Упражнения на беговой дорожке предотвращают ухудшение пространственного обучения и памяти у мышей 3×Tg-AD за счет улучшения структурной синаптической пластичности гиппокампа и префронтальной коры. Часть 4

Шипы относят к грибам, если диаметр головки больше диаметра шеи [47]. Грибные шипы более стабильны и сохраняются в течение нескольких месяцев.

В последние годы повторяющиеся изменения окружающей среды и растущее напряжение в жизни заставляют все больше и больше людей чувствовать себя потерянными, уставшими и даже изнуренными. В этой ситуации многие люди не могут не вздохнуть: как долго мы сможем просуществовать в таком живом состоянии?

Однако после многих исследований было показано, что прямой корреляции между выживанием в течение нескольких месяцев и памятью нет. Другими словами, пережитые нами трудности не приведут к ухудшению нашей памяти. Напротив, правильный образ мышления и позитивный настрой могут не только укрепить нашу память, но и помочь нам лучше противостоять будущим вызовам.

Прежде всего, позитивный настрой является краеугольным камнем сохранения здоровой памяти. Когда у нас позитивный настрой, наш мозг также будет полон энергии. Мы будем более сосредоточенными и более творческими. Несколько исследований показали, что положительные эмоции и образ мышления могут даже улучшить проблемы со зрением под экранами компьютеров. Если мы сможем посвятить себя жизни и позитивно двигаться вперед, мы, естественно, не будем далеки от успеха.

Далее, умеренные физические упражнения также могут помочь нам сохранить хорошую память. Физическая активность может улучшить здоровье тела и мозга. Физические упражнения могут стимулировать обмен веществ и расходовать избыточную отрицательную энергию. Во время физической активности наш мозг будет получать больше кислорода, что полезно для нашего мозга, а также может улучшить нашу память.

Кроме того, изучение новых вещей и поддержание любопытства также могут помочь нам улучшить здоровье памяти. Обучение и исследования поддерживают клетки нашего мозга активными и активными. Когда мы исследуем новые области, нашему мозгу будут брошены вызовы, а жизнеспособность памяти повысится.

Короче говоря, обстановка и трудности, в которых мы находимся, не повредят нашей памяти. Напротив, поддержание позитивного настроя, умеренные физические нагрузки и изучение нового могут помочь нам укрепить нашу память. Если мы будем иметь позитивный настрой и сохранять любопытство, я верю, что мы сможем выжить дольше в этом сложном мире. Видно, что нам необходимо улучшить нашу память. Цистанхе может значительно улучшить память, поскольку Цистанхе также может регулировать баланс нейротрансмиттеров, например, повышая уровень ацетилхолина и факторов роста, которые очень важны для памяти и обучения. Кроме того, цистанхе также может улучшить кровоток и способствовать доставке кислорода, что может гарантировать, что мозг получает достаточное питание и энергию, тем самым повышая жизнеспособность и выносливость мозга.

Нажмите «Знайте добавки для улучшения памяти»

Их можно сместить с тонких шипов с помощью долговременной потенциации (LTP) [56,58]. Двусторонний дисперсионный анализ показал, что генотип и упражнения на беговой дорожке не оказали существенного влияния на грибовидные шипы в гиппокампе (генотип: F1, 31=6.2, p=0.019; упражнения на беговой дорожке: F1, {{10}) }.4,p=0.245; генотип × взаимодействие при упражнениях на беговой дорожке: F1, 23=0.06, p=0.803; Рисунок 6F).

Для префронтальной коры двухфакторный дисперсионный анализ показал, что генотип и упражнения на беговой дорожке оказали значительное влияние на количество грибообразных шипиков (генотип: F1, 31=23.3,p < 0.001 ; упражнение на беговой дорожке: F1, 31=24.4, p <0,001, рисунок 6G), но значимого взаимодействия между генотипом и упражнениями на беговой дорожке по количеству грибовидных шипов не выявлено (генотип × взаимодействие упражнений на беговой дорожке: F1, {{13); }}.1, р=0.723 Рисунок 6G).

Апостериорные тесты Тьюки показали, что количество грибовидных шипиков было значительно уменьшено в префронтальной коре в контрольной группе 3×Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg (p=0.001; Рисунок 6G ), а упражнения на беговой дорожке увеличили количество грибовидных шипов в префронтальной коре (p <0,001; рисунок 6G) у мышей 3×Tg-AD.

Между тем, упражнения на беговой дорожке увеличили грибовидные шипы (p=0.003; рисунок 6G) префронтальной коры у мышей, не являющихся Tg. Шипы считаются короткими, если длина и ширина равны [47].

