция за оптимизиране на синаптичната сила [37,38].

Наистина, ние открихме, че предварителната обработка на упражнения на бягаща пътека забележително увеличава дължината на синаптичната активна зона, синаптичната кривина и дебелината на постсинаптичната плътност, скъсявайки ширината на синаптичната цепнатина в хипокампуса и префронталния кортекс на шестмесечно 3× Tg-AD мишки. Syn е маркерен протеин на пресинаптичните везикули на нервните клетки [70], докато PSD95 е основен постсинаптичен протеин на скелето, който модулира постсинаптичния отговор към пресинаптичното освобождаване на глутамат чрез регулиране на закотвянето на глутаматните рецептори към PSD [71].

Предишни проучвания показват, че Syn и PSD95 са били регулирани надолу в мозъчната кора на седеммесечни 3 × Tg-AD мишки и са били възстановени след шест месеца доброволно лечение с упражнения [72].

В съответствие с това проучване [72], ние открихме, че упражненията на бягаща пътека улесняват експресията на Syn в хипокампуса и префронталния кортекс на шестмесечни 3 × Tg-AD мишки.

Индуцираното от A и тау нарушение на синаптичната функция също се проявява като нарушена LTP/LTD индукция и мрежови осцилации [37,73,74]. Междувременно упражненията на бягаща пътека намаляват натоварването на APP, BACE-1 и A както в хипокампуса, така и в кората на мишки ADmodel [24,27].

Поради това е вероятно индуцираните от упражнения увеличения на броя на синапсите, синаптичната структура и нивото на Syn да доведат до повишена ефикасност на освобождаването на невротрансмитери и предотвратяване на намаляването на пространствената работна памет на три × Tg-AD мишки.

Аксоните, дендритите и дендритните шипове представляват структурната основа на синаптичната пластичност. Аксонът е функционално специализиран да предава сигнали, докато дендритите са специализирани да приемат сигнали [75,76]. In vivo, изображенията показват аномалии на аксона и дендритно счупване около амилоидни плаки в 4–12--месечен двоен трансгенен APP/PS1 миши модел на AD и 3×Tg-AD мишки [73,74].

In vitro проучвания, използващи A 1–42 и олигомерен A, разкриха, че 60 h A лечение е довело до дегенерация както на аксоните, невронните сомати, така и на динамиката на невронната мрежа [77,78]. Предишни проучвания показват, че движението на бягаща пътека облекчава отлагането на A и нивото на тау в хипокампуса и мозъчната кора при 3 × Tg-AD мишки и плъхове, хранени с високо съдържание на мазнини [66,67,79].

Ние открихме, че дължината на аксона и дендритната сложност на хипокампуса и префронталния кортекс са значително намалени в 3 × Tg-AD контролната група в сравнение с не-Tg контролната група.

Предварителната обработка с упражнения на бягаща пътека увеличава дължината на аксона и сложността на дендритите в хипокампуса и префронталния кортекс при 3 × Tg-AD мишки. Предварителната обработка на упражнения на бягаща пътека вероятно поддържа дължината на аксона и сложността на дендритите в хипокампуса и префронталния кортекс при 3 × Tg-AD мишки. Междувременно, предварителната обработка с упражнения на бягаща пътека увеличава дължината на аксона и сложността на дендритите в хипокампуса и префронталния кортекс при не-Tg мишки, което показва, че упражнението предизвиква увеличена повърхностна площ за улесняване на взаимодействията с други неврони и води до подобрена структурна синаптична пластичност при не-Tg мишки. Дендритните шипове се увеличават повърхността за възможни синаптични връзки.

Смята се, че промените във формата, размера и броя на синаптичните шипове са в основата на формирането на паметта и се наблюдават при различни невродегенеративни заболявания, включително AD и болестта на Паркинсон [80–82]. Проучванията in vitro установяват, че 48-h лечение с 0.5–1.0 µM A 1–42 намалява плътността на дендритния шип/синапс в хипокампалните култури до максимум ~40% [83].

