中国公共卫生  2009, Vol. 25 Issue (4): 511-512   PDF    
引用本文
云少君, 贺晓娟, 张淑华, 褚金花, 肖忠新, 魏守刚. 运动对脑老化小鼠铁调节蛋白-2基因表达影响[J]. 中国公共卫生, 2009, 25(4): 511-512.
YUN Shao-jun, HE Xiao-juan, ZHANG Shu-hua, et al. Effects of exercise on iron regulatory protein-2 gene expression in brain aging mice[J]. Chinese Journal of Public Health, 2009, 25(4): 511-512.
运动对脑老化小鼠铁调节蛋白-2基因表达影响
云少君, 贺晓娟, 张淑华, 褚金花, 肖忠新, 魏守刚     
首都医科大学公共卫生与家庭医学学院营养与食品卫生学系, 北京 100069
收稿日期: 2008-08-01
基金项目: 北京市自然科学基金(7052008)
作者简介: 云少君(1981-), 女, 山西人, 硕士在读, 研究方向:营养、运动与健康促进。
摘要: 目的 以铁调节蛋白-2(iron regulatory protein-2, IRP-2)基因表达观测点探讨运动抗脑老化的机制。 方法 将40只雄性ICR小鼠按体重随机分为4组:对照组、脑老化组、运动组、脑老化+运动组。脑老化及运动干预的实验造模期为10周。造模期结束后, 以Morris水迷宫试验检测小鼠的学习记忆能力, 逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测小鼠大脑IRP-2基因表达水平。 结果 脑老化组小鼠脑IRP-2基因表达水平(0.738±0.221)显著低于对照组(3.938±2.357)(P < 0.05);脑老化+运动组小鼠脑IRP-2基因表达水平(2.938±0.468)显著高于脑老化组(P < 0.05);与对照组之间差异无统计学意义; 运动组IRP-2基因表达水平(2.595±0.822)与对照组之间差异无统计学意义。 结论 脑老化小鼠IRP-2基因表达水平降低, 运动可以防止脑老化小鼠的IRP-2基因表达下调。运动具有抗脑老化的效应。
关键词： 脑老化     运动     铁调节蛋白-2(IRP-2)    
Effects of exercise on iron regulatory protein-2 gene expression in brain aging mice
YUN Shao-jun, HE Xiao-juan, ZHANG Shu-hua, et al     
School of Public Health, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100069, China
Abstract: Objective To explore the effects of exercise on the expression of iron regulatory protein-2(IRP-2) gene in brain aging mice. Methods Forty mice were randomly divided into four groups:control group, exercise group, brain aging group, brain aging + exercise group.The experimental duration was 10 weeks. Morris water maze test was used to measure the learning and memory ability. Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) was used to detect the brain IRP-2 gene expression. Results IRP-2 gene expression decreased in brain aging mice (0.738±0.221) and reached to the extent of statistical significance (P < 0.05). There was no difference in IRP-2 gene expression between exercise group (2.595±0.822) and control group (3.925±2.357). Compared with the control group, there was no remarkable effect in brain aging + exercise group (2.938±0.468), but the IRP-2 gene expression in brain aging + exercise group was higher than that in brain aging group (P < 0.05). Conclusion Exercise can prevent the decreasing of IRP-2 gene expression in brain aging mice.
Key words: brain aging     exercise     iron regulatory protein-2    

铁是电子的传递者, 是线粒体氧化反应和氧运输不可缺少的物质。作为众多的辅助因子之一, 铁参与脑内许多重要的生理生化过程〔1〕。铁及其稳态对于脑的功能活动和脑健康有着十分重要影响〔2〕。研究显示, 衰老过程中铁代谢有明显改变, 至少在某些神经退行性疾病中, 脑中铁的升高是神经元死亡的始发因素〔3〕。在脑中铁代谢调节过程中, 铁调节蛋白(iron regulatory protein, IRP)是铁稳态的重要调节者, 其中IRP-2较IRP-1具有更重要的地位, 而运动是抗衰老、保护脑健康的有效措施之一, 并且运动与铁代谢之间存在密切的关系。因此, 本研究通过建立脑老化运动模型, 观察脑老化小鼠的IRP-2基因表达变化情况, 同时进行运动干预, 以探讨运动抗脑老化的作用机制。

1 材料与方法 1.1 材料

(1)动物: 40只3月龄SPF级健康雄性ICR小鼠(首都医科大学实验动物中心), 体重30~45 g。(2)试剂: D-半乳糖(北京化学试剂公司); RNA提取试剂(北京百泰克公司); MMLV逆转录试剂盒(上海生工生物工程公司); premix PCR试剂盒(北京赛百盛公司); 引物(上海生工生物工程公司)。(3)仪器: ZH-PT动物实验跑台(淮北正华公司); Morris水迷宫系统(上海吉量公司)。