Короткие шипы рассматриваются как незрелый тип, который преобладает на ранних стадиях постнатального развития и демонстрирует относительную нехватку в зрелом мозге [59]. Короткие шипики могут участвовать в гомеостатической регуляции кальция и контроле возбудимости нейронов [60].

Двусторонний дисперсионный анализ показал, что генотип и упражнения на беговой дорожке не оказали существенного влияния на короткие шипы в гиппокампе (генотип: F1, 31=5.8, p=0.023; упражнения на беговой дорожке: F1, {{7} }.6, p=0.430; генотип × взаимодействие при упражнениях на беговой дорожке: F1, 31=0.01, p=0.810; Рисунок 6H).

Однако двусторонний дисперсионный анализ показал, что генотип и упражнения на беговой дорожке оказали существенное влияние на количество коротких шипов (генотип: F1,31=31.1,p < 0.001; упражнения на беговой дорожке: F1,{ {7}}.4, p=0.001; Рисунок 6I), и не было выявлено значимого взаимодействия между генотипом и упражнениями на беговой дорожке по количеству коротких шипов (генотип × взаимодействие упражнений на беговой дорожке: F1, {{13}) }.4, p=0.522 Рисунок 6I) в префронтальной коре.

Апостериорные тесты Тьюки показали, что короткие отростки префронтальной коры были значительно уменьшены в контрольной группе 3×Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg (p < 0,001; рисунок 6I).

Упражнения на беговой дорожке увеличили количество коротких шипов в префронтальной коре (p=0,005; рисунок 6I) у мышей 3×Tg-AD. Между тем, упражнения на беговой дорожке увеличили количество коротких шипов (p=0,042; рисунок 6I) в префронтальной коре мышей, не имеющих Tg.

4. Обсуждение

Здесь мы продемонстрировали, что у шестимесячных мышей 3×Tg-AD наблюдались нарушения пространственной рабочей памяти, а предварительная обработка упражнениями на беговой дорожке предотвращала снижение пространственной рабочей памяти у мышей 3×Tg-AD.

Предварительное лечение упражнениями на беговой дорожке привело к увеличению числа синапсов, структурных параметров синапсов, экспрессии Syn, длины аксонов, сложности дендритов, количества дендритных шипов и восстановления структурной синаптической пластичности гиппокампа и префронтальной коры у мышей 3×Tg-AD. Между тем, предварительная тренировка на беговой дорожке повышала синаптическую пластичность за счет увеличения числа синапсов, длины аксонов, сложности дендритов и количества дендритных шипиков в гиппокампе и/или префронтальной коре мышей, не страдающих Tg.

Наши результаты показывают, что физические упражнения могут служить эффективным вмешательством на ранней стадии для задержки прогрессирования AD. Мы обнаружили, что процент ошибок рабочей памяти был значительно увеличен в контрольной группе 3 × Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg. но не оказывает существенного влияния на процент ошибок эталонной памяти.

Кратковременная память и потеря синаптической функции являются первыми и наиболее распространенными признаками ухудшения памяти и снижения когнитивных функций [35]. По мере прогрессирования заболевания люди постепенно теряют долговременную память, что приводит к проблемам с многозадачностью и абстрактным мышлением. Таким образом, эти результаты позволяют предположить, что шестимесячные мыши 3×Tg-AD все еще находятся на ранних стадиях прогрессирования болезни Альцгеймера.

Более того, 12 недель предварительной обработки упражнениями на беговой дорожке привели к значительному снижению процента ошибок рабочей памяти на 5-й и 6-й день сеанса сбора данных в рамках теста радиального лабиринта с восемью руками.

Радиальный лабиринт с восемью рукавами является одной из наиболее распространенных парадигм оценки пространственной рабочей памяти и пространственной опорной памяти [61]. Пространственная рабочая память часто используется как синоним кратковременной памяти, но рабочая память позволяет манипулировать хранимой информацией, тогда как кратковременная память относится только к кратковременному хранению информации [62].

Пространственная эталонная память относится к долговременной памяти, необходимой для запоминания информации [63]. Кроме того, предыдущие исследования показали, что бег на беговой дорожке обращает вспять снижение когнитивных функций у мышей 3×TgAD в задаче водного лабиринта Морриса, которая проверяет гиппокамп-зависимое обучение, включая приобретение пространственной памяти и долговременной пространственной памяти [64–66].

В совокупности у шестимесячных мышей 3×Tg-AD наблюдалось снижение пространственной рабочей памяти, а значительное снижение ошибок рабочей памяти при тесте в радиальном лабиринте с восемью руками указывает на то, что предварительная обработка упражнениями на беговой дорожке предотвращает снижение пространственного обучения и памяти на ранних стадиях развития. 3×Tg-AD мыши.

