Вправи на біговій доріжці запобігають погіршенню просторового навчання та пам’яті у мишей 3×Tg-AD через посилення структурної синаптичної пластичності гіпокампу та префронтальної кори. Частина 4

Колючки відносять до грибів, якщо діаметр голови перевищує діаметр шийки [47]. Колючки грибів більш стійкі і зберігаються місяцями.

Останніми роками неодноразові зміни навколишнього середовища та зростаючий життєвий тиск змушують все більше людей почуватися втраченими, втомленими та навіть виснаженими. У цій ситуації багато хто не може не зітхнути: чи довго ми можемо прожити в такому живому стані?

Однак після багатьох досліджень було показано, що немає прямого зв’язку між виживанням протягом кількох місяців і пам’яттю. Іншими словами, труднощі, яких ми зазнали, не спричинять погіршення пам’яті. Навпаки, правильний спосіб мислення та позитивний настрій можуть не лише зміцнити нашу пам’ять, але й допомогти нам краще протистояти майбутнім викликам.

Перш за все, позитивне ставлення є наріжним каменем збереження здорової пам’яті. Коли ми маємо позитивне мислення, наш мозок також буде сповнений енергії. Ми будемо більш зосередженими та креативними. Кілька досліджень показали, що позитивні емоції та мислення можуть навіть покращити проблеми із зором під екраном комп’ютера. Якщо ми можемо присвятити себе життю і рухатися вперед позитивно, ми, природно, будемо недалекі від успіху.

Крім того, помірні фізичні вправи також можуть допомогти нам зберегти хорошу пам’ять. Фізична активність може покращити здоров’я тіла та мозку. Фізичні вправи можуть сприяти обміну речовин і витрачати надлишок негативної енергії. Під час фізичної активності наш мозок отримує більше кисню, що корисно для нашого мозку, а також може покращити нашу пам’ять.

Крім того, вивчення нових речей і підтримка цікавості також можуть допомогти нам покращити стан пам’яті. Навчання та дослідження підтримують активність і активність клітин нашого мозку. Коли ми досліджуємо нові сфери, наш мозок постане перед викликом, а пам’ять покращиться.

Одним словом, середовище і труднощі, в яких ми перебуваємо, не зашкодять нашій пам'яті. Навпаки, збереження позитивного настрою, помірні фізичні вправи та вивчення нового можуть допомогти нам зміцнити пам’ять. Якщо у нас буде позитивний настрій і збережемо цікавість, я вважаю, що ми зможемо довше вижити в цьому непростому світі. Видно, що нам потрібно покращувати пам'ять. Цистанхе може значно покращити пам'ять, оскільки цистанхе також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту, які дуже важливі для пам'яті та навчання. Крім того, Cistanche також може покращити кровообіг і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатнє харчування та енергію, тим самим покращуючи життєздатність і витривалість мозку.

Клацніть знати добавки для покращення пам'яті

Вони можуть бути зміщені з тонких шипів шляхом тривалого потенціювання (LTP) [56,58]. Двосторонній дисперсійний аналіз показав, що генотип і вправи на біговій доріжці не мали значного впливу на грибоподібні шипи в гіпокампі (генотип: F1,31=6.2, p=0.019; вправи на біговій доріжці: F1,{{10} }.4,p=0.245; генотип × взаємодія бігової доріжки: F1,23=0.06, p=0.803;

Для префронтальної кори головного мозку двосторонній дисперсійний аналіз показав, що генотип і вправи на біговій доріжці мали значний основний вплив на кількість шипів гриба (генотип: F1,31=23.3,p < 0.001 ; вправа на біговій доріжці: F1, 31=24.4, p < 0,001 (рис. 6G), але не було значної взаємодії між генотипом і вправою на біговій доріжці щодо кількості шипів (генотип × взаємодія вправ на біговій доріжці: F1, {{13) }}.1, p=0.723; малюнок 6G).

