研究目的:阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD),是世界上最大的神经退行性疾病。俗称老年痴呆或老年认知障碍,其临床表现为渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变及语言障碍等神经精神症状,影响正常生活并最终导致残疾甚至死亡。《中国阿尔茨海默病报告2022》显示:2019年全球现存的痴呆患病人数已超过5100万例,其中我国现存的痴呆患病人数已超过1300万例,约占全球25.5%,患病率、死亡率均高于全球平均水平。流行病学调查显示,AD可将老年人死亡风险增加40%。随着老龄化的加剧,AD已成为我国严重的社会公共卫生问题。大量研究表明,AD虽然脑部病理表现较为经典,但普遍存在肠道屏障破坏和肠道微生物群失调现象。而此时肠源性细菌和脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)更容易易位入血液,需通过门静脉在肝脏中被吞噬和解毒才能不进入体循环。当病原微生物和LPS在接触到肝脏Kupffer细胞时,会触发其免疫反应和活性氧呼吸爆发,可能导致炎症和氧化损伤。当肝脏功能受损会进一步导致血脑屏障破坏,出现”脑漏”和肝脏清除β淀粉样蛋白(amyloid β-protein,Aβ)能力下降,加剧大脑病理。运动对AD大脑病理的改善作用已被广泛证实,但对外周器官的影响鲜有文献报道。本研究观察跑台运动对APP/PS1转基因AD小鼠肠-Kupffer细胞轴及肝脏氧化还原平衡的影响,探讨运动改善AD的外周-中枢机制,以期为AD的研究提供基础。研究方法:将24只SPF级3月龄雄性APP/PS1转基因AD小鼠,随机分为安静组(SE-AD)和运动组(EX-AD),12只C57BL/6小鼠作为野生型对照(WT)。运动组采用12周跑台运动,1～8周速度从7m/min递增至14m/min,9～12周15m/min恒定(运动强度相当于60%VO2max～73%VO2max),每周运动五天,每天45min。12周运动干预结束后,采用Morris水迷宫评价小鼠空间学习记忆能力;异氟烷吸入麻醉,取血、肝脏、结肠和脑组织Pulmonary Cell Biology,采用生化检测血清谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT),肝脏丙二醛(MDA)、羰基化蛋白质、谷胱甘肽(GSH)、总抗氧化能力(T-AOC);石蜡切片,HE染色观察肝脏形态;ELISA检测血清LPS和脑组织LPS;石蜡切片,免疫荧光检测肝脏p47-phox和CD68荧光强度和共定位;qRT-PCR检测肝脏TLR4、MyD88、NF-KB、IL-1β、IL-6、酰基羧酸水解酶(AOAH)mRNA水平,WB检测肝脏核因子E2相关因子2(Nrf2)、磷酸化核因子E2相关因子2(p-Nrf2)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化酶(GPX)、醌氧化还原酶1(NQO1),结肠Occludin、ZO-1蛋白表达水平。组间比较采用单因素方差分析,以P<0.05为具有显著性差异。研究结果:(1)定位航行5天实Bemcentinib验中,与WT组相比,SE-AD组小鼠的潜伏期均显著变长(P<0.0PI3K/Akt/mTOR抑制剂5或P<0.01);与SE-AD组相比,EX-AD组潜伏期显著缩短(P<0.05)。在空间探索实验中,与WT组相比,SE-AD组的跨平台次数、平台时间百分比、距离百分比均显著减少(P<0.05);而EX-AD组较SE-AD组平台象限的时间百分比、距离百分比显著增加(P<0.01)。以上结果表明AD小鼠存在空间记忆能力受损,而运动干预可改善空间学习记忆能力;(2)与WT组相比,SE-AD组血清AST、ALT显著性升高(P<0.05),而EX-AD组较SE-AD组血清AST、ALT显著性降低(P<0.05)。HE染色显示,WT组小鼠肝脏细胞排列较为规则,肝细胞间距明显,肝窦分布在肝细胞间,数量较多,呈放射性排列。SE-AD组小鼠肝脏细胞排列稀疏,细胞间界限不明显,肝窦较少无规则,出现大量Kupffer细胞聚集。而APP-E组小鼠肝细胞数目明显增多,肝窦增多,趋于放射状排列,细胞界限较明显,Kupffer细胞散落在肝板之间。提示AD小鼠存在肝功能异常,Kupffer细胞异常聚集,而运动干预后得到改善;(3)与WT组相比,SE-AD组肝脏MDA、羰基化蛋白质显著性升高(P<0.05),而EX-AD组较SE-AD组肝脏MDA、羰基化蛋白质显著性降低(P<0.05)。免疫荧光结果显示,三组小鼠p47-phox和CD68在肝脏中高度共定位,与WT组相比,SE-AD组肝脏p47-phox平均荧光强度显著性减少(P<0.05),而EX-AD组较SE-AD组p47-phox和CD68的荧光强度均略有升高(P>0.05)。提示小鼠肝脏氧化应激主要与Kupffer细胞有关,与正常小鼠相比AD小鼠肝脏活性氧产生较少但存在肝脏氧化损伤,而运动干预可通过Kupffer细胞增加活性氧的产生;(4)与WT组相比,SE-AD组肝脏TLR4、MyD88、NF-KB、IL-1β、IL-6、AOAH mRNA水平显著降低,EX-AD组较SE-AD组免疫炎症相关因子均略升高(P>0.05),AOAH显著性升高(P<0.05)。以上结果说明,AD小鼠肝脏Kupffer细胞出于免疫抑制状态,对LPS的解毒能力显著减弱,而运动干预可一定程度活化Kupffer细胞,并使其对LPS的解毒能力增强;(5)与WT组相比,SE-AD组肝脏Nrf2、p-Nrf2、SOD、CAT、GPX、NQO1、GSH蛋白质水平均显著性降低(P<0.05或P<0.01),T-AOC显著性降低(P<0.01),而EX-AD组较SE-AD组抗氧化系统相关蛋白质和抗氧化能力均显著性升高(P<0.05)。这些结果表明,AD小鼠肝脏总抗氧化能力降低,Nrf2及其磷酸化受抑制,而运动干预可激活Nrf2并促进其磷酸化,提高总抗氧化能力;(6)与WT组相比,SE-AD组结肠Occludin、ZO-1蛋白质水平显著性降低(P<0.05),血清和脑LPS显著性升高(P<0.01),而EX-AD组较SE-AD组结肠Occludin、ZO-1显著性升高(P<0.05),血清和脑LPS显著性降低(P<0.05)。以上结果提示,AD小鼠存在肠道屏障破坏,LPS过度易位到血液中,加之肝脏Kupffer细胞解毒能力减弱,导致进入体循环和大脑中的LPS增多。运动通过保护肠道屏障和提高Kupffer细胞解毒能力而弱化LPS向大脑易位。研究结论:AD小鼠存在肠道屏障损坏,导致高LPS血症和肝脏Kupffer细胞免疫抑制;在活性氧较少产生的同时抗氧化水平较低,出现肝脏氧化损伤。运动干预可保护肠道屏障,弱化LPS位移和适度活化Kupffer细胞增强其解毒LPS的能力;在提高活性氧生成的同时,激活Nrf2抗氧化系统,平衡氧化还原状态而减轻肝脏氧化损伤。运动通过调控肠-肝-脑轴减少大脑LPS水平,对改善AD中枢病理有益。