Exercițiul pe banda de alergare previne declinul învățării și memoriei spațiale la șoarecii 3×Tg-AD prin îmbunătățirea plasticității sinaptice structurale a hipocampului și a cortexului prefrontal Partea 4

Tepii sunt clasificați ca ciuperci dacă diametrul capului este mai mare decât diametrul gâtului [47]. Tepii de ciuperci sunt mai stabili și persistă luni de zile.

În ultimii ani, schimbările repetate ale mediului și presiunea crescândă în viață au făcut din ce în ce mai mulți oameni să se simtă pierduți, obosiți și chiar epuizați. În această situație, mulți oameni nu se pot abține să nu ofte: Cât timp putem supraviețui într-o asemenea stare de viață?

Cu toate acestea, după multe studii, s-a demonstrat că nu există o corelație directă între supraviețuirea pentru câteva luni și memorie. Cu alte cuvinte, greutățile pe care le-am experimentat nu vor face ca memoria noastră să scadă. Dimpotrivă, modul corect de gândire și o atitudine pozitivă nu ne pot întări doar memoria, ci și ne pot face să facem față mai bine provocărilor viitoare.

În primul rând, o atitudine pozitivă este piatra de temelie a păstrării unei memorie sănătoase. Când avem o mentalitate pozitivă, creierul nostru va fi și el plin de energie. Vom fi mai concentrați și mai creativi. Mai multe studii au arătat că emoțiile și mentalitățile pozitive pot chiar îmbunătăți problemele de vedere sub ecranele computerelor. Dacă putem să ne dedicăm vieții și să mergem înainte pozitiv, în mod natural nu vom fi departe de succes.

În continuare, exercițiile fizice moderate ne pot ajuta să ne menținem o memorie bună. Activitatea fizică poate îmbunătăți sănătatea corpului și a creierului. Exercițiile fizice pot promova metabolismul și pot consuma excesul de energie negativă. În timpul activității fizice, creierul nostru va primi mai mult oxigen, ceea ce este util pentru creierul nostru și, de asemenea, ne poate îmbunătăți memoria.

În plus, învățarea lucrurilor noi și menținerea curiozității ne pot ajuta, de asemenea, să îmbunătățim sănătatea memoriei. Învățarea și explorarea mențin celulele creierului nostru active și active. Când explorăm noi zone, creierul nostru va fi provocat și vitalitatea memoriei va fi îmbunătățită.

Pe scurt, mediul și dificultățile în care ne aflăm nu ne vor răni memoria. Dimpotrivă, menținerea unei atitudini pozitive, exerciții fizice moderate și învățarea de lucruri noi ne pot ajuta să ne întărim memoria. Dacă avem o atitudine pozitivă și menținem curiozitatea, cred că putem supraviețui mai mult în această lume provocatoare. Se poate observa că trebuie să ne îmbunătățim memoria. Cistanche poate îmbunătăți semnificativ memoria, deoarece Cistanche poate, de asemenea, regla echilibrul neurotransmițătorilor, cum ar fi creșterea nivelurilor de acetilcolină și a factorilor de creștere, care sunt foarte importanți pentru memorie și învățare. În plus, Cistanche poate, de asemenea, să îmbunătățească fluxul sanguin și să promoveze livrarea de oxigen, ceea ce poate asigura că creierul primește suficientă nutriție și energie, îmbunătățind astfel vitalitatea și rezistența creierului.

Faceți clic pe cunoașteți suplimentele pentru a îmbunătăți memoria

Ele pot fi deplasate de la coloanele subțiri prin potențare pe termen lung (LTP) [56,58]. ANOVA bidirecțional a indicat că genotipul și exercițiul pe banda de alergare nu au avut efecte semnificative asupra spinilor ciupercilor din hipocamp (genotip: F1,31=6.2, p=0.019; exercițiul pe banda de alergare: F1,{{10} }.4,p=0.245 genotip × interacțiune cu exerciții de alergare: F1,23=0.06, p=0.803;

Pentru cortexul prefrontal, ANOVA bidirecțional a indicat că genotipul și exercițiul pe banda de alergare au avut efecte principale semnificative asupra numărului de coloane de ciuperci (genotip: F1,31=23.3,p <0.001. ; exercițiu pe bandă de alergare: F1, 31=24.4, p < 0,001 Figura 6G), dar nu a existat o interacțiune semnificativă între genotip și exercițiul pe banda de alergare asupra numărului de coloane de ciuperci (interacțiunea genotip × exercițiu pe banda de alergare: F1,{{13 }}.1, p=0.723; Figura 6G).