Тук показахме, че броят на общите дендритни шипове на хипокампуса и префронталния кортекс е значително намален в контролната група 3 × Tg-AD в сравнение с контролната група без Tg. Предварителното третиране с упражнения на бягаща пътека блокира намаляването на броя на шиповете в хипокампуса и префронталния кортекс при 3×Tg-AD мишки.

Въпреки това, броят на шиповете на хипокампуса и префронталния кортекс е значително намален в групата с упражнения 3 × Tg-AD в сравнение с контролната група без Tg, което предполага, че 12 седмици предварително упражнение на бягаща пътека частично възстановява загубата на дендритни шипове за шест месеца стари 3×Tg-AD мишки. От друга страна, упражненията на бягаща пътека увеличават броя на шиповете на хипокампуса и префронталния кортекс при не-Tg мишки. Предишни проучвания показват, че динамиката на дендритните шипове е свързана с ученето и паметта, а тънките, гъбестите и тънките шипове имат различни роли в ученето и паметта [56].

Тънките шипове са по-динамични от гъбените шипове, реагират на синаптичната активност и се смята, че са „обучаващи шипове“, отговорни за формирането на нови спомени по време на процеса на синаптична пластичност, придружен от уголемяване на главата [56,79]. Гъбените шипове образуват силни синаптични връзки, имат най-дълъг живот и следователно се смятат за места за съхранение на дългосрочна памет [56,79].

Набитите бодли се разглеждат като незрял тип, който преобладава по време на ранното постнатално развитие и показва относителен недостиг в зрелия мозък [59]. Наистина, ние открихме, че тънките шипове (хипокампус и префронтален кортекс), гъбените шипове (префронтален кортекс) и тънките шипове (префронтален кортекс) са значително намалени в контролната група 3 × Tg-AD в сравнение с контролната група без Tg.

Тази регионална разлика може да се дължи на времевия ход на отлагането на А, което започва в неокортекса и прогресира до хипокампуса при 3 × Tg-AD мишки [17].

Следователно дендритните шипове на неокортекса са по-сериозно увредени. Предварителното третиране с упражнения на бягаща пътека блокира намаляването на броя на тънките шипове, гъбени шипове и тънки шипове както в хипокампуса, така и в префронталния кортекс при 3×Tg-AD мишки, докато упражненията на бягащата пътека увеличават тънките шипове на хипокампуса и префронталния кортекс, гъбените шипове на префронтален кортекс и тънки бодли на префронталния кортекс при неTg мишки.

Силна положителна корелация между дендритната гръбначна плътност в хипокампуса и паметта е демонстрирана с помощта на парадигмата за кондициониране на страха, водния лабиринт на Морис и оценките на поведението при поставяне на обект [84].

Предварителната обработка на упражнения на бягаща пътека вероятно потенцира синаптичните връзки чрез увеличаване на дендритните шипове. Такива механизми могат да обяснят защо предварителната обработка на упражненията на бягаща пътека предотвратява намаляване на пространствената работна памет при 3 × Tg-AD мишки. Смята се, че интервенцията с упражнения е безопасен и икономичен избор като терапевтична или превантивна стратегия срещу няколко заболявания. Като такива, упражненията могат да служат като обещаваща превантивна интервенция за промяна на прогресията на AD.

Допълнителни материали: Следната подкрепяща информация може да бъде изтеглена от https://www.mdpi.com/article/10.3390/cells11020244/s1, Фигура S1: Пълноразмерни Western blots на данни за експресия на Synand PSD95, показани на Фигура 4.
Авторски принос: Концептуализация, LM, JC, Q.-SL и LZ; методология, LM, JC, BG, LY и CL; софтуер, LM, JC, BG, LY и CL; валидиране, LM, JC, BG, LY и CL; официален анализ, LM, JC, BG, LY и CL; разследване, LM, JC, BG, LY и CL; ресурси, LM, JC и BG; обработка на данни, LM, JC и BG; писане - подготовка на оригинална чернова, LM,JC, Q.-SL и LZ; писане-преглед и редактиране, LM, JC, BG, LY, CL, Q.-SL и LZ; визуализация, Q.-SL и LZ; надзор, Q.-SL и LZ; администриране на проекти, Q.-SL и L.Z.; придобиване на финансиране, LZ Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.