Астрономічні тести Тьюкі показали, що кількість грибовидних шипів була значно зменшена в префронтальній корі в контрольній групі 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg (p=0.001; Рисунок 6G ), а вправи на біговій доріжці збільшили кількість грибоподібних шипів у префронтальній корі (p <0,001; рис. 6G) у мишей 3×Tg-AD.

Тим часом вправи на біговій доріжці збільшили грибоподібні шипи (p=0.003; рис. 6G) префронтальної кори головного мозку мишей, які не мають Tg. Шипи вважаються короткими, якщо довжина та ширина однакові [47].

Короткі хребти розглядаються як незрілий тип, який переважає під час раннього постнатального розвитку та демонструє відносну нестачу зрілого мозку [59]. Короткі шипи можуть брати участь у гомеостатичній регуляції кальцію та контролі збудливості нейронів [60].

Двосторонній дисперсійний аналіз показав, що генотип і вправи на біговій доріжці не мали істотного впливу на короткі шипи в гіпокампі (генотип: F1,31=5.8, p=0.023; вправи на біговій доріжці: F1,{{7} }.6, p=0.430; генотип × взаємодія бігової доріжки: F1,31=0.01,p=0.810;

Однак двосторонній дисперсійний аналіз показав, що генотип і вправи на біговій доріжці мали суттєвий основний вплив на кількість коротких шипів (генотип: F1,31=31.1,p < 0.001; вправи на біговій доріжці: F1,{ {7}}.4, p=0.001; малюнок 6I), і не було значної взаємодії між генотипом і вправою на біговій доріжці щодо кількості коротких шипів (генотип × взаємодія вправ на біговій доріжці: F1,{{13} }.4, p=0.522; рис. 6I) у префронтальній корі.

Астрономічні тести Тьюкі показали, що товсті шипи префронтальної кори були значно зменшені в контрольній групі 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg (p < 0.001; Рисунок 6I).

Вправи на біговій доріжці збільшували кількість коротких шипів у префронтальній корі (p=0.005; рис. 6I) у мишей 3×Tg-AD. Тим часом вправи на біговій доріжці збільшували кількість коротких шипів (p=0.042; рис. 6I) префронтальної кори головного мозку у мишей без Tg.

4. Обговорення

Тут ми продемонстрували, що шестимісячні миші 3×Tg-AD демонстрували порушення просторової робочої пам’яті, а попередня обробка вправами на біговій доріжці запобігла погіршенню просторової пам’яті у мишей 3×Tg-AD.

Попередня обробка вправами на біговій доріжці призвела до збільшення кількості синапсів, синаптичних структурних параметрів, експресії Syn, довжини аксона, дендритної складності, кількості дендритних шипів і відновлення структурної синаптичної пластичності гіпокампу та префронтальної кори у 3×Tg-AD мишей. Тим часом попередня обробка вправами на біговій доріжці покращила синаптичну пластичність шляхом збільшення числа синапсів, довжини аксона, дендритної складності та кількості дендритних шипів у гіпокампі та/або префронтальній корі головного мозку не-Tg мишей.

Наші висновки свідчать про те, що фізичні вправи можуть служити ефективним засобом уповільнення прогресування AD на ранній стадії. Ми виявили, що відсоток помилок робочої пам’яті значно збільшився в контрольній групі 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg, але не має істотного впливу на відсоток помилок еталонної пам'яті.

Короткочасна пам’ять і втрата синаптичної функції є початковими та найбільш поширеними ознаками погіршення пам’яті та когнітивного зниження [35]. У міру прогресування хвороби люди поступово відчувають довготривалу втрату пам’яті, що призводить до проблем із багатозадачністю та абстрактним мисленням. Таким чином, ці результати свідчать про те, що шестимісячні миші 3×Tg-AD все ще перебувають на ранніх стадіях прогресування AD.