Мы исследовали потенциальные механизмы, которые могут лежать в основе уменьшения ошибок рабочей памяти, вызванного упражнениями на беговой дорожке, у шестимесячных мышей 3×Tg-AD. Структурная синаптическая пластичность проявляется в изменении числа и размеров синапсов, длины синаптической активной зоны, ширины синаптической щели, синаптической кривизны и толщины постсинаптической плотности [67].

Считается, что структурная синаптическая пластичность в гиппокампе и префронтальной коре формирует клеточную основу обучения и памяти, которая зависит от различных пре- и постсинаптических нейрональных механизмов [5,6]. Мы обнаружили, что предварительная обработка упражнениями на беговой дорожке привела к увеличению числа синапсов как в гиппокампе, так и в префронтальной коре шестимесячных мышей 3×Tg-AD.

Между тем, предварительная обработка упражнениями на беговой дорожке увеличила количество синапсов как в гиппокампе, так и в префронтальной коре у мышей без Tg. Длина синаптической активной зоны отражает пресинаптические нейрональные механизмы структурной синаптической пластичности, тогда как синаптическая кривизна и толщина постсинаптической плотности отражают постсинаптические нейрональные механизмы структурной синаптической пластичности [68,69].

Синаптическая щель является структурой, ответственной за передачу нейромедиатора между пресинаптическим и постсинаптическим нейронами, а оптимальное укорочение синаптической щели может иметь адаптивную функцию оптимизации синаптической силы [37,38].

Действительно, мы обнаружили, что предварительная обработка упражнениями на беговой дорожке значительно увеличила длину синаптической активной зоны, синаптическую кривизну и толщину постсинаптической плотности, укорачивая ширину синаптической щели в гиппокампе и префронтальной коре шестимесячных детей. Мыши Tg-AD. Syn является маркерным белком пресинаптических везикул нервных клеток [70], тогда как PSD95 представляет собой основной постсинаптический каркасный белок, который модулирует постсинаптический ответ на пресинаптическое высвобождение глутамата путем регуляции закрепления глутаматных рецепторов на PSD [71].

Предыдущие исследования показали, что уровень Syn и PSD95 был снижен в коре головного мозга семимесячных мышей 3×Tg-AD и восстановился через шесть месяцев добровольных физических упражнений [72].

В соответствии с этим исследованием [72] мы обнаружили, что упражнения на беговой дорожке способствуют экспрессии Syn в гиппокампе и префронтальной коре шестимесячных мышей 3×Tg-AD.

Вызванное A и тау нарушение синаптической функции также проявляется в виде нарушения индукции LTP/LTD и сетевых колебаний [37,73,74]. Между тем, упражнения на беговой дорожке снижают нагрузку APP, BACE-1 и A как в гиппокампе, так и в коре головного мозга у мышей с моделью AD [24,27].

Таким образом, вполне вероятно, что вызванное физической нагрузкой увеличение количества синапсов, синаптической структуры и уровня Syn приводит к повышению эффективности высвобождения нейротрансмиттеров и предотвращению снижения пространственной рабочей памяти у мышей с тремя × Tg-AD.

Аксоны, дендриты и дендритные отростки составляют структурную основу синаптической пластичности. Аксон функционально специализирован для передачи сигналов, тогда как дендриты специализированы для приема сигналов [75,76]. In vivo визуализация выявила аксональные аномалии и разрывы дендритов вокруг амилоидных бляшек у мышей в возрасте 4–12- с двойной трансгенной APP/PS1 на модели AD и мышей 3×Tg-AD [73,74].

Исследования in vitro с использованием A 1–42 и олигомерного A показали, что обработка A в течение 60 часов приводила к дегенерации как аксонов, сомат нейронов, так и динамики нейрональной сети [77,78]. Предыдущие исследования показали, что бег на беговой дорожке снижает отложение А и уровень тау в гиппокампе и коре головного мозга у мышей 3×Tg-AD и крыс, получавших диету с высоким содержанием жиров [66,67,79].

Мы обнаружили, что длина аксонов и сложность дендритов гиппокампа и префронтальной коры были значительно уменьшены в контрольной группе 3×Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg.

Предварительное лечение упражнениями на беговой дорожке увеличивало длину аксонов и сложность дендритов в гиппокампе и префронтальной коре у мышей 3×Tg-AD. Предварительное лечение упражнениями на беговой дорожке, вероятно, поддерживает длину аксонов и сложность дендритов в гиппокампе и префронтальной коре у мышей 3×Tg-AD. Между тем, предварительная тренировка на беговой дорожке увеличила длину аксонов и сложность дендритов в гиппокампе и префронтальной коре у мышей, не являющихся Tg, что указывает на то, что упражнения вызывают увеличение площади поверхности, облегчающей взаимодействие с другими нейронами, и приводят к усилению структурной синаптической пластичности у мышей, не являющихся Tg. площадь поверхности для возможных синаптических связей.