Testele post-hoc ale lui Tukey au indicat că numărul de coloane cu ciuperci a scăzut semnificativ în cortexul prefrontal în grupul de control 3×Tg-AD comparativ cu grupul de control non-Tg (p=0.001; Figura 6G ), iar exercițiul pe banda de alergare a crescut numărul de spine de ciuperci în cortexul prefrontal (p <0,001; Figura 6G) la șoarecii 3 × Tg-AD.

Între timp, exercițiul pe bandă rulantă a crescut coloanele ciuperci (p=0.003; Figura 6G) ale cortexului prefrontal la șoareci non-Tg. Spinii sunt considerați stupoși dacă lungimea și lățimea sunt egale [47].

Colonii stubby sunt priviți ca un tip imatur care este predominant în timpul dezvoltării postnatale timpurii și prezintă o penurie relativă în creierul matur [59]. Coloanele stubby pot participa la reglarea homeostatică a calciului și controlul excitabilității neuronale [60].

ANOVA bidirecțională a indicat că genotipul și exercițiul pe bandă de alergare nu au avut niciun efect semnificativ asupra coloanelor stupoase din hipocamp (genotip: F1,31=5.8, p=0.023; exercițiul treadmill: F1,{{7} }.6, p=0.430 genotip × interacțiune cu exerciții de rulare: F1,31=0.01, p=0.810;

Cu toate acestea, ANOVA bidirecțională a indicat că genotipul și exercițiul pe bandă rulantă au avut efecte principale semnificative asupra numărului de coloane stubby (genotip: F1,31=31.1,p <0.001; exercițiul pe banda de alergare: F1,{ {7}}.4, p=0.001, Figura 6I) și nu a existat o interacțiune semnificativă între genotip și exercițiul pe banda de alergare asupra numărului de coloane stubby (genotip × interacțiune cu exercițiul pe banda de alergare: F1,{{13} }.4, p=0.522 Figura 6I) în cortexul prefrontal.

Testele post-hoc ale lui Tukey au indicat că coloanele stupoase ale cortexului prefrontal au scăzut semnificativ în grupul de control 3 × Tg-AD comparativ cu grupul de control non-Tg (p < 0.001; Figura 6I).

Exercițiul pe banda de alergare a crescut numărul de coloane stubby în cortexul prefrontal (p=0.005; Figura 6I) la șoarecii 3 × Tg-AD. Între timp, exercițiul pe banda de alergare a crescut numărul de coloane stubby (p=0.042; Figura 6I) ale cortexului prefrontal la șoareci non-Tg.

4. Discuție

Aici, am demonstrat că șoarecii de șase luni 3 × Tg-AD au prezentat o memorie de lucru spațială afectată, iar pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a prevenit scăderea memoriei de lucru spațial la șoarecii 3 × Tg-AD.

Pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a condus la creșterea numărului de insinapse, a parametrilor structurali sinaptici, a expresiei Syn, a lungimii axonului, a complexității dendritice, a numărului de coloane dendritice și la restabilirea plasticității sinaptice structurale a hipocampului și a cortexului prefrontal la șoarecii 3×Tg-AD. Între timp, pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a îmbunătățit plasticitatea sinaptică prin creșterea numărului sinapselor, a lungimii axonilor, a complexității dendritice și a numărului de coloane dendritice din hipocamp și/sau cortexul prefrontal al șoarecilor non-Tg.

Descoperirile noastre sugerează că exercițiul poate servi ca o intervenție eficientă în stadiul incipient pentru a întârzia progresia AD. Am constatat că procentul erorilor de memorie de lucru a fost semnificativ crescut în grupul de control 3 × Tg-AD comparativ cu grupul de control non-Tg, dar fără efecte semnificative asupra procentului de erori de memorie de referință.