Крім того, 12 тижнів попередньої підготовки до вправ на біговій доріжці призвело до значного зниження відсотка помилок робочої пам’яті на 5-й і 6-й день сеансу збору даних під час тесту радіального лабіринту з восьми рук.

Радіальний лабіринт із восьми рукавів є однією з найпоширеніших парадигм для оцінки просторової робочої пам’яті та пам’яті просторової орієнтації [61]. Просторова робоча пам’ять часто використовується як синонім короткочасної пам’яті, але робоча пам’ять дозволяє маніпулювати збереженою інформацією, тоді як короткочасна пам’ять відноситься лише до короткочасного зберігання інформації [62].

Просторова орієнтовна пам'ять відноситься до довготривалої пам'яті, яка потрібна для запам'ятовування інформації [63]. Більше того, попередні дослідження показали, що біг на біговій доріжці змінює когнітивне зниження у мишей 3×TgAD у завданні водного лабіринту Морріса, яке перевіряє залежне від гіпокампу навчання, включаючи набуття просторової пам’яті та довготривалої просторової пам’яті [64–66].

У сукупності шестимісячні миші 3×Tg-AD продемонстрували погіршення просторової робочої пам’яті, а значне зменшення помилок робочої пам’яті під час тесту радіального лабіринту з вісьмома руками вказує на те, що попередня обробка вправ на біговій доріжці запобігає погіршенню просторового навчання та пам’яті на ранніх стадіях 3×Tg-AD миші.

Ми досліджували потенційні механізми, які можуть підкреслювати зменшення помилок робочої пам’яті, викликане вправами на біговій доріжці, у шестимісячних мишей 3×Tg-AD. Структурно-синаптична пластичність проявляється у змінах кількості та розмірів синапсів, довжини синаптичної активної зони, ширини синаптичної щілини, синаптичної кривизни та товщини постсинаптичної щільності [67].

Вважається, що структурна синаптична пластичність у гіпокампі та префронтальній корі головного мозку формує клітинну основу навчання та пам’яті, що залежить від різних пре- та постсинаптичних нейронних механізмів [5,6]. Ми виявили, що попередня обробка вправ на біговій доріжці призвела до збільшення кількості синапсів як у гіпокампі, так і в префронтальній корі шестимісячних мишей 3×Tg-AD.

Тим часом, попередня обробка вправ на біговій доріжці збільшила кількість синапсів як у гіпокампі, так і в префронтальній корі у мишей без Tg. Довжина синаптичної активної зони відображає пресинаптичні нейрональні механізми структурної синаптичної пластичності, тоді як синаптична кривизна і товщина постсинаптичної щільності відображають постсинаптичні нейронні механізми структурної синаптичної пластичності [68,69].

Синаптична щілина є структурою, відповідальною за передачу нейромедіатора між пресинаптичними та постсинаптичними нейронами, і оптимальне вкорочення синаптичної щілини може мати адаптивну функцію оптимізації синаптичної сили [37,38].

Дійсно, ми виявили, що попередня обробка вправ на біговій доріжці значно збільшила довжину синаптичної активної зони, синаптичну кривизну та товщину постсинаптичної щільності, скоротивши ширину синаптичної щілини в гіпокампі та префронтальній корі шестимісячного 3× Миші Tg-AD. Syn є маркерним білком пресинаптичних везикул нервових клітин [70], тоді як PSD95 є основним постсинаптичним каркасним білком, який модулює постсинаптичну відповідь на пресинаптичне вивільнення глутамату, регулюючи прикріплення глутаматних рецепторів до PSD [71].

Попередні дослідження показали, що Syn і PSD95 були знижені в корі головного мозку семимісячних мишей 3×Tg-AD і відновилися через шість місяців добровільного лікування фізичними вправами [72].

Відповідно до цього дослідження [72] ми виявили, що вправи на біговій доріжці сприяли експресії Syn у гіпокампі та префронтальній корі шестимісячних мишей 3×Tg-AD.

