极早期跑台运动促进大鼠脑缺血后的神经保护和功能恢复

《Behavioural Brain Research》：Very Early Treadmill Exercise facilitates neuroprotection and functional recovery following cerebral ischemia in rats

　　摘要运动是中风治疗的有效策略。然而，关于运动启动的时序效应及其相关机制仍存在争议。我们研究了极早期跑步机运动对运动功能、细胞死亡以及海马CA1区神经营养因子3（NT3）、神经营养因子4（NT4）及其受体TrkB和TrkC表达的影响。24只成年雄性Wistar大鼠通过颈总动脉闭塞模型（CCAo）进行短暂性全脑缺血处理，并随机分为假手术组、非运动组和极早期运动组。运动组大鼠在术后24小时开始接受跑步机训练（每天45分钟，每周5天，连续8周）。通过结晶紫（Nissl）染色和苏木精-伊红（H&E）染色检测脑细胞死亡情况，并通过梯环行走测试评估运动功能。实时PCR检测CA1区NT3、NT4、TrkB和TrkC的基因表达，并使用免疫组化方法鉴定相关蛋白表达。结果显示，与非运动组相比，极早期运动显著减少了细胞死亡，并增加了NT3、NT4、TrkB和TrkC的基因和蛋白表达（p<0.05）。这些变化与细胞死亡减少和运动功能改善相一致。结果表明，极早期运动至少在一定程度上可通过上调神经营养因子及其受体表达和抑制神经元细胞死亡来提供神经保护。引言缺血性脑损伤是全球最常见的致死和致残原因之一[1]。缺血性脑损伤的持续致残后果通常包括认知和运动功能受损以及生活质量永久下降[2]。不幸的是，迄今为止，治疗策略尚未能有效改善临床预后[3]。因此，识别并理解导致缺血性脑损伤的机制，并开发神经保护和修复策略以最终促进功能恢复具有重要意义[4-7]。在潜在的神经保护机制中，缺血后条件干预对于减少缺血发作的不良后果尤为重要[8]，通过减轻损伤后的细胞损伤[9]。研究表明，后条件干预通过调节细胞内信号级联反应开启治疗窗口[10]，促进神经营养因子的表达，减少炎症和细胞凋亡，改善脑代谢并增强神经血管系统[9]。已知神经营养因子的信号可控制神经元的存活、生长和分化，有助于神经保护和修复[11-13]。神经营养因子4（NT4）是支持神经元生长和可塑性的重要神经营养因子之一[14]，在大脑某些区域（如海马）通过与受体TrkB结合发挥作用[15]。此外，神经营养因子3（NT3）在神经突伸出[16]和海马神经发生[17-18]中发挥重要作用，主要通过TrkC受体介导[19]。对缺血后条件干预中涉及的细胞信号通路的理解为新治疗策略的开发提供了基础。研究表明，缺血后运动可有效地增强脑缺血/再灌注损伤后的神经元存活、神经发生、突触可塑性和功能恢复[20-23]。神经元死亡是脑缺血的灾难性后果。因此，在缺血发生后的几分钟内，神经元就会遭受不可逆的损伤。研究表明，细胞凋亡是神经元死亡的重要因素[24]。临床证据表明，细胞凋亡发生在脑缺血后1至26天内[25-26]。因此，在缺血后早期抑制细胞凋亡可能是挽救细胞的重要机会，进而减少梗死体积和脑损伤[27]。证据表明，运动可以抑制缺血诱导的细胞凋亡[28]。此外，运动训练可以减少活性氧的产生和促凋亡蛋白（包括Bax、活化的caspase 3/8/9）的表达，同时增加抗凋亡蛋白（如Bcl-2、HSP70/72和SOD）的表达[29]。Um等还证明运动可以抑制包括Bax、细胞色素c在内的凋亡级联反应，增加热休克蛋白-70（HSP-70）的表达。此外，早期运动可以减少梗死体积，保护脑损伤[30]。因此，可以合理地认为极早期运动可以在局灶性脑缺血/再灌注后提供神经保护[29]。然而，一些研究结果表明，极早期缺血后运动可能对病灶大小和恢复产生负面影响[31-32]。有报道称极早期损伤后运动会加重神经元损伤和运动障碍[33-34]，或者通过增加兴奋性毒性、氧化应激和促炎细胞因子的释放来加剧退行性事件和扩大病灶范围[35]。基于缺血损伤后缺血后运动的可争议观察结果和不完整的机制理解，极早期运动在临床实践中的治疗应用应谨慎进行[33]。因此，有必要进一步探讨缺血后运动是否能通过神经保护机制在中风后长期治疗中发挥有益作用。因此，本研究的目的是在颈总动脉闭塞诱导的大鼠中风模型中，检验极早期缺血后运动通过NT3和NT4及其受体TrkC和TrkB产生的潜在条件作用。摘要片段动物共24只成年雄性Wistar大鼠（260-300克）在12:12小时光暗周期、21±1°C的环境下饲养，自由进食饮水。所有大鼠随机分为三组：极早期运动组（运动加缺血）、非运动组（仅缺血）和假手术组（无运动无缺血）。每组包含8只大鼠（所有大鼠均接受运动评估测试）。假手术组接受所有手术步骤，但不进行闭塞操作。极早期缺血后运动促进功能恢复梯环行走测试用于评估脑缺血后的熟练行走能力（见图1）。在缺血损伤前（基线），三组间前肢放置评分无显著差异[F(2,21)=0.45，p=0.64]。缺血后24小时，与非手术组相比，缺血组（非运动组和极早期运动组）的前肢放置评分下降，放置错误次数增加[F...讨论缺血是中风最常见的类型，可通过动物模型中的颈总动脉闭塞来模拟[41]。在此条件下，脑血流量暂时减少，神经元面临缺氧和营养耗竭，在脆弱区域（如海马CA1区）迅速导致细胞凋亡[42]。缺血是中风最常见的类型，可通过动物模型中的颈总动脉闭塞来模拟[41]。研究结果……伦理声明本研究遵循以下动物福利和/或报告准则：加拿大动物护理委员会（CCAC）。本研究经Semnan医科大学伦理委员会批准。（批准号：IR.SEMUMS.AEC.1402.010）伦理审批研究方案经Semnan医科大学伦理委员会批准，编号：IR.SEMUMS.AEC.1402.010。利益冲突声明作者声明他们不存在利益冲突。代码可用性不适用。参与同意不适用。出版同意不适用。资金支持本研究由伊朗Semnan医科大学资助，Semnan，伊朗[资助编号3632]。CRediT作者贡献声明Metz Gerlinde A. S.：写作——审阅与编辑。Maryam Nazari：方法论，调查研究。Zeinab Faghfoori：写作——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取。Abdorreza Eghbal Moghanlou：方法论，调查研究。Mehdi Seydyousefi：方法论，调查研究。Yunus Sadir：方法论，调查研究。Abdullah Demirli：方法论，调查研究。Mohtaram Yazdanian：写作——初稿，方法论，调查研究，概念化。作者：Mohtaram Yazdanian、Mehdi Seydyousefi、Abdorreza Eghbal Moghanlou、Abdullah Demirli、Yunus Sadir、Maryam Nazari、Gerlinde A.S. Metz、Zeinab Faghfoori单位：Sanabad Golbahar高等教育学院，伊朗霍拉桑拉扎维省