Финансиране: Тази работа беше подкрепена от Националната природонаучна фондация на Китай (31571229) към LZ

Декларация на институционалния съвет за преглед: Поддръжката и употребата на животните са съгласно протоколи, одобрени от Комитета за институционална грижа и използване на животните на Пекинския спортен университет.

Изявление за информирано съгласие: Не е приложимо.

Изявление за наличност на данни: Данните, представени в това проучване, са достъпни при поискване от съответния автор.

Конфликти на интереси: Авторите декларират липса на конфликт на интереси.

Референции

1. Бленноу, К.; де Леон, MJ; Zetterberg, H. Болест на Алцхаймер. Lancet 2006, 368, 387–403. [CrossRef]

2. Jahn, H. Загуба на паметта при болестта на Алцхаймер. Диалози Клин. Neurosci. 2013, 15, 445–454. [CrossRef] [PubMed]

3. Glenner, GG; Wong, CW Болест на Алцхаймер: Първоначален доклад за пречистването и характеризирането на нов цереброваскуларен амилоиден протеин. Biochem. Biophys. Рез. Общ. 1984, 120, 885–890. [CrossRef]

4. Грундке-Икбал, И.; Икбал, К.; Tung, YC; Куинлан, М.; Wisniewski, HM; Binder, LI Анормално фосфорилиране на свързания с микротубулите протеин tau (tau) при патология на цитоскелета на Алцхаймер. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 1986, 83, 4913–4917. [CrossRef][PubMed]

5. Юн, Т.; Окада, Дж.; Jung, MW; Kim, JJ Префронталният кортекс и хипокампусът подчиняват различни компоненти на работната памет при плъхове. Научете. Мем. 2008, 15, 97–105. [CrossRef]

6. Ларош, С.; Дейвис, С.; Jay, TM Пластичност в синапсите на хипокампа до префронталния кортекс: Двойни роли в работната памет и консолидацията. Hippocampus 2000, 10, 438–446. [CrossRef]

7. Пуцо, Д.; Argyrousi, EK; Станишевски, А.; Джан, Х.; Calcagno, E.; Zuccarello, E.; Acquarone, E.; Фа, М.; Ли Пума, DD; Граси, С.; et al. Tau не е необходим за амилоид- -индуцирани синаптични и паметови увреждания. J. Clin. разследване. 2020, 130, 4831–4844 [CrossRef]

8. Selkoe, DJ Разтворимите олигомери на амилоидния бета-протеин увреждат синаптичната пластичност и поведение. поведение. Brain Res. 2008, 192,106–113. [CrossRef] [PubMed]

9. Шанкар, GM; Li, S.; Мехта, TH; Гарсия-Муньос, А.; Шепардсън, NE; Смит, И.; Брет, FM; Фарел, Масачузетс; Роуан, MJ; Лемер, Калифорния; et al. Амилоид-бета протеиновите димери, изолирани директно от мозъка на Алцхаймер, увреждат синаптичната пластичност и паметта. Nat.Med. 2008, 14, 837–842. [CrossRef]

10. Laurén, J.; Gimbel, DA; Nygaard, HB; Гилбърт, JW; Strittmatter, SM Клетъчният прионов протеин медиира увреждането на синаптичната пластичност от амилоид-бета олигомери. Nature 2009, 457, 1128–1132. [CrossRef]

11. Лиу, XJ; Юан, Л.; Янг, Д.; Хан, WN; Li, QS; Янг, В.; Liu, QS; Qi, JS Мелатонинът предпазва от амилоид-бета-индуцирани увреждания на хипокампалния LTP и пространственото обучение при плъхове. Synapse 2013, 67, 626–636. [CrossRef] [PubMed]

12. Аройо-Гарсия, Луис; Isla, AG; Andrade-Talavera, Y.; Balleza-Tapia, H.; Лоера-Валенсия, Р.; Алварес-Хименес, Л.; Pizzirusso, G.; Тамбаро, С.; Нилсон, П.; Fisahn, A. Нарушено спайк-гама свързване на интерневрони с бързо шипване на област CA3 като най-ранното функционално увреждане в App(NL-GF) миши модел на болестта на Алцхаймер. Mol. Психиатрия 2021. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com