Memoria de scurtă durată și pierderea funcției sinaptice sunt semnele inițiale și cele mai frecvente prezente ale tulburării memoriei și declinului cognitiv [35]. Pe măsură ce boala progresează, oamenii experimentează treptat pierderea memoriei pe termen lung, ceea ce duce la probleme cu multitasking și gândire abstractă. Astfel, acest rezultat sugerează că șoarecii 3×Tg-AD în vârstă de șase luni sunt încă în stadiile incipiente ale progresiei AD.

Mai mult, 12 săptămâni de pretratare a exercițiilor pe banda de alergare au condus la o scădere semnificativă a procentului de erori de memorie de lucru în ziua 5 și ziua 6 a sesiunii de achiziție în cadrul testului labirint radial cu opt brațe.

Labirintul radial cu opt brațe este unul dintre cele mai comune paradigme pentru evaluarea memoriei spațiale de lucru și a memoriei de referință spațială [61]. Memoria de lucru spațială este adesea folosită sinonim cu memoria pe termen scurt, dar memoria de lucru permite manipularea informațiilor stocate, în timp ce memoria pe termen scurt se referă doar la stocarea pe termen scurt a informațiilor [62].

Memoria de referință spațială se referă la amintirile pe termen lung care sunt necesare pentru memorarea informațiilor [63]. Mai mult, studiile anterioare au demonstrat că alergarea pe banda de alergare inversează declinul cognitiv la șoarecii 3 × TgAD în sarcina de labirint de apă Morris, care testează învățarea dependentă de hipocamp, inclusiv achiziționarea memoriei spațiale și a memoriei spațiale pe termen lung [64-66].

Împreună, șoarecii de șase luni 3×Tg-AD au prezentat o memorie de lucru spațială diminuată, iar scăderea robustă a erorilor de memorie de lucru în cadrul testului labirint radial cu opt brațe indică faptul că pretratările pentru exerciții pe banda de alergare previn scăderea învățării spațiale și a memoriei în stadiile incipiente ale 3 x șoareci Tg-AD.

Am examinat mecanismele potențiale care ar putea sublinia scăderea erorilor de memorie de lucru indusă de efortul pe banda de alergare la șoarecii 3×Tg-AD în vârstă de șase luni. Plasticitatea structural-sinaptică se manifestă prin modificări ale numărului și mărimii sinapselor, lungimii zonei active sinaptice, lățimii despicaturii sinaptice, curburii sinaptice și grosimea densității postsinaptice [67].

Se crede că plasticitatea sinaptică structurală din hipocamp și cortexul prefrontal formează baza celulară a învățării și memoriei, care depinde de diferite mecanisme neuronale pre- și post-sinaptice [5,6]. Am descoperit că pretratamentele pentru exerciții pe banda de alergare au dus la o creștere a numărului de sinapse atât în ​​hipocamp, cât și în cortexul prefrontal al șoarecilor 3×Tg-AD în vârstă de șase luni.

Între timp, pretratamentele pentru exerciții pe banda de alergare au crescut numărul sinapselor atât în ​​hipocamp, cât și în cortexul prefrontal la șoarecii non-Tg. Lungimea zonei active sinaptice reflectă mecanismele presinapticneuronale ale plasticității sinaptice structurale, în timp ce curbura sinaptică și grosimea densității postsinaptice reflectă mecanismele neuronale postsinaptice ale plasticității sinaptice structurale [68,69].

Despicatura sinaptică este structura responsabilă pentru transmiterea neurotransmițătorului între neuronii presinaptici și postsinaptici, iar scurtarea optimă a despicăturii sinaptice poate avea o funcție adaptativă de optimizare a forței sinaptice [37,38].

Într-adevăr, am constatat că pretratările pentru exerciții pe banda de alergare au crescut în mod remarcabil lungimea zonei active sinaptice, curbura sinaptică și grosimea densității postsinaptice, scurtând lățimea despicăturii sinaptice din hipocamp și cortexul prefrontal al 3× de șase luni. Șoareci Tg-AD. Syn este o proteină marker a veziculelor presinaptice ale celulelor nervoase [70], în timp ce PSD95 este o proteină pivot postsinaptică de schele care modulează răspunsul postsinaptic la eliberarea presinaptică de glutamat prin reglarea ancorării receptorilor de glutamat la PSD [71].