Считается, что изменения формы, размера и количества синаптических отростков лежат в основе формирования памяти и наблюдаются при различных нейродегенеративных заболеваниях, включая БА и болезнь Паркинсона [80–82]. Исследования in vitro показали, что обработка 48-h 0.5–1,0 мкМ A 1–42 снижает плотность дендритных шипов/синапсов в культурах гиппокампа максимум до ~ 40% [83].

Здесь мы показали, что общее количество дендритных шипов гиппокампа и префронтальной коры было значительно уменьшено в контрольной группе 3 × Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg. Предварительное лечение упражнениями на беговой дорожке блокировало уменьшение количества шипов в гиппокампе и префронтальной коре у мышей 3×Tg-AD.

Однако количество шипов гиппокампа и префронтальной коры было значительно уменьшено в группе упражнений 3×Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg, что позволяет предположить, что 12 недель предварительной тренировки на беговой дорожке частично восстановили потерю дендритных шипиков за шесть месяцев. старые мыши 3×Tg-AD. С другой стороны, упражнения на беговой дорожке увеличили количество шипов гиппокампа и префронтальной коры у мышей без Tg. Предыдущие исследования показали, что динамика дендритных шипиков связана с обучением и памятью, а тонкие, грибовидные и короткие шипики играют разную роль в обучении и памяти [56].

Тонкие шипы более динамичны, чем грибовидные шипы, реагируют на синаптическую активность и считаются «обучающимися шипами», ответственными за формирование новых воспоминаний во время процесса синаптической пластичности, сопровождающегося увеличением головы [56,79]. Грибовидные шипики образуют прочные синаптические связи. имеют самый длинный срок жизни и поэтому считаются местами долговременного хранения памяти [56,79].

Короткие шипы рассматриваются как незрелый тип, который преобладает на ранних стадиях постнатального развития и демонстрирует родственную недостаточность в зрелом мозге [59]. Действительно, мы обнаружили, что тонкие шипы (гиппокамп и префронтальная кора), грибовидные шипы (префронтальная кора) и короткие шипы (префронтальная кора) были значительно уменьшены в контрольной группе 3×Tg-AD по сравнению с контрольной группой без Tg.

Эта региональная разница может быть связана с временным ходом отложения А, которое начинается в неокортексе и прогрессирует в гиппокамп у мышей 3×Tg-AD [17].

Следовательно, дендритные отростки неокортекса повреждаются более сильно. Предварительное лечение упражнениями на беговой дорожке блокировало уменьшение количества тонких шипов, грибообразных шипов и коротких шипов как в гиппокампе, так и в префронтальной коре у мышей 3×Tg-AD, в то время как упражнения на беговой дорожке увеличивали количество тонких шипов гиппокампа и префронтальной коры головного мозга. префронтальная кора и короткие отростки префронтальной коры у мышей без Tg.

Сильная положительная корреляция между плотностью дендритных шипов в гиппокампе и памятью была продемонстрирована с использованием парадигмы обуславливания страха, водного лабиринта Морриса и поведенческих оценок размещения объектов [84].

Предварительная тренировка на беговой дорожке, вероятно, усиливает синаптические связи за счет увеличения количества дендритных шипов. Такие механизмы могут объяснить, почему предварительная тренировка на беговой дорожке предотвращает снижение пространственной рабочей памяти у мышей 3×Tg-AD. Считается, что занятия физическими упражнениями являются безопасным и экономичным выбором в качестве терапевтической или профилактической стратегии против ряда заболеваний. Таким образом, физические упражнения могут служить многообещающим профилактическим вмешательством, направленным на изменение прогрессирования БА.

Дополнительные материалы: следующую вспомогательную информацию можно загрузить по адресу https://www.mdpi.com/article/10.3390/cells11020244/s1, рисунок S1: полноразмерные вестерн-блоты данных экспрессии Synand PSD95, показанные на рисунке 4.
Вклад авторов: концептуализация, LM, JC, Q.-SL и LZ; методология, LM, JC, BG,LY и CL; программное обеспечение: LM, JC, BG, LY и CL; валидация — LM, JC, BG, LY и CL; формальный анализ — LM, JC, BG, LY и CL; расследование, LM, JC, BG, LY и CL; ресурсы, LM, JC и BG; курирование данных, LM, JC и BG; письменная подготовка черновика, LM,JC, Q.-SL и LZ; написание-рецензирование и редактирование — LM, JC, BG, LY, CL, Q.-SL и LZ; визуализация — Q.-SL и LZ; надзор, К.-СЛ и ЛЗ; администрирование проекта, Q.-SL и L.Z.; приобретение финансирования, LZ. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование: Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (31571229) в LZ.