Порушення синаптичної функції, спричинене A та тау, також проявляється у вигляді порушення індукції LTP/LTD та мережевих коливань [37,73,74]. Тим часом, вправи на біговій доріжці зменшують навантаження на APP, BACE-1 і A як у гіпокампі, так і в корі головного мозку мишей ADmodel [24,27].

Таким чином, ймовірно, що індуковане фізичними вправами збільшення кількості синапсів, синаптичної структури та рівня Syn призведе до підвищеної ефективності вивільнення нейромедіаторів і запобігання погіршенню просторової робочої пам’яті мишей 3 × Tg-AD.

Аксони, дендрити та дендритні шипи складають структурну основу синаптичної пластичності. Аксон функціонально спеціалізується на передачі сигналів, тоді як дендрити спеціалізуються на прийомі сигналів [75,76]. In vivo візуалізація показала аномалії аксонів і дендритні розриви навколо амілоїдних бляшок у 4–12-місячної подвійної трансгенної моделі миші APP/PS1 мишей AD і 3×Tg-AD [73,74].

Дослідження in vitro з використанням A 1–42 та олігомерного A показали, що 60-годинна обробка A призвела до дегенерації як аксонів, нейронних сомат, так і динаміки нейронної мережі [77,78]. Попередні дослідження показали, що біг на біговій доріжці зменшив відкладення А та рівень тау-активності в гіпокампі та корі головного мозку у мишей 3×Tg-AD і щурів, яких годували дієтою з високим вмістом жиру [66,67,79].

Ми виявили, що довжина аксона та дендритна складність гіпокампу та префронтальної кори значно зменшилися в контрольній групі 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg.

Попередня обробка вправами на біговій доріжці збільшила довжину аксона та дендритну складність у гіпокампі та префронтальній корі у мишей 3×Tg-AD. Попередня обробка вправ на біговій доріжці, ймовірно, підтримує довжину аксона та складність дендритів у гіпокампі та префронтальній корі головного мозку у мишей 3×Tg-AD. Тим часом попередня обробка вправами на біговій доріжці збільшила довжину аксона та складність дендритів у гіпокампі та префронтальній корі у мишей без Tg, що вказує на те, що вправи викликають збільшення площі поверхні для полегшення взаємодії з іншими нейронами та призводять до посилення структурної синаптичної пластичності у мишей без Tg. Дендритні шипи збільшуються площа поверхні для можливих синаптичних зв’язків.

Вважається, що зміни у формі, розмірі та кількості синаптичних шипів лежать в основі формування пам’яті та спостерігаються при різноманітних нейродегенеративних захворюваннях, включаючи AD і хворобу Паркінсона [80–82]. Дослідження in vitro показали, що 48-год лікування 0.5–1,0 мкМ A 1–42 зменшило щільність дендритних шипів/синапсів у культурах гіпокампу максимум до ~40% [83].

Тут ми показали, що загальна кількість дендритних шипів гіпокампу та префронтальної кори значно зменшилася в контрольній групі 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg. Попередня обробка вправами на біговій доріжці блокувала зменшення кількості шипів у гіпокампі та префронтальній корі головного мозку у мишей 3×Tg-AD.

Однак кількість шипів гіпокампу та префронтальної кори значно зменшилася в групі вправ 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg, що свідчить про те, що 12 тижнів попередньої обробки вправами на біговій доріжці частково відновили втрату дендритних шипів протягом шести місяців. старих мишей 3×Tg-AD. З іншого боку, вправи на біговій доріжці збільшували кількість шипів гіпокампу та префронтальної кори у мишей без Tg. Попередні дослідження показали, що динаміка дендритних шипів пов’язана з навчанням і пам’яттю, а тонкі, грибоподібні та короткі шипи відіграють різні ролі в навчанні та пам’яті [56].