Studiile anterioare au arătat că Syn și PSD95 au fost reglate în jos în cortexul cerebral al șoarecilor 3×Tg-AD în vârstă de șapte luni și au fost recuperate prin șase luni de tratament voluntar [72].

În concordanță cu acest studiu [72], am descoperit că exercițiul pe banda de alergare a facilitat expresia Syn în hipocamp și cortexul prefrontal al șoarecilor 3×Tg-AD în vârstă de șase luni.

Perturbarea indusă de A și tau a funcției sinaptice se manifestă, de asemenea, ca inducție LTP/LTD afectată și oscilații ale rețelei [37,73,74]. Între timp, exercițiul pe banda de alergare scade APP, BACE-1 și A atât în ​​hipocamp, cât și în cortex la șoarecii ADmodel [24,27].

Prin urmare, este probabil ca creșterile induse de exerciții fizice ale numărului sinapselor, ale structurii sinaptice și ale nivelului de Syn să conducă la o eficacitate sporită a eliberării neurotransmițătorilor și la prevenirea scăderii memoriei de lucru spațiale a șoarecilor de trei ori Tg-AD.

Axonii, dendritele și spinii dendritici constituie baza structurală a plasticității sinaptice. Axonul este specializat funcțional pentru a transmite semnale, în timp ce dendritele sunt specializate pentru a primi semnale [75,76]. In vivo, imagistica a indicat anomalii axonale și ruptură dendritică în jurul plăcilor de amiloid într-un model de șoarece dublu transgenic APP/PS1 vechi de 4-12-luni de șoareci AD și 3x Tg-AD [73,74].

Studiile in vitro folosind A 1–42 și oligomerice A au arătat că tratamentul de 60 de ore A a dus la degenerarea atât a axonilor, a somatelor neuronale, cât și a dinamicii rețelei neuronale [77,78]. Studiile anterioare au arătat că alergarea pe banda de alergare a atenuat depunerea A și nivelul de tau în hipocamp și cortexul cerebral la șoareci 3 × Tg-AD și șobolani hrăniți cu dietă bogată în grăsimi [66,67,79].

Am descoperit că lungimea axonului și complexitatea dendritică a hipocampului și cortexului prefrontal au fost semnificativ scăzute în grupul de control 3 × Tg-AD comparativ cu grupul non-Tgcontrol.

Pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a crescut lungimea axonului și complexitatea dendritică în hipocamp și cortexul prefrontal la șoarecii 3 × Tg-AD. Pretratamentul exercițiului pe banda de alergare menține probabil lungimea axonului și complexitatea dendritică în hipocamp și cortexul prefrontal la șoarecii 3 × Tg-AD. Între timp, pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a crescut lungimea axonului și complexitatea dendritică în hipocamp și cortexul prefrontal la șoarecii non-Tg, ceea ce indică faptul că exercițiul induce o suprafață crescută pentru a facilita interacțiunile cu alți neuroni și duce la îmbunătățirea plasticității sinaptice structurale la șoarecii non-Tg. Spinele dendritice cresc suprafața pentru posibile conexiuni sinaptice.

Se crede că schimbările în forma, dimensiunea și numărul coloanelor sinaptice stau la baza formării memoriei și sunt observate într-o varietate de boli neurodegenerative, inclusiv AD și boala Parkinson [80-82]. Studiile in vitro au constatat că tratamentul de 48-h cu 0.5–1,0 µM A 1–42 a redus densitatea coloanei dendritice/sinapsei în culturile hipocampului până la un maxim de ~40% [83].

Aici, am arătat că numărul de coloane dendritice totale ale hipocampului și cortexului prefrontal a fost semnificativ scăzut în grupul de control 3 × Tg-AD comparativ cu grupul de control non-Tg. Pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a blocat scăderea numărului de coloane din hipocamp și cortexul prefrontal la șoarecii 3×Tg-AD.

