《Biochemistry and Biophysics Reports》：Effects of metformin and exercise on Alzheimer's model induced by D-galactose in the rats: A behavioral, histological and BDNF gene study
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本研究旨在探讨运动与二甲双胍(Metformin)联合干预对D-半乳糖(D-galactose, D-gal)诱导的雄性阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)模型大鼠认知功能的影响。将大鼠分为8组，分别采用Morris水迷宫(Morri
本研究旨在探讨运动与二甲双胍(Metformin)联合干预对D-半乳糖(D-galactose, D-gal)诱导的雄性阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)模型大鼠认知功能的影响。将大鼠分为8组，分别采用Morris水迷宫(Morris Water Maze, MWM)评估认知功能、开场实验(Open Field Test, OFT)评估运动活性，对海马组织进行组织学评价，并采用实时荧光定量聚合酶链反应(real-time Polymerase Chain Reaction, RT-PCR)检测脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的mRNA表达水平。训练结束日，D-gal+二甲双胍100 mg/kg+运动(d-gal-met100-exe)组大鼠在目标象限停留时间缩短(P < 0.0001)，找到平台所行距离缩短(P = 0.0004)；测试日，D-gal组(120 mg/kg D-gal)在目标象限内游泳距离减少(P = 0.0186)，而d-gal-met100-exe组较D-gal组显著增加(P = 0.0002)。OFT显示各组间总移动距离及整体速度无显著差异，表明二甲双胍不影响运动活性。组织学结果显示，d-gal-met100-exe组CA1区锥体细胞损伤减轻、神经元损害减少(P < 0.0001)；该组海马BDNF基因表达较D-gal组显著升高(P = 0.0002)。综上，二甲双胍与运动联合应用对改善AD模型大鼠的学习与记忆能力具有更显著的协同效应。
论文解读：二甲双胍与运动对D-半乳糖诱导的大鼠阿尔茨海默病模型的影响——行为学、组织学及BDNF基因研究
本研究发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》。阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种以年龄和遗传异常为主的复杂神经退行性疾病，其早期特征包括海马神经元丢失及脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)表达下降，导致突触可塑性和空间记忆受损。目前尚无有效治愈手段，寻找简便、经济且具神经保护作用的干预策略具有重要意义。D-半乳糖(D-galactose, D-gal)长期注射可模拟衰老相关氧化应激与神经退行性改变，是常用的AD动物模型诱导剂。二甲双胍(Metformin)为2型糖尿病一线用药，可透过血脑屏障激活AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)通路发挥潜在神经保护作用；规律体力活动亦被证实可通过上调BDNF促进海马神经发生。然而二者联用对D-gal诱导AD模型的保护效应尚待阐明。研究人员以D-gal诱导雄性Wistar大鼠AD模型，设置单独D-gal组、不同剂量二甲双胍干预组、单纯运动组及D-gal+二甲双胍(100 mg/kg)+运动联合组，通过行为学测试(Morris水迷宫MWM及开场实验OFT)、海马CA1区尼氏(Nissl)染色组织学观察及RT-PCR检测海马BDNF mRNA表达，评估单独及联合干预对空间学习记忆、神经元损伤及神经营养因子表达的改善作用。结果显示100 mg/kg为二甲双胍有效剂量，联合运动组表现最优——MWM测试中游向平台距离最短、目标象限停留时间与进入次数最多，海马CA1区受损锥体细胞数最少，BDNF基因相对表达量最高。研究表明二甲双胍(100 mg/kg)联合跑台运动可通过减轻D-gal致海马神经元损伤及上调BDNF表达，协同改善AD模型大鼠的认知缺陷，为该联合方案作为预防或延缓AD进展的非药物辅助策略提供了实验依据。
主要关键技术方法
研究人员选用64只成年雄性Wistar大鼠(n=8/组)，腹腔注射120 mg/kg D-gal连续6周建立AD模型；自第22天起分别给予50、100、200 mg/kg二甲双胍腹腔注射持续21天，或/并予3周递增强度(12–16 m/min)跑台运动干预。采用开场实验(OFT)测定总移动距离与速度以排除运动机能干扰，Morris水迷宫(MWM)进行3天获得期训练及第4天探查期测试评估空间学习与记忆保留。行为学测试后取海马组织，部分行石蜡切片Nissl染色计数CA1区健康与退化锥体细胞，部分提取总RNA反转录为cDNA后以RT-PCR及2–ΔΔCt法测定BDNF相对于β-肌动蛋白(β-actin)的内参校正表达量，数据采用单因素/双因素方差分析及Tukey事后检验处理。
3. Results（结果）
3.1. Determination of the effective dosage of metformin（二甲双胍有效剂量的确定）
通过MWM测试筛选二甲双胍三个剂量(50、100、200 mg/kg)，发现仅100 mg/kg组较D-gal组在目标象限停留时间(P=0.0025)与穿越次数(P=0.0017)显著增加，寻平台距离也更长(P=0.0038)，200 mg/kg组出现死亡且无效，故确定100 mg/kg为后续实验有效剂量。