Заявление Институционального наблюдательного совета: Содержание и использование животных осуществлялось в соответствии с протоколами, одобренными Институциональным комитетом по уходу и использованию животных Пекинского спортивного университета.

Заявление об информированном согласии: Не применимо.

Заявление о доступности данных: данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу у соответствующего автора.

Конфликты интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Бленноу, К.; де Леон, MJ; Зеттерберг, Х. Болезнь Альцгеймера. Ланцет 2006, 368, 387–403. [Перекрестная ссылка]

2. Ян Х. Потеря памяти при болезни Альцгеймера. Диалоги Клин. Нейроски. 2013, 15, 445–454. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

3. Гленнер, Г.Г.; Вонг, К.В. Болезнь Альцгеймера: первоначальный отчет об очистке и характеристике нового цереброваскулярного амилоидного белка. Биохим. Биофиз. Рез. Коммун. 1984, 120, 885–890. [Перекрестная ссылка]

4. Грундке-Икбал И.; Икбал, К.; Тунг, ЮК; Куинлан, М.; Вишневский, Х.М.; Биндер Л.И. Аномальное фосфорилирование ассоциированного с микротрубочками белка тау (тау) при патологии цитоскелета Альцгеймера. Учеб. Натл. акад. наук. США 1986, 83, 4913–4917. [Перекрестная ссылка][PubMed]

5. Юн, Т.; Окада, Дж.; Юнг, М.В.; Ким, Дж. Дж. Префронтальная кора и гиппокамп служат различным компонентам рабочей памяти у крыс. Учиться. Память 2008, 15, 97–105. [Перекрестная ссылка]

6. Ларош, С.; Дэвис, С.; Джей, Т.М. Пластичность синапсов гиппокампа и префронтальной коры: двойная роль в рабочей памяти и консолидации. Гиппокамп 2000, 10, 438–446. [Перекрестная ссылка]

7. Пуццо, Д.; Аргируси, ЕК; Станишевский, А.; Чжан, Х.; Кальканьо, Э.; Зуккарелло, Э.; Акварон, Э.; Фа, М.; Ли Пума, Д.Д.; Грасси, К.; и др. Тау не требуется при нарушениях синапсов и памяти, вызванных амилоидом- -. Дж. Клин. Расследование. 2020, 130, 4831–4844.[CrossRef]

8. Selkoe, DJ. Растворимые олигомеры бета-белка амилоида нарушают синаптическую пластичность и поведение. Поведение. Мозговой Рес. 2008, 192,106–113. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

9. Шанкар, генеральный менеджер; Ли, С.; Мехта, TH; Гарсия-Муньос, А.; Шепардсон, штат Невада; Смит, И.; Бретт, FM; Фаррелл, Массачусетс; Роуэн, MJ; Лемер, Калифорния; и др. Димеры бета-амилоидного белка, выделенные непосредственно из мозга больных болезнью Альцгеймера, нарушают синаптическую пластичность и память. Нац.Мед. 2008, 14, 837–842. [Перекрестная ссылка]

10. Лорен Ж.; Гимбел, Д.А.; Найгаард, HB; Гилберт, JW; Стриттматтер, С.М. Клеточный прионный белок опосредует нарушение синаптической пластичности олигомерами бета-амилоида. Природа 2009, 457, 1128–1132. [Перекрестная ссылка]

11. Лю, XJ; Юань, Л.; Ян, Д.; Хан, Западная Нью-Йорк; Ли, QS; Ян, В.; Лю, QS; Ци, Дж. С. Мелатонин защищает от вызванных бета-амилоидом нарушений LTP гиппокампа и пространственного обучения у крыс. Синапс 2013, 67, 626–636. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

12. Арройо-Гарсия, Луизиана; Исла, AG; Андраде-Талавера, Ю.; Баллеза-Тапия, Х.; Лоэра-Валенсия, Р.; Альварес-Хименес, Л.; Пиццируссо, Г.; Тамбаро, С.; Нильссон, П.; Фисан, А. Нарушение связи спайк-гамма интернейронов с быстрым спайком области CA3 как самое раннее функциональное нарушение в мышиной модели болезни Альцгеймера App (NL-GF). Мол. Психиатрия 2021. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com