1.2 动物分组与处理

将40只雄性ICR小鼠按体重随机分为4组:对照组、脑老化组、运动组、脑老化+运动组。参照文献〔4〕, 通过在小鼠颈背部皮下流射D-半乳糖(50 mg/kg), 每天1次, 连续10周的方法建立脑老化小鼠模型, 对照组小鼠皮下注射等量生理盐水。根据文献〔5, 6〕, 经预实验调整, 运动训练方案确定为:小鼠在电动跑台上每天跑步500 m, 每周训练6 d, 其中第1周以10 m/min的速度运动, 以后每周运动速度依次递增5 m/min, 至第4周增至25 m/min后维持该速度运动直至实验结束。实验期共10周。

1.3 Morris水迷宫试验

参照文献〔7〕进行Morris水迷宫试验。本实验中Morris水迷宫试验方法调整为:水迷宫试验共进行7 d, 每天测试1次。开始3 d为学习期, 先将小鼠放在站台上熟悉15 s再下水航行, 2 min内不能自动找到站台, 则人工帮助其登陆站台并停留15 s用以学习记忆。后2 d为巩固期, 让小鼠自由航行2 min寻停站台, 不再人工帮助其登陆站台。第6, 7 d为正式测试, 其逃避潜伏期测试数据平均值用于小鼠学习记忆能力的分析, 若2 min内不能自动找到站台则为逃避潜伏期120 s。Morris水迷宫试验结束后, 采用颈椎脱臼法处死小鼠, 迅速取脑组织(去除小脑)称重, 置于液氮速冻后于-70 ℃冰箱保存待测。

1.4 IRP-2基因表达测定

参照文献〔8〕。以逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)测定IRP-2基因的表达水平。本实验中设计合成的引物序列分别为: IRP-2: 5′-CAATAAATGTTGGAAGAGAGTACCC-3′及5′-GGCTTCAATAGTCTTCATACCACG-3′; 内参照β-actin: 5′-GTTACCAACTGGGACGACA-3′及5′-GGAACCGCTCGTTGCCAA-3′。PCR扩增条件为: IRP-2: 94 ℃ 5 min, 94 ℃ 45 s, 60 ℃ 45 s, 72 ℃ 60 s, 40个循环后72 ℃ 7 min。β-actin: 94 ℃ 3 min, 94 ℃ 45 s, 60 ℃ 60 s, 72 ℃ 60 s, 35个循环后72 ℃ 5 min。采用凝胶成像分析系统对扩增产物的电泳分离条带进行灰度值测定, 计算目的基因扩增产物与内参基因扩增产物灰度值的比值, 用以表示目的基因表达的相对量, 并以此进行统计分析。

1.5 统计分析

应用SPSS 11.0软件进行单因素方差分析。

2 结果 2.1 小鼠学习记忆能力测评

Morris水迷宫行为学试验结果表明, 脑老化小鼠模型建模成功。脑老化组小鼠的逃避潜伏期为(59.33±25.54) s, 显著高于对照组(32.58±8.99) s (P < 0.05)。脑老化+运动组小鼠的逃避潜伏期为(24.75±8.72) s, 显著低于脑老化组(P < 0.05);但与对照组比较, 差异无统计学意义。运动组小鼠的逃避潜伏期为(31.17±8.98) s, 与对照组比较, 差异无统计学意义。

2.2 IRP-2基因表达情况(图 1)
注: A:脑老化组; B:脑老化+运动组; C:运动组; D:对照组。 图 1 IRP-2 mRNA表达电泳图

脑老化组小鼠脑IRP-2基因表达水平(0.738±0.221)显著低于对照组(3.925±2.357)(P < 0.05)。脑老化+运动小组小鼠脑IRP-2基因表达水平(2.938±0.468)显著高于脑老化组(P < 0.05);但与对照组比较, 差异无统计学意义。运动组IRP-2基因表达水平(2.595±0.822)与对照组比较, 差异无统计学意义。

3 讨论

本实验结果表明, D-半乳糖诱导性脑老化小鼠IRP-2基因表达下降, 这种变化与文献〔2, 3, 8〕报道相似。IRP-2基因表达下降会引起铁蛋白(Ferritin, Fn)过量表达进而使铁贮存增多〔9〕, 因脑组织相对地缺乏谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物质, 且脂质含量丰富, 易发生过氧化反应, 而氧化应激产生的自由基如O2-可促进Fe3+从铁蛋白上释放出来成为游离铁。游离铁能直接或通过催化Haber-Weiss反应产生羟基自由基, 启动脂质过氧化反应, 从而形成恶性循环, 最终导致神经元变性死亡, 引起老年性痴呆等神经退行性疾病。运动可以防止脑老化小鼠的IRP-2基因表达下调, 延缓脑老化。脑老化过程中给予运动干预能够抵制IRP-2 mRNA表达的不断下调, 引起铁储存减少进而达到脑铁的平衡, 从而减轻或避免脑老化过程中因脑铁贮存过多而可能出现的游离铁沉积状态, 延缓脑老化。本研究中, 运动组与对照组之IRP-2基因表达水平差异无统计学意义, 说明运动对正常小鼠脑内IRP-2基因表达并无明显上调作用, 运动通过影响脑铁稳态而保护脑健康的效应可能更主要体现在抗脑老化过程中。因此, 本研究提示老年人坚持运动锻炼不仅可以强身健体, 而且可以预防和延缓脑老化等神经退行性变。

参考文献
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