Тонкі шипи є більш динамічними, ніж грибоподібні шипи, реагують на синаптичну активність і вважаються «шипами навчання», відповідальними за формування нових спогадів під час процесу синаптичної пластичності, що супроводжується збільшенням голови [56,79]. Грибоподібні шипи утворюють міцні синаптичні зв’язки, мають найдовший термін служби, і тому вважаються місцями зберігання довгострокової пам’яті [56,79].

Короткі колючки розглядаються як незрілий тип, який переважає під час раннього постнатального розвитку та демонструє відносну нестачу зрілого мозку [59]. Дійсно, ми виявили, що тонкі шипи (гіпокамп і префронтальна кора), грибоподібні шипи (префронтальна кора) і короткі шипи (префронтальна кора) були значно зменшені в контрольній групі 3×Tg-AD порівняно з контрольною групою без Tg.

Ця регіональна різниця може бути пов’язана з часом відкладення A, яке починається в неокортексі та прогресує до гіпокампу у мишей 3×Tg-AD [17].

Тому дендритні шипи нової кори головного мозку ушкоджуються сильніше. Попередня обробка вправами на біговій доріжці блокувала зменшення кількості тонких шипів, грибоподібних шипів і коротких шипів як у гіпокампі, так і в префронтальній корі у мишей 3×Tg-AD, тоді як вправи на біговій доріжці збільшували тонкі шипи гіпокампу та префронтальної кори, грибоподібні шипики префронтальна кора головного мозку та короткі шипи префронтальної кори у мишей без Tg.

Сильна позитивна кореляція між щільністю дендритних шипів у гіпокампі та пам’яттю була продемонстрована за допомогою парадигми обумовлення страху, водяного лабіринту Морріса та поведінкових оцінок розміщення об’єктів [84].

Попередня обробка вправ на біговій доріжці, ймовірно, потенціює синаптичні зв’язки через збільшення дендритних шипів. Такі механізми можуть пояснити, чому попередня обробка вправами на біговій доріжці запобігає погіршенню просторової пам’яті у мишей 3×Tg-AD. Вважається, що фізичне втручання є безпечним і економічним вибором як терапевтична або профілактична стратегія проти кількох захворювань. Таким чином, фізичні вправи можуть служити багатообіцяючим профілактичним втручанням для зміни прогресування AD.

Додаткові матеріали: наступну допоміжну інформацію можна завантажити на https://www.mdpi.com/article/10.3390/cells11020244/s1, малюнок S1: повнорозмірні вестерн-блоти даних експресії Synand PSD95, показані на малюнку 4.
Авторські внески: Концептуалізація, LM, JC, Q.-SL та LZ; методологія, LM, JC, BG, LY та CL; програмне забезпечення, LM, JC, BG, LY та CL; перевірка, LM, JC, BG, LY і CL; формальний аналіз, LM, JC, BG, LY і CL; розслідування, LM, JC, BG, LY та CL; ресурси, LM, JC і BG; курація даних, LM, JC і BG; письмово-оригінальна підготовка чернетки, LM,JC, Q.-SL та LZ; написання, рецензування та редагування, LM, JC, BG, LY, CL, Q.-SL та LZ; візуалізація, Q.-SL та LZ; нагляд, Q.-SL і LZ; адміністрування проекту, Q.-SL та L.Z.; придбання фінансування, LZ Усі автори прочитали та погодилися з опублікованою версією рукопису.

Фінансування: Ця робота підтримана Національним фондом природничих наук Китаю (31571229) для LZ

Заява інституційної ревізійної ради: утримання та використання тварин відбувалося згідно з протоколами, схваленими інституційним комітетом з догляду та використання тварин Пекінського спортивного університету.

Заява про інформовану згоду: не застосовується.

Заява про доступність даних: Дані, представлені в цьому дослідженні, доступні за запитом від відповідного автора.

Конфлікт інтересів: автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.

