研究目的:衰老,又称老化,它可分为生理性衰老和病理性衰老,所谓生理性衰老是指生物随着时间的推移而发生的组织结构、生理功能和心理行为的退行性变,而某些病理过程也会促使衰老的出现,加速衰老的发生,称为病理性衰老。衰老作为一种自发的必然过程,其机制一直未被很好地阐明,因此在学术界对衰老发生存在不同的机制学说,但无论如何,衰老的发生都会对生物机体多器官系统都会造成不可逆转的损害,如老年人视听功能的下降,记忆力衰退以及平衡能力的降低,都是导致老年人生活质量下降的主要因素。虽然衰老会引起机体多器官系统的退化,但大脑是受影响最严重的器官之一,因此衰老是导致常见神经退行性疾病的主要风险因素,如阿尔茨海默病、帕金森等多种神经退行性疾病,严重影响患者的生活质量和降低患者的社会参与度。根据大量相关实验研究可以发现,运动对衰老机体多器官系统都能产生不同程度的抗衰作用,其中运动能通过不同途径对衰老大脑能产生一定的积极作用,其通过多个方面改善衰老引起的学习记忆、注意力和感官知觉等障碍,是一种有效且无副作用的抗衰老干预方式,从而达到预防和改善神经退行性疾病的作用,被广泛应用到抗衰老的研究中。因此运动对衰老大鼠大脑神经保护作用的生物学机制具有值得深入研究的科学价值和意义。大量实验研究中发现,运动对大脑产生抗衰老的作用机制是通过多个角度共同产生的,其中神经发生、突触可塑性以及炎症等方面都是运动抗脑衰老的关键点。本研究重点关注于大脑海马炎症的变化,选择特异性降解环磷酸腺苷(c Iclic adenosine monophosphate,c AMP)的磷酸二酯酶(Phosphodiesterase,PDEs)为研究靶点,从分子水平探究PDE4在运动影响炎症信号通路c AMP/PKA/NF-κB的作用,并从行为学角度验证运动影响衰老大鼠大脑学习记忆能力的机制,为运动抗衰老提供新的研究思路和方向。研究方法:将50只12月龄雄性SD大鼠随机分为5组,每组10只,分别为:对照组(C组,n=10),生理盐水组(S组,n=10),PDE4抑PF-03084014制剂组(I组,n=10),单纯运动组(E组,n=10),运动+PDE4抑制剂组(EI组,n=10)。C组自然喂养;S组和I组进行2周的自然喂养,S组大鼠每天注射生理盐水(生理盐水0.3mg/kg/d,共2周),I和EI组大鼠每天注射PDE4抑制剂(Rolipram,0.3mg/kg/d,共2周);E组和EI组进行速度为12 m/min(60%-65%VO2max)为期2周的跑台训练,每天进行运动时间为60分钟,同时EI组在每天运动前2小时进行腹腔注射PDE4抑制剂(Rolipram 0.3 mg/kg/d,共2周)。造模结束后,采用Morris水迷宫系统进行行为学实验,包括”定位航行实验”和”空间探索实验”,对大鼠的空间学习和记忆能力进行检测;采用免疫荧光观察各组大鼠海马区小胶质细胞Iba-1表达的变化;采用Western blot检测大鼠海马组织里IL-1β、PDE4以及c AMP/PKA/NF-κB信号通路中相关蛋白的含量。实验数据采用SPSS21.0统计软件进行分析,组间采用单因素方差分析进行比较;P<0.05表示有统计学意义。研究结果:免疫荧光结果显示,C组和S组海马组织小胶质细胞Iba-1的表达量较I组、E组和EI组明显增加,荧光反应增强,与此同时,I组、E组和EI组的Iba-1的表达量显著低于C组和S组(P<0.05),且I组、E组和EI组组间无显著性差异(P>0.05);Western blot结果显示,大鼠海马组织中I组、E组、EI组较C组和S组的IL-1β表达量均显著性降低(P<0.05),且I组、E组和EI组组间无显著性差异(P>0.05),以上结果表明运动和PDE4抑制剂均改善了大鼠海马的炎症水平。Western blot结果显示,大鼠海马组织中I组、E组、EI组较C组和S组的PKA表达量显著性增加,NF-κB表达量显著性降低(P<0.05),且I组、E组和EI组组间无显著性差异(P>0.05);同时I组、E组、EI组较C组和S组的PDE4表liquid optical biopsy达量均显著性减少(P<0.05),且I组、E组和EI组组间无显著性差异(P>0.05),以上结果表明运动和PDE4抑制剂均可通过抑制海马组织PDE4表达,激活c AMP/PKA/NF-κB信号通路,并且无叠加效应。Morris水迷宫行为学实验结果显示:I组、E组和EI组的空间学习记忆能力显著优于C组和S组(P<0.05),表现为I组、E组和EI组大鼠逃避潜伏期在第3天显著降低,且空间探索穿越平台次数显著增加,I组、E组和EI组组间无显著性差异(P>0.05)。研究结论:1.衰老会引起小胶质细胞发生形态上的改变,呈现小胶质细胞活化状态,但运动可以抑制小胶质细胞的活化,减少海马小胶质细胞活化细胞数量,减少海马区Iba-1的表达,从而影响空间学习记忆能力;2.运动对海马PDE4的抑制作用与PDE4抑制剂效果相一致,EI组效果无叠加现象,表明运动对海马PDE4的抑制效应靶向性地调节c AMP/PKA/NF-κB信号通路;3.运动主要通过抑制海马PDE4的表达,激活c AMP/PKA/NF-κB信号通路,抑制炎症反应,从而改善学习记忆,延缓脑衰老;4.PDE4表达的改变Y-27632半抑制浓度是影响衰老大脑学习记忆能力的一个重要靶点,是运动抗衰老研究中的重要组成部分。