3.2. The effect of metformin and exercise on motor performance (OFT)（二甲双胍与运动对运动表现的影响—OFT）
OFT中各处理组与D-gal组相比总移动距离及平均速度无显著差异，中心区进入次数相近，说明二甲双胍及运动干预不影响大鼠基础运动活性与焦虑水平，MWM成绩差异源于认知而非运动能力变化。
3.3. The effect of metformin and exercise on the behavior (MWM) during acquisition and recall days（二甲双胍与运动对MWM获得期与回忆日行为的影响）
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3.3.1 Distance traveled during the acquisition days（获得期游泳距离）：D-gal组第3天寻找平台距离显著大于生理盐水组(P=0.0097)；d-gal-met100、d-gal-exe及d-gal-met100-exe组逐次递减，其中联合组距离最短(P=0.0004 vs D-gal)，提示学习 acquire 能力改善。
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3.3.2 Swimming time on acquisition days（获得期目标象限游泳时间）：D-gal组时间延长反映找平台困难；各治疗组尤其d-gal-met100-exe组第3天目标象限时间显著缩短(P<0.0001)，表明更快定位平台。
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3.3.3 Swimming speed on acquisition days（获得期游泳速度）：各组间无显著差异，排除游泳速度对上述结果的混淆。
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3.3.4 Distance traveled for finding the platform on the recall day（回忆日寻平台距离）：D-gal组目标象限距离较生理盐水组减少(P=0.0186，记忆受损)；d-gal-met100(P=0.0038)、d-gal-exe(P=0.0050)及d-gal-met100-exe(P=0.0002)组均增加，联合组增幅最大。
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3.3.5 Time spent swimming in the target quadrant on the recall day（回忆日目标象限停留时间）：D-gal组较生理盐水组减少(P=0.0146)；d-gal-met100(P=0.0025)、d-gal-exe(P=0.0052)及d-gal-met100-exe(P=0.0002)组增加，联合组时间最长。
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3.3.6 Swimming speed on the recall day（回忆日游泳速度）：各组无显著差异。
3.4. The effect of metformin and exercise on the number of damaged cells (histology)（二甲双胍与运动对损伤细胞数的影响—组织学）
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3.4.1 Statistics studies（统计学分析）：D-gal组CA1区受损锥体细胞显著多于生理盐水组(P<0.0001)；d-gal-met100-exe(P<0.0001)、d-gal-exe(P=0.0009)及d-gal-met100(P=0.0002)组受损细胞数较D-gal组减少。
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3.4.2 Pictorial studies（图像学分析）：Nissl染色显示D-gal组锥体细胞固缩、核深染、数量少，治疗组可见更多具清晰核膜的健康锥体细胞(黑色箭头标注)，红色箭头示退化神经元。
3.5. The effect of metformin and exercise on BDNF gene expression in the hippocampus（二甲双胍与运动对海马BDNF基因表达的影响）
RT-PCR显示D-gal组BDNF相对表达显著低于生理盐水组(P<0.0001)；d-gal-met100-exe(P=0.0002)、d-gal-exe(P=0.0263)及d-gal-met100(P=0.0172)组较D-gal组上调，联合组上调幅度最大。
讨论与结论总结
研究人员讨论指出，D-gal通过促进晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products, AGEs)形成、下调AMPK与磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)、降低BDNF致海马神经元凋亡与空间记忆障碍。本研究发现二甲双胍(100 mg/kg)可通过AMPK/CREB及AMPK/BDNF/PI3K通路提升神经元存活与BDNF表达，运动则经上调BDNF及促进海马神经发生增强突触可塑性，二者联用产生叠加/协同神经保护效应，且在OFT中未影响运动活性，排除了运动能力干扰。结论为：D-gal可用于建立大鼠AD模型；100 mg/kg二甲双胍联合跑台运动可改善D-gal诱导的空间学习与记忆缺陷，减少海马CA1锥体细胞损伤，显著上调海马BDNF mRNA表达；二甲双胍联合运动是创新、简便且经济可行的干预方式，可预防D-gal诱导的AD样海马认知损害与凋亡。