Cu toate acestea, numărul de coloane ai hipocampului și cortexului prefrontal a scăzut semnificativ în grupul de exerciții 3 × Tg-AD comparativ cu grupul de control non-Tg, ceea ce sugerează că 12 săptămâni de pretratament pentru exerciții pe banda de alergare au restabilit parțial pierderea spinei dendritice în șase luni. șoareci bătrâni 3×Tg-AD. Pe de altă parte, exercițiile pe banda de alergare au crescut numărul de coloane ale hipocampului și cortexului prefrontal la șoarecii non-Tg. Studiile anterioare au arătat că dinamica coloanelor dendritice este asociată cu învățarea și memoria, iar spinii subțiri, ciuperci și stubby au roluri diferite în învățare și memorie [56].

Tepii subțiri sunt mai dinamici decât țepii ciupercilor, răspund la activitatea sinaptică și se crede că sunt „tepii de învățare”, responsabili pentru formarea de noi amintiri în timpul procesului de plasticitate sinaptică, însoțită de mărirea capului [56,79]. Tepii de ciuperci formează conexiuni sinaptice puternice, au cea mai lungă durată de viață și, prin urmare, se consideră că sunt locuri de stocare a memoriei pe termen lung [56,79].

Coloanele stubby sunt considerate ca un tip imatur care este predominant în timpul dezvoltării postnatale timpurii și prezintă o relativă raritate în creierul matur [59]. Într-adevăr, am descoperit că țepii subțiri (hipocamp și cortexul prefrontal), țepii ciuperci (cortexul prefrontal) și țepii stubby (cortexul prefrontal) au fost semnificativ scăzute în grupul de control 3 × Tg-AD comparativ cu grupul non-Tgcontrol.

Această diferență regională se poate datora cursului în timp al depunerii A, care inițiază în neocortex și progresează la hipocamp la șoarecii 3×Tg-AD [17].

Prin urmare, coloanele dendritice ale neocortexului sunt afectate mai grav. Pretratamentul exercițiului pe banda de alergare a blocat scăderea numărului de coloane subțiri, spini ciuperci și spini stupoși atât în ​​hipocamp, cât și în cortexul prefrontal la șoarecii 3×Tg-AD, în timp ce exercițiul pe banda de alergare a crescut coloanele subțiri ale hipocampului și cortexul prefrontal, coloanele ciuperci ale cortexul prefrontal și coloanele stubby ale cortexului prefrontal la șoarecii nonTg.

O puternică corelație pozitivă între densitatea coloanei dendritice din hipocamp și memoria a fost demonstrată folosind paradigma condiționării fricii, Morris watermaze și evaluările comportamentale de plasare a obiectelor [84].

Pretratamentul exercițiului pe banda de alergare potențează probabil conexiunile sinaptice printr-o creștere a coloanelor dendritice. Astfel de mecanisme ar putea explica de ce pretratamentul exercițiului pe banda de alergare previne o scădere a memoriei de lucru spațial la șoarecii 3 × Tg-AD. Intervenția exercițiului este considerată a fi o alegere sigură și economică ca strategie terapeutică sau preventivă împotriva mai multor boli. Ca atare, exercițiul poate servi ca o intervenție preventivă promițătoare pentru a modifica progresia AD.

Materiale suplimentare: Următoarele informații justificative pot fi descărcate de la https://www.mdpi.com/article/10.3390/cells11020244/s1, Figura S1: Western blots pe lungime completă a datelor de expresie Synand PSD95 prezentate în Figura 4.
Contribuții autor: Conceptualizare, LM, JC, Q.-SL și LZ; metodologie, LM, JC, BG,LY și CL; software, LM, JC, BG, LY și CL; validare, LM, JC, BG, LY și CL; analiză formală, LM, JC, BG, LY și CL; investigație, LM, JC, BG, LY și CL; resurse, LM, JC și BG; curatarea datelor, LM, JC și BG; scriere-pregătirea schiței originale, LM,JC, Q.-SL și LZ; scriere-revizuire și editare, LM, JC, BG, LY, CL, Q.-SL și LZ;vizualizare, Q.-SL și LZ; supraveghere, Q.-SL și LZ; administrarea proiectelor, Q.-SL si L.Z.; achiziție de finanțare, LZ Toți autorii au citit și au fost de acord cu versiunea publicată a manuscrisului.

