摘要
目的：随着人口老龄化的加剧，阿尔兹海默病（Alzheimer’s disease，AD）的发病率逐年上升，一跃成为世界五大危害健康的疾病之一。既往研究和我们前期研究结果发现适度的跑步运动是AD的有效防治手段，然而跑步运动改善AD认知功能的机制并未完全阐明。近年来，少突胶质细胞和髓鞘的可塑性在AD发病机制逐渐受到重视。少突胶质细胞是中枢神经系统形成髓鞘的特有细胞，其增殖、分化对损伤髓鞘的再生和可塑性至关重要。少突胶质细胞的缺失以及髓鞘的病理改变与 AD 认知功能障碍密切相关。内侧前额叶皮质（Medial prefrontal cortex，mPFC）是控制大脑认知的高级中枢，其对学习和记忆具有至关重要的作用，也是AD患者受累的脑区之一。有研究发现正常动物脑内的少突胶质细胞对运动高度敏感，然而APP/PS1 转基因小鼠 mPFC 内少突胶质细胞的具体改变情况及主动跑步运动对 APP/PS1 小鼠 mPFC 内少突胶质细胞产生的作用以及其形成髓鞘的影响目前还未见相关报道。因此，本课题拟对 10 月龄APP/PS1 转基因小鼠给与 3个月的主动跑步运动干预，研究主动跑步运动对 APP/PS1 转基因小鼠 mPFC 内少突胶质细胞及髓鞘的作用，为研究主动跑步运动改善 AD 认知功能的脑区和细胞机制提供理论依据，为未来寻找新的治疗AD方法提供新靶点和新思路。 方法：我们随机选择 40只10月龄的雄性 APP/ PS1小鼠和 40只同窝野生型小鼠，随机均等分为对照组和跑步组，共包括四组：AD组（n = 20），AD+RUN组（n = 20），WT组（n = 20），WT+RUN组（n = 20）。跑步组在带滚轮的跑步笼子饲养三个月，并采集每只小鼠的跑步量；对照组不做任何处理。主动跑步运动干预后利用Morris水迷宫（Morris water maze，MWM）、Y迷宫和新物体识别实验（Novel object recognition，NOR）综合评估每组小鼠的认知功能。行为学测试结束后，每组随机选取4只小鼠进行灌注取脑，利用冷冻超微切片机分别切取30 μm和60 μm连续等距冰冻切片，随机抽取一套 60 μm的连续等距切片进行anti-CC1抗体的免疫组化染色，运用体视学方法定量mPFC内成熟少突胶质细胞（CC1+细胞）总数，同时在mPFC不同层面细胞带随机抽取3-5个视野计算各组小鼠mPFC各层CC1+细胞密度。随机抽取两套 30 μm连续等距的脑片分别进行抗 Olig2抗体和抗PDGFRα抗体以及抗MBP抗体的免疫荧光染色，运用激光共聚焦结合 ImageJ 软件分析统计各组小鼠 mPFC 中 Olig2+细胞密度和Olig2+/PDGFRα+细胞密度、OPC形态变化和MBP的表达。 结果： 1. 长期主动跑步运动对 APP/PS1转基因AD小鼠认知功能的影响 （1）运用各种行为学手段检测各组小鼠的的认知功能发现13月龄的APP/PS1转基因AD小鼠空间学习和记忆能力，工作记忆，认知记忆水平相较于同月龄野生型小鼠显著下降。 （2）给与APP/PS1转基因AD小鼠3个月的自主跑步运动干预后，行为学测试显示自主跑步运动后显著提高了该模型小鼠空间学习和记忆能力，工作记忆，认知记忆水平。 2. 长期主动跑步运动对 APP/PS1 转基因 AD 小鼠 mPFC 少突胶质细胞及其形成髓鞘的作用 （1）13月龄的APP/PS1转基因AD小鼠mPFC内第Ⅴ、Ⅵ层的CC1+细胞密度显著低于同月龄野生型小鼠，并且mPFC内PDGFRα+/ Olig2+细胞密度，PDGFRα+/ Olig2+细胞与 Olig2+细胞密度比值也显著高于同月龄野生型小鼠，而Olig2+细胞密度没有改变。相较于同月龄野生型小鼠，13月龄的APP/PS1转基因AD小鼠mPFC内PDGFRα+/Olig2+细胞突起分支复杂程度显著增加，MBP表达水平显著降低。 （2）长期自主跑步运动增加了AD模型小鼠mPFC内CC1+细胞密度，尤其是增加AD模型小鼠mPFC内第Ⅲ、Ⅴ层CC1+细胞密度，并且减少了 mPFC内 PDGFRα+/ Olig2+细胞密度，PDGFRα+/ Olig2+细胞与 Olig2+细胞密度比值，而 Olig2+细胞密度没有改变，PDGFRα+/Olig2+细胞突起分支复杂程度显著减少，而 MBP 表达水平显著增加。 结论： 1、13月龄APP/PS1转基因小鼠出现认知功能障碍，长期自主跑步运动可以改善该模型小鼠认知功能障碍。2、13月龄APP/PS1转基因小鼠mPFC第Ⅴ、Ⅵ层的成熟少突胶质细胞的数量减少，并且mPFC内少突胶质前体细胞数量和细胞突起分支复杂程度增加，而髓鞘标志物表达减少。提示13月龄APP/PS1转基因小鼠mPFC少突胶质细胞出现了分化成熟障碍以及其形成髓鞘的能力出现了损伤。3、长期自主跑步运动增加了AD小鼠mPFC内成熟少突胶质细胞的数量，尤其是增加AD模型小鼠mPFC内第Ⅲ、Ⅴ层成熟少突胶质细胞的数量，然而并没有改变少突胶质细胞的总数量。并且长期自主跑步运动显著减少mPFC内少突胶质前体细胞数量和细胞突起分支复杂程度，而髓鞘标志物表达增加。提示长期自主跑步运动促进了AD模型小鼠mPFC内少突胶质细胞分化成熟以及其形成髓鞘的能力。
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