有氧跑台运动调控外泌体miRNA改善APP/PS1小鼠学习记忆能力的机制研究OA

目的 观察有氧跑台运动对淀粉样前体蛋白/早老素1(APP/PS1)双转基因小鼠学习记忆能力及外泌体miRNA表达谱的影响,探讨有氧运动调控外泌体miRNA改善学习记忆的可能作用机制.方法 将16只4月龄APP/PS1雄性小鼠按照随机数字表法分为模型组和运动组各8只,另外取8只同月龄野生型C57BL/6雄性小鼠为野生组.运动组进行为期13周的有氧跑台运动.适应期1周:第1～2天速度为5 m/min,第3～4天速度为8 m/min,第5～6天速度为12 m/min,每天运动15 min,第7天休息.训练期12周:每天45 min,0～5 min速度为5 m/min,6～10 min速度为8 m/min,11～40 min速度为12 m/min,41～45 min速度为5 m/min,每周5次,跑台坡度为0°.模型组和野生组于同一时间在静止不动的跑台上自由活动.干预前后采用新物体识别实验评估学习记忆能力,并对海马组织外泌体进行miRNA测序,筛选差异外泌体miRNA及其靶基因,并对其靶基因进行基因本体(GO)功能及京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析.结果 ① 行为学结果显示,干预前模型组与运动组1 h和24 h新物体识别率均低于野生组(P＜0.05),但运动组与模型组上述指标比较,差异均无统计学意义(P＞0.05).干预后运动组1 h和24 h的新物体识别率均高于模型组(P＜0.05),且运动组1 h和24 h新物体识别率均较干预前显著升高(P＜0.05).② 外泌体miRNA测序结果显示,模型组对比野生组得到34个差异表达miRNA(上调20个、下调14个);运动组对比模型组得到23个差异表达miRNA(上调14个、下调9个).取上述2个部分的差异表达miRNA进行交集分析得到miR-5119,其在模型组下调、运动后上调.后续基于2组差异miRNA的靶基因完成GO功能和KEGG通路富集分析.GO功能富集分析结果显示,模型组与野生组差异表达外泌体miRNA预测靶基因在BP层面主要富集于MAPK活性的激活、神经元凋亡过程等;在CC层面显著定位在突触、神经元树突棘、突触前活性区膜以及细胞骨架等结构;在MF层面主要涉及泛素样蛋白连接酶结合、离子通道结合、电压门控钾离子通道活性,以及谷氨酸受体活性等功能.KEGG通路富集分析结果显示,模型组与野生组差异表达外泌体miRNA预测靶基因显著富集于8条通路,主要包括谷氨酸能突触、硫胺素代谢、MAPK信号通路、癌症通路等.运动组与模型组差异表达外泌体miRNA预测靶基因的GO功能富集分析结果显示,在BP层面显著富集于谷氨酸能突触传递的正调控、长时程突触增强的调控、突触可塑性的调控等;在CC层面主要位于线粒体膜间隙、细胞骨架等结构;在MF层面则富集于肌动蛋白依赖性ATP酶活性、离子型谷氨酸受体结合以及磷酸酶结合等功能.KEGG通路富集分析结果显示,运动组与模型组差异表达外泌体miRNA预测靶基因也显著富集于8条通路,主要包括肌醇磷酸代谢、肌动蛋白细胞骨架的调控、错配修复、醚脂代谢、果糖和甘露糖代谢等.结论 有氧跑台运动可有效改善APP/PS1小鼠的学习记忆能力,其机制可能与调控外泌体miRNA表达谱,尤其是上调miR-5119有关.生物信息学分析提示,运动干预主要影响突触可塑性与线粒体功能相关通路,本研究为后续深入探讨miR-5119在运动改善AD中的分子机制提供了新的研究线索与候选靶点.