Список літератури

1. Бленнов, К.; де Леон, MJ; Зеттерберг, Х. Хвороба Альцгеймера. Ланцет 2006, 368, 387–403. [CrossRef]

2. Ян, Х. Втрата пам'яті при хворобі Альцгеймера. Діалоги Клін. Неврологія. 2013, 15, 445–454. [CrossRef] [PubMed]

3. Гленнер, Г.Г.; Wong, CW Хвороба Альцгеймера: Початковий звіт про очищення та характеристику нового цереброваскулярного амілоїдного білка. Біохім. біофіз. рез. Комун. 1984, 120, 885–890. [CrossRef]

4. Грундке-Ікбал, І.; Ікбал, К.; Tung, YC; Квінлан, М.; Вишневський, HM; Binder, LI Аномальне фосфорилювання асоційованого з мікротрубочками білка tau (tau) при патології цитоскелета Альцгеймера. Proc. Natl. акад. наук. США 1986, 83, 4913–4917. [CrossRef][PubMed]

5. Юн, Т.; Окада, Дж.; Юнг, MW; Кім, Дж. Дж. Префронтальна кора головного мозку та гіпокамп підпорядковуються різним компонентам робочої пам’яті щурів. вчитися. Мем. 2008, 15, 97–105. [CrossRef]

6. Ларош, С.; Девіс, С.; Джей, Т. М. Пластичність синапсів гіпокампа та префронтальної кори головного мозку: подвійна роль у робочій пам’яті та консолідації. Гіпокамп 2000, 10, 438–446. [CrossRef]

7. Пуццо, Д.; Argyrousi, EK; Станішевський, А.; Чжан, Х.; Кальканьо, Е.; Цуккарелло, Е.; Акуарон, Е.; Фа, М.; Лі Пума, Д.Д.; Грассі К.; та ін. Тау не є необхідним для синаптичних- -порушень пам’яті та спричинених амілоїдом. Дж. Клін. Розслідувати. 2020, 130, 4831–4844 [Cross Ref]

8. Selkoe, DJ. Розчинні олігомери амілоїдного бета-білка погіршують синаптичну пластичність і поведінку. поведінка. Brain Res. 2008, 192, 106–113. [CrossRef] [PubMed]

9. Шанкар, Г.М.; Лі, С.; Мехта, TH; Гарсіа-Муньос, А.; Шепардсон, NE; Сміт, І.; Бретт, Ф.М.; Фаррелл, Массачусетс; Роуен, MJ; Лемер, Каліфорнія; та ін. Димери бета-амілоїдного білка, виділені безпосередньо з мозку при хворобі Альцгеймера, погіршують синаптичну пластичність і пам'ять. Nat.Med. 2008, 14, 837–842. [CrossRef]

10. Лорен Дж.; Гімбел, Д. А.; Nygaard, HB; Гілберт, JW; Strittmatter, SM. Клітинний пріонний білок опосередковує порушення синаптичної пластичності бета-амілоїдними олігомерами. Nature 2009, 457, 1128–1132. [CrossRef]

11. Лю, XJ; Юань, Л.; Ян, Д.; Хан, WN; Li, QS; Ян, В.; Лю, QS; Qi, JS Мелатонін захищає від бета-амілоїд-індукованих порушень LTP гіпокампу та просторового навчання у щурів. Synapse 2013, 67, 626–636. [CrossRef] [PubMed]

12. Арройо-Гарсія, LE; Айла, А.Г.; Андраде-Талавера, Ю.; Бальєза-Тапіа, Х.; Лоера-Валенсія, Р.; Альварес-Хіменес, Л.; Піцціруссо, Г.; Тамбаро, С.; Нільссон, П.; Фізан, А. Порушення спайк-гамма-зв'язку міжнейронів області CA3, що швидко спайкують, як найранніше функціональне порушення в мишачій моделі App(NL-GF) хвороби Альцгеймера. мол. Психіатрія 2021. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com