Finanțare: Această lucrare a fost susținută de Fundația Națională de Științe Naturale din China (31571229) către LZ

Declarația Comisiei de examinare instituțională: întreținerea și utilizarea animalelor au fost conform protocoalelor aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din cadrul Universității Sportive din Beijing.

Declarație de consimțământ informat: Nu se aplică.

Declarația de disponibilitate a datelor: Datele prezentate în acest studiu sunt disponibile la cerere de la autorul corespunzător.

Conflicte de interese: Autorii nu declară niciun conflict de interese.

Referințe

1. Blennow, K.; de Leon, MJ; Zetterberg, H. boala Alzheimer. Lancet 2006, 368, 387–403. [CrossRef]

2. Jahn, H. Pierderea memoriei în boala Alzheimer. Dialoguri Clin. Neurosci. 2013, 15, 445–454. [CrossRef] [PubMed]

3. Glenner, GG; Wong, CW Boala Alzheimer: Raportul inițial al purificării și caracterizării unei noi proteine ​​​​cerebrovascularamiloid. Biochim. Biophys. Res. comun. 1984, 120, 885–890. [CrossRef]

4. Grundke-Iqbal, I.; Iqbal, K.; Tung, YC; Quinlan, M.; Wisniewski, HM; Binder, LI Fosforilarea anormală a proteinei asociate microtubulilor tau (tau) în patologia citoscheletică Alzheimer. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 1986, 83, 4913–4917. [CrossRef][PubMed]

5. Yoon, T.; Okada, J.; Jung, MW; Kim, JJ Cortexul prefrontal și hipocampul servesc diferite componente ale memoriei de lucru la șobolani. Învăţa. Mem. 2008, 15, 97–105. [CrossRef]

6. Laroche, S.; Davis, S.; Jay, TM Plasticitate la sinapsele din hipocamp până la cortexul prefrontal: roluri duble în memoria de lucru și consolidare. Hippocampus 2000, 10, 438–446. [CrossRef]

7. Puzzo, D.; Argyrousi, EK; Staniszewski, A.; Zhang, H.; Calcagno, E.; Zuccarello, E.; Acquarone, E.; Fa, M.; Li Puma, DD; Grassi, C.; et al. Tau nu este necesar pentru tulburările sinaptice și de memorie induse de amiloid- -. J. Clin. Investig. 2020, 130, 4831–4844.[CrossRef]

8. Selkoe, DJ Oligomerii solubili ai beta-proteinei amiloid afectează plasticitatea și comportamentul sinaptic. Comportament. Brain Res. 2008, 192.106–113. [CrossRef] [PubMed]

9. Shankar, GM; Li, S.; Mehta, TH; Garcia-Munoz, A.; Shepardson, NE; Smith, I.; Brett, FM; Farrell, MA; Rowan, MJ; Lemere, CA; et al. Dimerii proteinei amiloid-beta izolați direct din creierul Alzheimer afectează plasticitatea sinaptică și memoria. Nat.Med. 2008, 14, 837–842. [CrossRef]

10. Laurén, J.; Gimbel, DA; Nygaard, HB; Gilbert, JW; Strittmatter, SM Proteina prionică celulară mediază afectarea plasticității sinaptice de către oligomerii beta-amiloid. Natura 2009, 457, 1128–1132. [CrossRef]

11. Liu, XJ; Yuan, L.; Yang, D.; Han, WN; Li, QS; Yang, W.; Liu, QS; Qi, JS Melatonina protejează împotriva deteriorărilor induse de beta-amiloid ale LTP hipocampului și învățarea spațială la șobolani. Synapse 2013, 67, 626–636. [CrossRef] [PubMed]

12. Arroyo-García, LE; Isla, AG; Andrade-Talavera, Y.; Balleza-Tapia, H.; Loera-Valencia, R.; Alvarez-Jimenez, L.; Pizzirusso, G.; Tambaro, S.; Nilsson, P.; Fisahn, A. Cuplarea spike-gamma afectată a interneuronilor cu vârf rapid din zona CA3 ca cea mai timpurie afectare funcțională în modelul de șoarece App (NL-GF) al bolii Alzheimer. Mol. Psihiatrie 2021. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com